Обґрунтування та розробка технологічного процесу обкатування дизельних двигунів

Процес припрацювання покриттів, що містять мідь, має характерні особливості. Спочатку покриття міді сприймає сильне пластичне деформування, обумовлене утворенням, рухом і взаємодією дислокацій поміж собою і іншими дефектами субструктури. Вихід на поверхню ступенів дислокацій, активних центрів, підсилює мікросхоплення, перенос міді на контртіло і підвищує інтенсивність зношування покриття. Потім здійснюється різке зниження інтенсивності зношування пари тертя і зменшення коефіцієнту тертя. Пов’язане це з утворенням на спряженій поверхні насиченого міддю тонкого шару і плівки міді на ньому, яка характеризується високим ступенем дефектності і має властивості псевдорідкого тіла з малим опором зсуву. В цих умовах повністю проявляється механізм який прояснюється адгезійно - деформаційною теорією.

Місця мікросхоплення при вибірковому переносі розвиваються в більш м’якому матеріалі, ніж матеріал чавунного чи хромованого кільця, локалізуються у тонкому дефектному шарі міді, не визиваючи глибинного пошкодження основного металу.

Важливим фактором, в значному ступені полегшуючи мікросхоплення, навіть при наявності екрануючих плівок, є підвищення температури в місцях утворення дислокаційно - вакансійних центрів.

Термічна активація сприяє молекулярному переносу, але завдяки рухомості іонів міді, міграції їх на ювенільні поверхні знову утворюється буферний шар. При цьому плівка міді запобігає поверхні, що контактують, від адгезійного пошкодження і обумовлює у визначеному діапазоні температурних і силових режимів мінімальну інтенсивність зношування і коефіцієнт тертя. Але при нестаціонарних режимах тертя, характерних для роботи циліндро - поршневого вузла, не завжди забезпечуються умови для проявлення захисту основного металу поверхонь тертя від пошкоджень внаслідок мікроконтактного схоплення при застосуванні чистої міді.

Стійкість до задиру і тривалий час зберігає свої якості. Наприклад, на хромованих ущільнувальних кільцях дизельних двигунів композиційне покриття зберігається впродовж 100…300 годин. Шар олова на кільцях дизеля повністю зношується впродовж 2…4 годин.

Всі покриття для приробітки усувають критичні режими (задир) в початковий момент і підвищують несучу спроможність тертьових пар. В подальшому опір поверхонь зносу і задиру визначається властивостями матеріалу спряжених деталей.

Дуже вдале двошарове покриття поршневих кілець міддю й оловом, які мають позитивні якості. На початку приробітки олово усуває виникнення осередків критичних тисків великих вузлів схоплення, служить деякий час буферним шаром.

Мідь, яка знаходиться під шаром олова, завдяки високій теплопровідності, “розпиляє” температурні спалахи на “гарячих площинках”. Очевидно, в цей період олово дифундує у мідь і покращує її антифрикційні властивості. Після зносу шару олова на частково приробленій поверхні при менших тисках на площинках дійсного контакту може появлятися ефект вибіркового переносу, що позитивно впливає на роботу спряження.

Розроблений спосіб електрохіміко - механічного припрацювання (ЕХМП) основних сполучень двигуна. Сутність способу полягає в тому, що в зону тертя як мастильний матеріал подається спеціальний електроліт і між припрацьовувальними деталями пропускається змінний електричний струм. У результаті механічної й електрохімічної взаємодії деталей відбувається швидка взаємна пристосованість поверхонь друг до друга. Спосіб дозволяє здійснювати процес макроприпрацювання на стадії зборки двигуна, скорочується час обкатування, у порівнянні з обкаткою за типовою технологією ГОСНИТИ, підвищується міжремонтний ресурс відремонтованих двигунів. Описаний процес сприяє формуванню зносостійких поверхонь, забезпеченню високої ущільнюючої здатності деталей ЦПГ і незначно змінює послідовність типового технологічного процесу зборки двигуна.

Макрогеометричне припрацювання при ЕХМП здійснюється в більш м'якому режимі, чим холодна обкатка, що особливо важливо, з врахуванням недостатньої структурної термостійкості гальванічного хрому. Макроприпрацювання сполучень ЦПГ в одноциліндровій установці на електроліті, зазначеному в роботах з підключенням технологічного струму до блоку й шатуна показала, що повна прилеглість першого поршневого кільця до дзеркала гільзи циліндра з малим зношуванням досягалася за 5 хвилин. Проведення досліджень на розгорнутих двигунах Д-50,-240 і рядних СМД дозволило попередньо вирішити цілий ряд технологічних питань, таких як схема підключення струму, роздільне проведення ЕХМП корінних підшипників ковзання колінчатого вала й сполучень ЦПГ.

Застосування ЕХМП перед обкаткою різних типів двигунів підтвердило ефективність способу. Зокрема відзначається підвищення міжремонтного ресурсу, зменшення прориву газів у картер і зниження вигару масла в порівнянні з обкаткою двигунів за типовою технологією ГОСНИТИ без використання ЕХМП.

Аналіз стану поверхонь деталей основних з'єднань двигунів після ЕХМП і роботи в умовах рядової експлуатації показав, що отримані в результаті ЭХМП мікрорельєфи зберігаються сотні й тисячі мото×годин. Такий же значний ефект досягається й при роздільному доведенні сполучень ЦПГ і КШМ (НІ центр NASA-Lewis (Гетце АО (ФРН)), але в умовах високої точності й оптимальної шорсткості поверхонь деталей.

Чимала частка наведених способів і заходів використовується в ремонтному виробництві. Незважаючи на це міжремонтний ресурс відремонтованих двигунів істотно уступає новим..

В загальному вигляді процес обкатування представлений в табл. 2.2.

Таблиця 2.2. Технологічний процес обкатування двигуна

Розмаїття способів прискорення обкатування двигунів пояснюється, на думку Н.З.Савченко, відсутністю теоретичних основ процесу припрацювання і єдиної науково обґрунтованої методики побудови швидкісного й навантажувального режимів при початковій роботі капітально відремонтованого двигуна. Н.А. Буше зі співробітниками кращою називають припрацювання з більшою часткою „спадкоємної частини”.

Із цього, імовірно, випливає, що в результаті припрацювання поверхня повинна здобувати деякий резерв пристосованості на випадок екстремальних умов роботи (перевантаження, недостатність мащення, перегрів і т.п.). Ці вимоги уже давно сформульовані для сполучення поршневе кільце - гільза циліндра, а от питання забезпечення точності й оптимальної шорсткості поверхонь перебувають на другому плані. Однієї з основних причин низького ресурсу, безсумнівно є недотримання вимог технічних умов на виготовлення, відновлення деталей й у цілому ремонт двигунів. Низька точність деталей основних з'єднань унеможливлює оптимізацію характеристик шорсткості поверхні і їхніх форм. Так, якщо висота поверхонь рельєфу деталей не перевищує декілька мікрон, то припустимі відхилення їхніх розмірів становлять десятки мікронів, а в зібраному стані розміри, що характеризують взаємне розташування деталей, досягають сотень мікронів. Ці відхилення ще при порушенні режиму обкатування зводять до нуля заходи щодо оптимізації рельєфу.

Приймаємо тривалість технологічного процесу обкатування дизелів 80 хв. або 1 год. 20 хв.

Виходячи з викладеного можна зробити висновки, що ЕХМП є одним з найбільш перспективних способів припрацювання деталей, що мають макрогеометричні відхилення, і відхилення взаємного розташування поверхонь. Використання електрохімічних процесів дозволяє виконувати локальне знімання матеріалів деталей сполучень ЦПГ і виносити продукти знімання в електроліт у вигляді іонів, що перешкоджає забрудненню кільцевих ущільнень поршня продуктами зношування. Застосування при технологічному обкатуванні експлуатаційних олив сприяє переходу до нормального механіко-хімічного зношування деталей сполучень й утворенню ювенільних поверхонь здатних сприймати експлуатаційні навантаження.