Биметаллические детали изготавливают из двух или более металлов для того, чтобы придать хорошие физико-механические свойства соединяемым рабочим поверхностям и в то же время сэкономить материалы, особенно бронзу и др. В связи с этим большой интерес представляет получение биметаллических втулок взамен бронзовых, что сокращает затраты на запасные части (увеличивается ресурс этих и соединяемых с ними деталей по сравнению с обычными и серийными), а также уменьшает износ поверхностей отверстий верхних головок шатунов.

На стальную основу по внутренней поверхности центробежным способом наплавляют тонкий слой бронзы. Существенное повышение его износостойкости в биметаллической втулке объясняется тем, что он находится в пределах 0,5 мм и практически не дает усадки. Поэтому предусмотренный техническими условиями масляный зазор в соединении втулка верхней головки шатуна— поршневой палец сохраняется значительно дольше.

Кроме того, использование биметаллических втулок исключает случаи их ослабления и проворачивания в верхних головках шатунов из-за усадки и износа, что имеет место на наружных цилиндрических поверхностях бронзовых втулок. Снижается износ поверхностей отверстий верхних головок шатунов, поскольку биметаллическая втулка обладает-более плотной посадкой.

Стальные втулки под центробежную заливку бронзой изготавливают из цельнотянутых труб на токарно-винторезных станках. Причем их длину выбирают с таким расчетом, чтобы из одной заготовки получить две детали.

Центробежную заливку проводят на токарно-винторезном или на специальном станке с приводом шпинделя передней бабки от электродвигателя мощностью 1 кВт. Заготовку помещают в специальный кондуктор. Он состоит из двух чугунных фланцев с буртиками толщиной 20 мм и выточками для размещения заготовки. Сквозное отверстие диаметром 6 мм в одном фланце расположено под углом 45° и служит для выхода газов, возникающих в процессе плавления бронзы. Во втором фланце предусмотрено несквозное отверстие диаметром 8... 10 мм для передачи вращения от шпинделя станка кондуктору. Чтобы предотвратить сплавление бронзы с фланцем, кольцевые плоскости и торец смазывают графитом.

После установки заготовки в один фланец вкладывают кусочки бронзы от предварительно промытых и обезжиренных старых втулок с таким расчетом, чтобы получить толщину слоя в пределах 2... 3 мм на сторону. Добавляют необходимое количество буры для обеспечения сплавления, надевают второй фланец, пропускают через отверстие индуктора токов высокой частоты (ТВЧ) и закрепляют в поводке хомутика и центрах станка.

Включают индуктор ТВЧ. В результате нагрева бронза надежно сплавляется и уплотняется центробежной силой. В заключение кондуктор вместе с заготовкой охлаждают водой. У залитых заготовок обрабатывают внутренний и наружный диаметры, снимают фаски, изготовляют канавки и отверстия для смазывания.

Экономия бронзы на один двигатель составляет 700 ... 800 г, а ресурс в 2 ... 2,5 раза больше стандартных втулок.

Один из факторов, определяющих качество наплавленного методом центробежной заливки с применением ТВЧ металла, — оптимальная температура в зоне соединения основного металла и заливаемой бронзы.

В результате исследований установлено, что оптимальная температура нагрева деталей 1200 ... 1250°С. При меньшей температуре (1150°С) в зоне соединения основного и заливаемого металла наблюдается непроплавление бронзы, что препятствует полному контакту и образованию прочной связи. При нагреве свыше 1250°С в зоне соединения отмечается интенсивный размыв основного металла. Частота вращения кондуктора существенно влияет на качество залитого слоя бронзы. Это обеспечивается в том случае, если при вращении детали расплавленный металл не проскальзывает относительно заливаемой поверхности. Высококачественный слой получается при окружной скорости 4,5 м/с.

Для изготовления биметаллических втулок, кроме нагрева ТВЧ, применяют пламя газовой горелки, что менее эффективно как по производительности, так и по экономичности. Например, стальные втулки наплавляют центробежным способом бронзовой стружкой в приспособлении. Оно состоит из двух стальных фланцевых держателей 1 и 3 (рис. 19), установленных в центрах токарного станка.

На фланцах расположены буртики, между которыми зажимают стальную втулку 2 с клингеритовыми прокладками 4. Отверстие диаметром 10 мм служит для выхода газов и наблюдения за ходом плавки. Бронзовую стружку смешивают с технической бурой, набивают в отверстие втулки и уплотняют. Пламя двух газовых горелок № 6 перемещают вдоль втулки, вращающейся с частотой 300 мин-1. После появления яркого свечения частоту вращения увеличивают до 800 ... 1000 мин-1 и подогревают еще 10... 15 мин, после чего горелки отводят, а деталь продолжает вращаться до потемнения внутренней поверхности. Затем внутренний диаметр втулки растачивают с расчетом получения 3... 4 мм слоя наплавленной бронзы.

Качество биметаллических втулок не отличается от бронзовых заводских, а стоимость восстановления в 7... 8 раз ниже стоимости бронзовых.

Следующий пример получения биметаллических деталей — восстановление гильз автомобильных двигателей. В целях экономии нирезиста внутренние поверхности гильз двигателя автомобиля ЗИЛ-130 восстанавливают центробежным способом. Для этого внутреннюю поверхность гильзы протачивают на глубину 3... 3,5 мм длиной 50 мм. Подготовленная поверхность должна иметь низкую шероховатость, что обеспечивает более качественное сплавление.

После обработки гильзу устанавливают в специальное приспособление, где она будет вращаться с частотой 900... 1200 мин-1. Ее нагревают с помощью индуктора ТВЧ до 900... 1000 °С. Нирезист плавится в индукционной печи и при температуре 1400... 1450 °С заливается в гильзу. Предотвращение окисления при нагреве и улучшение сплавления достигается за счет подачи флюса.

Замена вставок заливкой позволяет сократить расход нирезиста с 10 до 2,8 кг на один двигатель ЗИЛ-130.

 

Рис. 20. Установка для восстановления гильз цилиндров двигателя 3M3-53 способом центробежного индукционного выпекания:

1 — трубка; 2 — головка; 3 — пустотелый вал со шкивом; 4 — коническая цанговая оправка; 5 — гильза цилиндров; 6 — индуктор ТВЧ; 7 —крышка; 8 — задняя бабка; 9 — рама; 10 — электродвигатель.

Установка для восстановления гильз цилиндров двигателя автомобиля ГАЭ-53 способом центробежного напекания порошковым материалом состоит из рамы 9 (рис. 20), головки 2 с индуктором 6, электрического привода и задней бабки 8. Восстанавливаемую гильзу 5 нижней частью устанавливают в коническую цанговую оправку 4, а верхнюю часть прижимают подпружиненной крышкой 7 и подпирают с помощью центра задней бабки 8. Гильза вращается за счет клиноременной передачи от электрического привода ЭТО-1-4, позволяющего изменять частоту вращения в пределах 100... 1000 мин-1.

Восстанавливаемый участок нагревается с помощью индуктора ТВЧ. Он изготовлен из медной трубки сечением 10X10 мм, а его выводы из корпуса заделаны в трубку 1.

Гильзы цилиндров двигателей 3M3-53 на этой установке восстанавливают под третий ремонтный размер (93,5 мм) следующим образом. Вначале извлекают изношенную вставку нагревом гильзы до 350. ..400°С .Затем гильзу устанавливают в коническую цанговую оправку и на место извлеченной вставки насыпают металлический порошок, закрывают крышку и включают привод. Распределение порошка по поверхности гильзы происходит при частоте вращения 350...450 мин-1.

Необходимое уплотнение порошка и давление для его спекания и припекания обеспечивается при частоте вращения гильзы 900... 1000 мин-1, при которой к индуктору подводят ток, что приводит к нагреву поверхности гильзы и порошка. За 1 ... 1,5 мин происходит спекание и припекание к гильзе. Далее выключается нагрев, и после 1,5...2 мин выдержки при быстром вращении гильза охлаждается. После выключения привода ее снимают и подвергают механической обработке. Качество напекаемого слоя можно регулировать за счет различных составов порошков, их фракций, изменением частоты вращения детали, времени и температуры нагрева. Ресурс восстановленных таким способом гильз в 2... 3 раза выше по сравнению с гильзами после расточки.

Восстановление и изготовление биметаллических деталей с применением инерционных устройств рекомендуется для специализированных ремонтных предприятий.