- Технологический процесс ремонта коленчатого вала — инструкция и описание
- Устройство коленвала автомобиля, устройство коленчатого вала
- Проверка геометрии коленчатого вала
- Шлифовка коленчатого вала
- Правка коленвала профессионально!
- Добавить комментарий Отменить ответ
- Коленчатый вал — как будем ремонтировать? ч. 2
Технологический процесс ремонта коленчатого вала — инструкция и описание
Коленчатый вал представляет собой деталь сложной формы, имеющую несколько шеек, на которые крепятся шатуны. Коленвал получает от шатунов усилие и затем преобразовывает его в крутящий момент. Является составной частью кривошипно-шатунного механизма. Ремонт коленчатого вала заключается в перешлифовке его шеек, коренных и шатунных, под ремонтный размер.
Содержание статьи:
Устройство коленвала автомобиля, устройство коленчатого вала
Коленчатый вал состоит из следующих основных элементов:
- Коренные шейки – опоры вала, лежащие в коренных подшипниках, расположенных в картере двигателя;
- Шатунные шейки – опоры, с помощью которых вал соединяется с шатунами;
- Щёки (цапфы) коленвала – соединяют коренные и шатунные шейки;
- Выходная часть коленвала – часть коленчатого вала, на которой устанавливается шестерня или шкив отбора мощности для привода ГРМ (газораспределительного механизма) и других вспомогательных агрегатов, узлов и систем;
- Противовесы – разгружают коренные подшипники от центробежных инерционных сил первого порядка, вызванных неуравновешенными массами кривошипа и нижней части шатуна.
Коленчатые валы бывают разборные и неразборные. В автомобилях применяются неразборные коленчатые валы.
Проверка геометрии коленчатого вала
Перед тем, как отправить коленчатый вал на шлифовку, нужно проверить геометрию вала и, уже исходя из результатов проверки, выбирать соответствующую технологию ремонта.
Перед началом проверки вал устанавливают крайними коренными шейками на призмы и с помощью индикаторной стойки измеряют биение средних шеек. Затем проверяют биение поверхностей сальников и хвостовика, с максимальной тщательностью измеряют диаметры коренных и шатунных шеек. Особое внимание обращают на износ средней и крайних коренных шеек, и на эллипсность шатунных шеек. Эллипсность замеряют в нескольких плоскостях для получения более точных измерений.
Исходя из полученных результатов, выбирают способ ремонта. Если величина биения средних коренных шеек вала относительно крайних не превышает 0,1 мм, то выл можно отшлифовать. В случае превышения этого показателя вал необходимо править.
Перед тем, как приступить к ремонту, нужно проконтролировать несколько важных моментов.
Если вал шлифовали ранее, нужно проверить соосность хвостовика и поверхностей сальников коренным шейкам и уточнить наличие вкладышей нужного ремонтного размера. Особенно необходимо такое уточнение при ремонте валов двигателей многих иномарок, так как нередки ситуации, когда вкладышей нужного ремонтного размера нет в продаже, они существуют только в каталогах.
Если вал имеет шейки, сильно перегретые после разрушения подшипников, его следует проверить магнитным дефектоскопом на отсутствие трещин. Трещины, уходящие глубоко в тело вала или явно заметные невооруженным взглядом являются основанием для его выбраковки.
Коленчатый вал также выбраковывается в случае, когда износ шеек превышает максимальный ремонтный размер. В крайнем случае, изношенные шейки вала можно попытаться восстановить методами наварки или наплавки.
Завершает подготовку к ремонту коленчатого вала операция по удалению заглушек и промывке внутренних каналов. Это процедура носит обязательный характер, так как во внутренних каналах скапливается большое количество грязи, которая способна испортить самый качественный ремонт коленчатого вала.
Шлифовка коленчатого вала
Коленчатые валы шлифуют на специализированных шлифовальных станках, имеющих приспособления, которые позволяют смещать ось коренных шеек относительно оси вращения вала в станке. Это нужно для шлифования шатунных шеек. Кроме того, результат ремонта во многом зависит от состояния шлифовального станка и точности его наладки.
До начала шлифовки необходимо провести еще одну проверку. Вал устанавливают в центрах и замеряют биение хвостовика и поверхности заднего сальника, которое не должно превышать 0,01-0,02 мм. Если биение превышает допуск, то будет невозможно шлифовать коренные шейки вала, в этом случае необходима правка центровых фасок вала. Фаски правятся несколькими способами: протачиванием, притиркой и шабрением.
Шлифовать коленчатый вал начинают с шатунных шеек. Это связано с тем, что после обработки шатунных шеек могут резко изменить значение внутренние напряжения в их поверхностном слое, что может быть причиной деформации всего вала. И если сначала были зашлифованы коренные шейки, то их ось изогнется, а шейки получат взаимное, иногда совсем не малое, биение. То есть, вся работа пойдет насмарку.
Таким деформациям особенно подвержены валы, шатунные шейки которых имеют малый диаметр и не имеющие полноценных противовесов. Такие валы стоят на некоторых двигателях Mercedes, Volvo, Chrysler, Lincoln и на многих «японцах».
Иногда перед началом шлифования шатунных шеек необходимо предварительно обработать поверхности вала, которые зажимаются кулачками. Это происходит в случаях, когда такие поверхности являются некондиционными (например, восстановлены наваркой металла). Это нужно для того, чтобы не «потерять» базу для обработки шатунных шеек.
И это опять еще далеко не все. Установив вал в патроны станка необходимо устранить дисбаланс, вызванный смещение вала. Для этого на планшайбах против патронов станка закрепляются специальные балансировочные грузы, масса и расположение которых подбирается исходя из массы самого вала и радиуса кривошипа. Затем нужно добиться совпадения оси вращения вала с осью шейки, подвергаемой обработке. А еще лучше, если получится добиться совпадения с осью «парных» шеек. Это позволит достигнуть наивысшего качества шлифовки. И лишь только после этого можно начинать шлифовать шатунные шейки вала.
Следующий этап ремонта заключается в обработке коренных шеек. Для их обработки коленчатый вал устанавливают в центрах, Задний центр при этом неподвижно фиксируется стопором, чтобы избежать проскальзывания вала в центровой фаске. Также важно, чтобы центра зажимали вал с минимальным усилием, иначе вал в станке деформируется.
Остается только проверить и отрегулировать величину биения различных поверхностей и можно начинать обработку коренных шеек.
Шатунные и коренные шейки начинают шлифовать с тех, которые имеют максимальный износ, чтобы определить в какой они выйдут ремонтный размер.
При грамотном выполнении всех операций по шлифованию коленчатого вала можно добиться того, что конусность, эллипсность и взаимное биение шеек будут иметь лучшие значения, чем у новых валов.
После обработки коленчатого вала на шлифовальном станке обязательно необходимо удалить микронеровности и сгладить острые кромки смазочных отверстий. Такая операция называется доводкой.
Осуществляют доводку двумя способами: суперфинишной обработкой и полировкой.
В первом случае достигается более высокий результат, но процесс довольно сложный, требует применения специального оборудования и применяется в основном в массовом производстве.
Процесс полировки проще и гораздо доступнее. Отшлифованные шейки вала вручную полируют сначала мелкозернистой наждачной бумагой, вставленной в специальные захваты, а затем абразивной пастой.
Конечный результат – надежная и долговечная работа коленчатого вала – во многом зависит профессионализма механика-моториста, характеристик и точности шлифовального оборудования и, конечно, от мастерства специалиста-шлифовщика.
Правка коленвала профессионально!
Править коленчатый вал следует в том случае, когда, как было написано выше, биение средних шеек коленвала превышает 0,1 мм относительно крайних.
Специалистам известно несколько способов правки коленчатого вала, но большинство из них имеют различные недостатки, которые были учтены при разработке уникального способа, получившего название «метод поэлементной холодной правки» или метод Буравцева.
Данный метод позволяет править коленчатые валы, имевшие изначальное биение шеек более 1 мм с конечным результатом всего 0,01 мм! Такой результат не давал ни один из ранее известных способов правки коленчатых валов. Более того, качественная правка способна заменить шлифовку, особенно это касается новых «заводских» коленчатых валов, которые часто имеют недопустимо большое биение (от 0,05 мм и более).
Достижение высокого качества ремонта коленчатого вала возможно только при правильном выполнении всех технологических приемов во время шлифования и доводки рабочих поверхностей шеек и гаптелей коленвала.
Специалисты Автопрайд качественно выполнят необходимые работы по ремонту, шлифовке коленчатых валов двигателей любых автомобилей иностранного производства не старше 2000 года выпуска. Капитальный ремонт двигателя требует серьезного подхода.
Добавить комментарий Отменить ответ
Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.
Коленчатый вал — как будем ремонтировать? ч. 2
(Продолжение. Начало в № 6/2001)
АЛЕКСАНДР ХРУЛЕВ, кандидат технических наук
В предыдущей статье мы рассмотрели подготовительный этап работы, предшествующий шлифовке коленчатого вала. Он включает в себя проверку станка и вала. Только после этих операций можно приступить к шлифовке.
На первый взгляд может показаться, что шлифовка коленчатого вала больших трудностей не представляет — был бы только станок. К сожалению, такого, мягко говоря, упрощенного взгляда придерживаются не только механики-мотористы, но некоторая часть шлифовщиков. И ведет это к ошибкам при ремонте, а то и просто к преднамеренной халтуре. В результате чего и появляются неизвестно где, кем и как отремонтированные коленвалы и двигатели, которые «не ходят».
Между тем, шлифовка коленвала любого двигателя — процесс тонкий, требует аккуратности, опыта и знания не только технологии обработки, но и условий работы коленвала в моторе, а также умения «чувствовать» металл. В общем, работа мастера, шлифующего иной сложный коленвал — только ремесло, но и искусство. И уж никак не рутинный поточный процесс, когда о качестве должен думать кто-то другой и лишь в самую последнюю очередь, когда заказчик предъявляет претензии.
С чего все-таки начнем?
Шлифовать коленвал начнем, . нет, сначала думать надо. Потому как первый вопрос возникает сам собой: какие шейки шлифовать в первую очередь — шатунные или коренные?
Быть может, кому-то покажется странным, но этот вопрос имеет принципиальное значение. Дело в том, что слабое место любого коленчатого вала — это шатунные шейки, включая галтели («переходы» от шейки к щекам-противовесам). Так вот, после шлифования шатунных шеек внутренние напряжения в их поверхностном слое могут резко изменять свое значение. А это, очевидно, явится причиной деформации всего коленвала. И если коренные шейки «сделаны» раньше шатунных, то вал в той или иной степени «поведет» — ось коренных шеек изогнется, а сами шейки получат взаимное биение, причем далеко не всегда деформация и биение будут малыми.
Наиболее подвержены деформации «нежесткие» коленвалы — с шатунными шейками малого диаметра, не имеющие «полных» (с двух сторон шатунной шейки) противовесов. Такие коленчатые валы установлены в ряде двигателей Volvo, Chrysler, Mercedes, Lincoln, а также многих японских фирм. Попытки шлифовать такие валы «наоборот» (сначала коренные, затем — шатунные шейки) часто заканчиваются неудачей — не только повышенным биением, но и эллипсностью шеек.
Однако не всегда начинать шлифовать коленвал надо с шатунных шеек. При шлифовке шатунных шеек коленвал устанавливается в патронах станка. Но если поверхности вала, зажимаемые кулачками, некондиционные (к примеру, хвостовик вала восстановлен наваркой металла), то вначале потребуется шлифовка этих поверхностей, и лишь затем — шатунных шеек. В противном случае будет «потеряна» база, от которой шлифуют шатунные шейки, и они окажутся непараллельны коренным.
Еще одна проблема, которую нередко упускают из виду, а чаще просто игнорируют некоторые шлифовщики, — это радиус галтелей шеек. На практике известно немало случаев, когда коленчатые валы с подрезанными галтелями ломались в результате значительного снижения прочности (концентрации напряжений в подрезанных галтелях).
Исключить подрез можно, если «заправить» на краях шлифловального круга радиусы, соответствующие радиусам галтелей. Такая операция необходима для тех валов, у которых на краях шеек нет канавок для выхода шлифовального круга. Но и там, где такие канавки есть, аккуратность тоже не помешает.
Анализ излома разрушенных коленчатых валов показывает, что трещина обычно начинает развиваться от места перехода шлифованной поверхности к не тронутой шлифовальным кругом. А такое место обычно и приходится на галтель, приобретающую после неквалифицированного ремонта вала неправильную форму. Особенно опасна недооценка получающейся при ремонте формы галтелей для коленчатых валов современных высокофорсированных двигателей.
Осторожно, шатунные шейки!
Если подготовка к работе завершена, можно приступать к шлифованию шатунных шеек. Для этого коленвал устанавливается в патроны станка так, чтобы его ось вращения проходила через одну из шатунных шеек.
Но шлифовать пока все равно рано. Посмотрите: смещенный вал, вращаясь вокруг оси одной из шатунных шеек, явно несбалансирован. Такой большой дисбаланс при вращении обязательно приведет к деформации самого вала и элементов станка, в результате чего качество шлифовки резко снизится — исказится форма шейки (появится эллипс), ее ось окажется непараллельной оси коренных шеек.
Исключить или, по крайней мере, значительно уменьшить дисбаланс вала позволяют специальные грузы, закрепляемые на планшайбах напротив патронов станка. Масса и расположение балансировочных грузов подбирается в зависимости от массы коленвалов и радиуса кривошипа.
Все? Еще нет. Теперь надо точно выверить положение вала, чтобы ось его вращения совпала с осью обрабатываемой шейки. Это нетрудно сделать с помощью стойки с индикатором. Правда, только для малоизношенных шеек — в случае сильного задира шейка приобретает неправильную форму, и точная установка коленвала может потребовать заметно большего времени.
После такой выверки многие шлифовщики и начинают собственно шлифовку шеек коленчатых валов. И — пропускают один весьма важный момент. Дело в том, что большинство коленвалов (к примеру, х и цилиндровых двигателей) имеют «парные» шатунные шейки, лежащие на одной оси. Если при шлифовке учесть и это условие, то выверка коленвала на предмет совпадения осей парных шеек в станке сильно усложнится. Но вполне оправдает себя — после шлифовки будет достигнуто наивысшее качество ремонта.
Добиваться совпадения осей «парных» шеек целесообразно не только из чисто геометрических соображений: совпадение осей — это и одинаковый угол опережения зажигания, и такой же ход поршня во всех цилиндрах.
Однако на практике обеспечить это условие удается далеко не всегда — некоторые коленвалы после длительной эксплуатации оказываются «скрученными», т.е. их шатунные шейки получают слишком большое угловое смещение и уже не «попадают» в одну ось даже при шлифовке через ремонтный размер. Отметим, что ошибка при наладке станка, при которой патроны получаются несоосны, тоже не позволит шлифовать «парные» шейки в одной оси.
Итак, только теперь можем начинать шлифовку. Включаем вращение вала, подачу СОЖ (смазывающе-охлаждающей жидкости), подводим шлифовальный круг до касания шейки. Далее следует сделать подачу в пределах 0,05 мм «на врезание», короткую остановку и снова подачу. И так до заданного размера шейки, разумеется, с промежуточным контролем получающегося размера.
«Нежесткие» коленвалы требуют при шлифовке еще более осторожного обращения. К примеру, подачу на врезание следует ограничить величиной 0,03 мм, а перерыв между подачами увеличить (сделать так называемое «выхаживание») — в противном случае шейка окажется с недопустимой эллипсностью (более 0,01 мм).
В общем случае ширина шлифовального круга всегда меньше ширины шейки. Чтобы обеспечить обработку шейки по всей ширине, ее надо, как говорят шлифовщики, «разогнать», т.е. подать круг по оси шейки до легкого касания щек. Эта операция должна выполняться с максимальной осторожностью — при врезании в щеки (противовесы) вал начинает вибрировать, что может привести к появлению глубокой «огранки» на поверхности шейки. Для «нежестких» коленвалов это критично, поскольку появившуюся огранку практически не удается исправить, даже имея припуск в 0,1 мм. А теперь — коренные!
Главный вопрос, который необходимо решить перед шлифовкой коренных шеек, — каким способом закреплять (устанавливать) вал в станке.
Многолетняя практика шлифования коленчатых валов большого числа различных двигателей позволяет указать оптимальный способ установки коленвала. Но прежде рассмотрим варианты.
Некоторые шлифовщики зажимают вал в патронах точно так же, как и при шлифовке шатунных шеек, только патроны сводят к оси вращения планшайб станка. Считается, что при хорошей выверке положения вала по минимальному биению хвостовика (или й коренной шейки) и поверхности заднего сальника (или последней коренной шейки) шейки можно шлифовать и таким способом.
В действительности есть ряд причин, по которым так устанавливать вал нельзя. Главное, что в первую очередь характерно для «нежестких коленвалов — это деформация вала при сжатии его в кулачках патронов.
Еще один неприятный момент — планшайбы при смещении патронов к центру невозможно сбалансировать. А тогда вал и элементы станка при вращении будут деформироваться, в результате чего коренные шейки окажутся некруглыми. И, наконец, зажимая коленвал за хвостовик и поверхность заднего сальника, очень трудно контролировать биение этих поверхностей (коренные шейки могут иметь свое биение, если когда-то вал был неправильно отремонтирован).
Правда, описанный способ проще: он не требует демонтажа планшайб с патронами (это не слишком приятная и легкая процедура), но такое «слабое» его преимущество меркнет перед серьезными недостатками.
Редко, но встречается и такой способ установки: хвостовик — в центр передней бабки станка, а поверхность заднего сальника — в патрон. Или, наоборот, центр ставят в заднюю бабку. Но суть от этого не меняется, поскольку все недостатки останутся, ну, может быть, их негативное влияние на качество шлифовки будет чуть меньше.
Свободен от указанных недостатков только один способ — установка вала в центрах. При этом задний центр должен обязательно быть неподвижен (он фиксируется с помощью стопора), иначе из-за проскальзывания в центровой фаске вал будет вращаться неравномерно, и шейки вала после шлифовки опять получатся некруглыми.
Шлифовка в центрах, очевидно, предполагает, что планшайбы с патронами необходимо заменять на центры. Поскольку это требует времени, во многих мастерских для ремонта коленчатых валов используют два станка — один только для шатунных шеек (с планшайбами и патронами), другой — только для коренных (с центрами). Тем самым экономится время.
Очень важно, чтобы усилие сжатия вала центрами было минимальным, в противном случае вал в станке деформируется. Если затем коренные шейки прошлифовать, то после снятия со станка коленчатый вал разогнется и сразу окажется кривым.
Разумеется, при установке вала в центрах необходимо контролировать биение различных поверхностей (хвостовик, шейки, задний сальник). Повышенное биение может свидетельствовать не только о необходимости правки центровых фасок, но и о повреждении или износе посадочной поверхности центров в станке (см. № 6/2001).
Отметим также, что для задней части коленвала нередко приходится использовать различные центры, в том числе укороченные, причем перед установкой вала в станок требуется выпрессовывать подшипник опоры первичного вала КПП, чтобы он не мешал центру (для этого применяются специальные цанги с обратным молотком). Кроме того, очень важна правильная геометрия центровых фасок вала — попытки некоторых шлифовщиков поправить фаски вручную с помощью шабера (такое встречается) обычно дают повышенную эллипсность коренных шеек.
Сама шлифовка коренных шеек выполняется аналогично шатунным. Начинают обычно с шеек, имеющих максимальный износ (средняя или первая), чтобы сразу определить, в какой ремонтный размер выйдут коренные шейки. При этом не следует забывать про торцевые поверхности упорного подшипника — у некоторых двигателей с фланцевым коренным вкладышем ремонтное уменьшение коренных шеек сопровождается одновременным увеличением ширины между фланцами, что требует расшлифовки соответствующих поверхностей на валу.
В заключительной стадии работы неплохо чуть тронуть поверхность переднего и заднего сальников — это повысит надежность уплотнений коленчатого вала. И, конечно же, необходимо тщательно проконтролировать всю геометрию коленвала — без выходного контроля работа не может считаться законченной. Только шлифовка?
Если правильно и аккуратно выполнить все операции по шлифовке коленчатого вала, то реально добиться 0,003 мм эллипсности, конусности и взаимного биения шеек, что будет даже лучше, чем у нового вала. Однако блестящие «свежешлифованные» поверхности шеек не должны вводить в заблуждение грамотного механика-моториста — микропрофиль шлифованной поверхности весьма далек от идеала. Дело в том, что острые выступы микронеровностей способны некоторое время в начальный период эксплуатации двигателя изнашивать вкладыши, одновременно загрязняя систему смазки продуктами износа (масло будет быстро приобретать характерный серый цвет). Кроме того, что не менее неприятно, острые, с микрозаусенцами, края смазочных отверстий необратимо повреждают вкладыши, оставляя на них характерные борозды. Да и галтели с недопустимо грубой после шлифовки поверхностью — верный путь к усталостному разрушению вала.
Устранить микронеровности и загладить острые края смазочных отверстий нетрудно — необходима доводка шеек коленвала после шлифовки.
Существует два основных способа доводки шеек — суперфинишная обработка и полировка. Первый способ дает более качественную поверхность, но сложен, требует специального оборудования и чаще применяется в массовом производстве.
В ремонте доступнее и проще полировка. Ее делают вручную в несколько переходов — вначале с помощью мелкозернистой наждачной бумаги, вставляемой в специальные клещи-захваты, затем — абразивной пастой. При съеме не более 0,001 мм полировка позволяет практически полностью убрать микронеровности. Что, кстати, нетрудно проверить — достаточно провести по шейке медным предметом до и после полировки: в последнем случае на шейке не остается следа, даже если она выглядит не такой блестящей и красивой. И еще.
Иногда шейки вала «не проходят» в ближайший ремонтный размер — слишком велик их износ. В результате приходится значительно — до 0,1,0 мм (зависит от наличия соответствующих ремонтных вкладышей) занижать размер шейки.
Несмотря на опасения некоторых механиков о якобы срезаемом «твердом слое» и низком ресурсе отремонтированного вала, никаких неприятностей не наблюдаeтся. С одной стороны, валы после стандартной закалки токами высокой частоты (ТВЧ) имеют глубину упрочненного слоя до 1,0 мм. С другой — практика показала, что для надежной и долговечной работы вала более важна его геометрия и геометрия сопряженных деталей. А это зависит от квалификации механика-моториста, от точности шлифовального станка, на котором ремонтировали вал, но главное — от опыта и умения специалиста-шлифовщика, без которого рассчитывать на успешный ремонт коленчатого вала по меньшей мере наивно.
 |
 |
 |
 |
