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康明斯K38發動機缸體主軸承座孔修復技術的研究與應用
2013-05-28
安偉1 王育欣1 王英杰2
（1.沈陽廣播電視大學理工學院，遼寧 沈陽，110003；2.沈陽綠島表面技術開發中心，遼寧 沈陽，110000）
摘 要：發動機缸體是發動機中的基礎貴重件，其價值可占到整臺發動機的四分之一以上，特別是進口缸體的價格更高。缸體修復具有重要的經濟意義。介紹修復發動機缸體主軸承座孔尺寸的傳統方法，重點闡述鋅合金電刷鍍和鎳絲氬弧堆焊兩種新工藝修復技術以及在修復過程中應注意的要點。 （1.沈陽廣播電視大學理工學院，遼寧 沈陽，110003；2.沈陽綠島表面技術開發中心，遼寧 沈陽，110000）
關鍵詞：缸體；主軸承孔；新工藝
0 前言
發動機缸體常出現的失效形式可大致分為四類。磨損類：主軸承座孔（以下簡稱座孔）、凸輪軸承座孔、止推座孔端面的磨損與“燒傷”；變形類：主軸承蓋（以下簡稱瓦蓋）受力內收變形導致止口松動，由于曲軸與連桿組件斷裂致使整個機體變形；蝕損類：由于氣蝕、水蝕造成缸墊密封面、濕式缸套凸緣密封面的嚴重失效；孔洞裂紋類：由于連桿螺栓松動脫落、活塞組件出問題等原因可損壞缸套孔或將缸體不同部位打出孔洞或裂紋。對上述各種失效形式，大多均可采用傳統常規工藝進行修復。其中Z常見的是磨損類和變形類失效形式，也是Z有修復價值的。
1 傳統工藝恢復主軸承孔尺寸的方法
主軸承孔常見的失效形式是：主軸承蓋內收變形且造成其止口松動，致使上、下半孔水平錯位及座孔嚴重變形，其尺寸、形狀、位置精度不同程度地超差，整個缸體變形也會引起座孔的變形和各道座孔之間的同軸度超限。
主軸承孔修復的關鍵是恢復尺寸的工藝方法。傳統的方法有以下幾種：銅焊、噴涂、瓦背加大、鑲套和手工電弧鑄鐵堆焊。由于銅焊需將缸體焊接處局部加熱至上千度，如此高的溫度對缸體造成的應力變形等破壞作用是非常明顯的；噴涂的結合強度不足30N/mm2，它經不起長時間活塞的往復運動所產生的疲勞循環的“錘擊”效應的作用，極易造成涂層脫落。實踐證明，銅焊和噴涂工藝修復缸體的方法是不可取的。瓦背加大的方法是將座孔直徑鏜大1mm，再使用由該發動機制造廠特制的瓦背直徑加大1mm的主軸承，其缺點就是在座孔磨損很小（例如0.10mm左右）的情況下，孔徑上也要鏜去1mm。如果座孔損傷嚴重或二次損壞，這個方法就無能為力了。鑲套法是將缸體半孔在半徑上鏜去幾毫米，再將有加工余量的半孔鋼套鉚在座孔上，經過鏜削加工至標準尺寸。由于在主軸承和座孔之間又增加了一層鋼套，這必然降低座孔導熱能力，加之軸瓦配合間隙不易控制，這樣就增大了“化瓦”抱軸的可能性。傳統工藝恢復座孔較常用的方法是采用手工電弧堆焊。但該工藝對焊工的修復經驗和技術要求較高，且鑄鐵堆焊易產生大量氣體、咬邊和硬點，這會大大降低瓦背與座孔的接觸精度和剛度，影響導熱，易產生“化瓦”抱軸的現象。堆焊的應力與變形還易造成軸承座孔嚴重變形失圓。
2 兩種適用工藝修復技術
2.1 鋅合金電刷鍍
由于壓力磨損和緩慢變形引起的座孔超差，往往都不是很嚴重的，直徑上的超差值一般不大于0.5mm。恢復這類座孔尺寸的Z佳工藝就是金屬電刷鍍，常用恢復尺寸的商品鍍液只有鎳、銅兩種。可是這兩種鍍液都存在結合強度低且前者太硬、后者太脆，只能進行手工刮研而不能進行鏜削加工。而手工修復是不可能保證座孔的形狀和位置精度的。
為解決這些難題，經過反復試驗，所研制出的鋅合金鍍液配方是：
鋅鹽 500克/升
鋁鹽 80克/升
添加劑Ⅰ 30克/升
添加劑Ⅱ 24克/升
PH 4
該鍍液不需鎳層打底，可直接鍍在主軸承孔上。其刷鍍工藝、參數及注意事項與常規刷鍍相同。
2.2 鎳絲氬弧堆焊
該工藝方法實質上是一種鎢極氬弧焊，純鎳焊絲，手工操作，焊絲截面積不要大于10mm2，焊前要特別注意加熱除油。這種鑄鐵堆焊工藝的優點是：操作簡便、不咬邊、無氣孔、焊層薄、無硬點、結合強度高。由于焊接電流可控制在100A以內，故焊接應力變形明顯低于手工電弧焊。該方法適于堆焊造成內孔嚴重“燒傷”的座孔。
3 座孔修復工藝的要點
缸體座孔修復的主要工序是：檢查――確定方案――修復瓦蓋――預鏜孔――加熱除油――恢復座孔尺寸――鏜削座孔――檢查驗收。
3.1 瓦蓋修復的要點。瓦蓋半孔尺寸的恢復分以下幾種情況：對于瓦蓋半孔只要“燒傷”不是很嚴重，都可以采用銑削安裝底面的方法使半孔下沉從而產生加工余量。但如缸體半孔需刷鍍，則瓦蓋不可如此鏜削，以免上下半孔硬度不等造成加工讓刀失圓。對于K38發動機瓦蓋Z好不要通過銑削安裝底面而使半孔下沉太大。恢復K38發動機瓦蓋半孔尺寸較為合理的選擇就是：若孔徑超限較小，可選擇瓦蓋半孔下沉與刷鍍相結合的方法。
通常瓦蓋與缸體止口均為過盈配合，這是由止口的定位作用所決定的。做為安裝定位基準的底面，一定要事先進行研磨加工以保證有足夠的接觸點。對于K38發動機雙止口定位瓦蓋，應保證其兩個止口合理配合，上止口間隙應在0.01-0.03mm之間，下止口過盈量就在0.06-0.10mm之間。
3.2 預鏜孔。如果缸體上某首半座孔已下沉，就必須恢尺寸。若采用鋅合金電刷鍍，則上下半孔應一刀鏜出，且鏜量要盡量小。注意不可只鏜半孔，以免加工失圓和不便拋光。若采用鎳絲氬弧堆焊，則至少在直徑上要均勻鏜去1mm，以免焊層硬度不均勻。
3.3 鏜削主軸承孔。除需全部座孔都要修復外，一般不要在普通鏜床上加工座孔，因為在鏜床上雖可按非加工孔找正，但夾緊時又會破壞定位造成新的偏移，致使加工孔與未加工孔不同軸。座孔的加工Z好是在專用鏜瓦機上進行。這種鏜瓦機的刀桿與機床主軸柔性連接，機床精度對加工精度影響小。將兩個具有一定配合精度的定位套裝入間隔盡量遠的兩個標準座孔中，在這兩個定位套中插入刀桿，在要鏜孔的部位裝上刀頭，即可進行鏜削加工，尺寸精度由對刀塊保證。這種加工方法的優點是只要刀桿與定位套、定位套與座孔的配合合理，安裝面清潔，便可保證鏜削的座孔與定位孔的同軸度。
4 同軸度檢查實用方法
簡要介紹四種同軸度檢查的實用方法：一是直接裝上曲軸盤動，此法簡單易行，可滿足一般使用要求，為大多數修理工所采用；二是驗棒（長度要足夠，直徑Ф60左右即可）置于全部座孔中，待自由擺停止后，向每道孔與驗棒之間塞入0.02mm厚的塞規，如果每道都不能塞入即可認為該缸體的相鄰座孔和全部座孔同軸度誤差不大于0.02mm。還需將缸體轉過90°角度重復上述檢驗步驟。此法既精確又簡便；三是檢查環加塞規法。就是在鏜削座孔的刀桿上加裝一檢查環，檢查環與刀桿和座孔的配合間隙適當。將檢查環推入將要檢查的座孔中，用塞規在其周邊塞入，根據塞入的情況判定同軸度是否合格。此法對檢驗具的精度與配合間隙要求精確的設計與制造；四是按小于座孔下差0.04mm左右做一通長檢驗棒，裝入缸體半孔中，將全部瓦蓋按規定的扭矩和緊固方法裝好，然后用測力搬手轉動檢驗棒，根據用力大小判定同軸度是否合格。如果事先將驗棒涂上紅丹粉，可以對瓦蓋出現的高點進行刮研，這也是該方法的一大優點。
5 結束語
發動機是汽車、船舶、內燃機車等各種動力設備的心臟。缸體則是發動機中的基礎貴重件，它的價值可占到整臺發動機的四分之一以上，特別是進口缸體的價格更高。因此，缸體修復具有重要的經濟意義。據多年的探索和實踐，應用上述工藝修復K38發動機缸體，為企業降低成本、提高效益做出了積極的貢獻。
參考文獻：
[1]王龍山、于愛兵、陳思夫等，材料成形技術基礎[M].北京：清華大學出版社，2010.4.
[2]陳文云、王宗舜，特種用途鑄件補焊工藝試驗研究[J].中國船舶工業行業協會文集，2008，11：121-123.
[3]賓勝武，刷鍍技術[M].北京：化學工業出版社，2003：271-272
來源：《硅谷》2012年6期
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