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缸體主軸承孔的修復
http://viralses.com 更新時間：2014/9/29 1:45:45
                                                   缸體主軸承孔的修復

【摘要】缸體
　　常出現的失效形式大致可分四類：磨損類、變形類、蝕損類和孔洞裂紋類。修復主軸承孔尺寸的方法分傳統方法和兩種新工藝：鋅鋁合金電刷鍍、鎳絲氬弧堆焊。在修復過程中應注意的要點。敘詞：缸體軸承孔修理

　　1  前言
　　發動機是汽車、船舶、內燃機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 體的價格更是驚人，MK－36型礦用汽車裝備的康明斯K50發動機缸體單價高達50萬元，這相當于一輛高檔轎車的價格，可見缸體修復的經濟意義是多么重 大。
　　缸體常出現的失效形式可大致分為以下四類：1、磨損類。主軸承孔（以下有時簡稱座孔）、凸輪軸孔、止推座孔端面的磨損與“燒傷”；2、變形類。主軸承 蓋（以下有時簡稱瓦蓋）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；3、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；4、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缸體不同部位打出孔洞或裂紋。一些其它原因也可能引起缸體裂 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。其中第1、2類失效形式是最常見的，也是最有修復價值的。因此，近年來一些大用戶、專業修理 廠、有關科研單位針對此類失效形式做了大量攻關工作。筆者根據多年的探索和實踐，就缸體主軸承孔的修復問題談一些基本的認識。 
　　2 恢復主軸承孔尺寸的方法
　　2.1 幾種傳統工藝
　　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圓柱度超限；由于“化瓦”造成某個座孔“燒 傷”；由于座孔嚴重變形，致使其尺寸、形狀、位置各項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：手工電弧鑄鐵堆焊、鑲套、瓦背加大、銅焊及噴涂。實際上銅焊和噴涂是最不可取的。因 為銅焊需將缸體焊接處局部加熱至上千度，這么高的溫度對缸體造成的應力變形等破壞作用是顯見的。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，涂層脫落是遲早的事。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，這個工藝還是可行的，但只有很少的發動機制造廠開發這種特制瓦，即使有這種瓦，大多用戶及其修理部門也不大可能備有 現貨。只有專業修理廠才可能有這種備件，這勢必拖延修理工期。該方法第二條缺點就是廠家只生產瓦背直徑加大1mm的瓦。如座孔損傷嚴重或二次損壞，這個方 法就無能為力了。它的第三條缺點就是座孔磨損很小（例如0.10mm左右），孔徑上也要鏜去1mm。鑲套法是這樣的，廠商供應有加工余量的主軸承蓋，而缸 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。此工藝也是可行的，但它除存在瓦背加大法的幾條缺點外，就是在 主軸承和座孔之間又增加了一層鋼套，且層與層之間的貼合性不可能太好，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。實際上，大家較常用還是用手工電弧堆焊的方法恢復座孔。該工藝難度較高，要求焊工要有豐富的經驗和極強的責任心。因為鑄鐵堆焊極易產生大量的氣孔、咬 邊和硬點，這會大大降低瓦背與座孔的接觸點數，因而影響導熱，埋下“化瓦”抱軸的隱患。座孔上的主軸承定位槽的修理也是一個極易出現問題的細節，缸體制造 廠是使用專用設備加工此槽的，而修理者則是手工修復的，不可能十分精確，極易發生主軸承在座孔中定位不牢固，亦即出現常說的“喘氣”現象，“喘氣”至一定 程度主軸承在座孔中就會轉動，油路就會中斷，“化瓦”在所難免。堆焊的最大隱患就是應力與變形的問題，有時在裝機前怎么檢查主軸孔都是合格的，出事后再次 檢查該孔則嚴重變形失圓，禍根就在于焊接應力。  
　　2.2兩種適用新工藝
　　2.2.1鋅鋁合金電刷鍍
　　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最佳工藝就是金屬電 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，都無法進行手工刮研和鏜削加工。
　　為解決這些難題，經過半年時間的反復試驗，我們研制出了鋅鋁合金鍍液，它的配方是：
　 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、參數及注意事項同常規刷鍍。該鍍液的鍍層具有硬度低、韌性好、結合強度高、切削成卷的良好加工性。我們使用該鍍液修復數百臺缸體，效果十分理想。
　　2.2.2鎳絲氬弧堆焊
　　該方法較簡單，它就是一種鎢極氬弧焊，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：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。該方法最適合于堆焊因“滾瓦”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。對于該工藝中的一些要點，修復人員當給予足夠的重視。 
　　3.1瓦蓋修復的要點
　　依據定位情況，可將瓦蓋分為單止口定位瓦蓋（直列發動機）和雙止口定位瓦蓋（V型發動機）。單止口定位瓦蓋時有螺栓孔傾斜于安裝底面的特殊形式瓦蓋的修復就是恢復半孔尺寸和修復定位止口的兩個端面。瓦蓋半孔尺寸的恢復分以下幾種情況：對于圖1所示的瓦蓋半孔只要“燒傷”不是很　嚴重，都可以采用銑削安裝底面的辦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。對于圖2、圖3所示的瓦蓋最好不要通過銑削安裝底面而使半孔下沉太大，因為這樣會使圖2的瓦蓋側拉螺孔與缸體的螺孔上下錯位而裝不上；同理也會 使圖3的瓦蓋螺孔下端與缸體上的螺孔水平錯位造成“別勁”而影響座孔的圓柱度。恢復這兩種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 孔下沉或下沉與刷鍍相結合的方法；若孔徑超限較大，則要選擇鎳絲氬弧堆焊。堆焊后的瓦蓋應進行高溫回火處理以消除焊接應力。并將瓦蓋安裝底面用平板研磨， 以保證有足夠的接觸點。
　　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。瓦蓋工作中的受力方向決定了瓦蓋遲早要發生向內收縮變形，從而使止口由過 盈配合變為間隙配合，嚴重者間隙可達幾十絲米。這必然造成座孔尺寸和形狀是不確定的，這時必須先將瓦蓋止口端面恢復原有的過盈配合，否則若先修復座孔是沒 有意義的。該端面的修復工藝是通過測量確定每面應恢復的尺寸，對其進行噴焊或堆焊，再用瓦蓋止口端面磨削專機或其它通用機床加工，但要注意必須以瓦蓋安裝 底面和半孔端面為定位基準。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。對于圖2雙止口定位瓦蓋，應保證其兩個止口都是過盈配 合，過盈量應在0.03～0.08mm之間，且裝有側拉螺栓的止口過盈量要略小為宜。
　　3.2預鏜孔
　　如果缸體上某道半座孔已下沉，就必須恢復其尺寸。如采用刷鍍，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。如采用堆焊，則至少在直徑上要均勻鏜去1mm，以使焊層硬度均勻。
　　3.3鏜削主軸承孔
　　除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好孔找正，但鎖緊時又會造成新的偏移，致使加工孔與未加 工孔不同軸。座孔的加工最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基本沒有影響。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，尺寸精度由對刀塊解決。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，那么鏜削的座孔與定位孔的同軸度極易保證。下面就用戶關注的同軸度檢查問題簡介四種實用方法：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，已為大多數修理工所采用；二是驗棒加塞規的方法。就是將一個全長彎曲不大于0.005mm的驗棒 （長度要足夠，直徑Ø60左右即可）置于全部座孔中，待自由擺動停止后，向每道座孔與驗棒之間塞入0.02mm厚的塞規，如果每道都不能塞人即可認為該缸 體的相鄰座孔和全部座孔同軸度誤差不大于0.02mm。當然還需將缸體轉過90°角度重復上述檢驗步驟。此法既精確又簡單；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。將檢查環推人將要檢查的座孔中，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，非專業廠不宜采取；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，當認為同軸度有問題時，打開瓦蓋后 還可對產生的高點進行刮研，這也是該方法的一大優點。每修一個缸體就制造一個驗棒，當然不太經濟。此法適合于缸體品種單一的專業修理
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