Коленчатый вал - шлифовать или ремонтировать?

Данная статья универсальна и информативна для любой марки автомобиля.

Коленчатый вал автомобильного двигателя, безусловно, является одной из самых нагруженных деталей, работая в условиях знакопеременных нагрузок - сил давления газов, передаваемых через шатуны от поршней при сгорании топлива, и сил инерции при их возвратно-поступательном движении. Все эти условия и вызывают естественный износ. Но на практике чаще всего причиной выхода из строя коленвала является нарушение условий эксплуатации двигателя.

Основные дефекты - задиры шеек, которые приводят к увеличению зазора в подшипнике, перегрев и расплавление вкладышей, которые приводят к тяжелым разрушениям коленвала, а также блока цилиндров и шатунов. Вот эти дефекты на фотографиях (фото 1,2, 3).

     

Задиры шеек легко устраняются шлифовкой вала на ближайший ремонтный размер. Обычно шаг ремонтных размеров - 0,25; 0,5; 0,75; 1,0; 1,25; 1,50 мм, т.е. вал имеет шесть ремонтных размеров. Встречается шаг 0,5; 1,0; 1,5; 2.0 мм, а также 0,75; 1,5; 2,25; 3.0 мм.
(размеры коленвала НИВЫ и его допустимые биения указаны здесь)

По нашему заказу были изготовлены вкладыши межремонтных размеров, т.е. если шаг между ремонтами равен 0,50мм, то мы заказали 0,25мм, тем самым увеличив количество ремонтов. Вал автомобиля КАМАЗ после перешлифовки на размер 1.0 мм требует азотирования или закалки ТВЧ, что в условиях мастерской невыполнимо.

При расплавлении вкладышей ремонт становится более трудоемким. Потребуется не только шлифовка шеек, но и рихтовка вала.

Теперь попробуем разобраться, что такое ремонт коленчатого вала. Проследим, так сказать, путь коленвала по нашей мастерской. Театр, как известно, начинается с вешалки, а мы начнём с поста приемки деталей в работу. Прежде всего, важно наличие грузоподъемного механизма. Наше предприятие специализируется на валах грузовых автомобилей, а у них и вес соответствующий (фото 4).
(Снятие коленатого вала с НИВЫ показано здесь)

После выгрузки вал поступает на магнитный дефектоскоп для выявления трещин. Метод магнитной дефектоскопии довольно прост: через вал пропускается напряжение не более 3 вольт, но с силой тока 1200 - 1500 А. Проходя по проводнику, ток создает магнитное поле. Если присутствует разлом металла (а это и есть трещина, которую мы ищем), появляется разность магнитных полюсов. Одна сторона трещины станет "севером", а другая "югом" магнитной системы. После намагничивания нанесем на вал магнитный порошок, смешанный с дизельным топливом или керосином. Магнитное поле на месте трещины притянет порошок - и трещина как на ладони. Данный метод позволяет выявить трещины шириной менее 1 мкм, даже под слоем наплавленного на шейку вала баббита после расплавления подшипника. Широко применяется данный метод дефектоскопии в машиностроении и ремонте. В железнодорожном депо таким способом дефектуют колесные пары подвижного состава (фото 5-9).

Возникает вопрос: а какие трещины допустимы? Некоторые двигатели отечественного производства допускают работу с трещинами длиной до 7 - 10мм. Руководства по ремонту современных моторов запрещают эксплуатацию вала, если трещины на валу видны в лупу 4-х кратного увеличения. Иногда клиенты просят сделать вал с трещинами, под их ответственность. Делаем, но только валы отечественного производства. Иномарка трещину не простит.

После проверки вал необходимо размагнитить, во избежание остаточной намагниченности. Дефектоскоп мы делали сами. Для удобства оснастили его тельфером.

Итак, вал проверили на трещины, размагнитили, пора проверить прогиб вала и размеры шеек. Раньше прогиб вала мы проверяли, используя поверочную плиту и призмы. Но для определения прогиба вала оказалось достаточно и нашего дефектоскопа. На снимке видно, как происходит предварительная проверка прогиба. Если величина прогиба не превышает половины припуска на шлифовку (для припуска 0.25мм - 0.05...0.10мм; для припуска 0.50мм - 0.10...0.15мм), то вал мы не рихтуем, при условии, что максимальное биение имеет средняя коренная шейка, и минимальное биение - у крайних коренных шеек. Если двигатель не "стучал", то прогиб вала

практически отсутствует. В случае расплавления вкладышей, особенно когда вкладыш "приварился" к шейке, прогиб может составлять 1 мм и более (было и 3,5 мм). Такой вал необходимо рихтовать. Если и получится перешлифовать на ремонтный размер, то как быть с посадочными местами шестерён привода распредвала и маслонасоса, мест работы сальников, посадочным местом маховика и отверстием подшипника первичного вала КПП (фото 10, 11)?

    

Размер шеек вала измеряем микрометром. Сверяем с таблицей размеров, определяем, на какой ремонтный размер будет шлифоваться вал. Далее осматриваем вал на наличие других дефектов: износ мест работы сальников, разрушение посадочных мест шестерён и балансиров, разрушение посадки подшипника КПП, обрыв болтов крепления маховика, целостность шпоночных пазов. Составляем акт приемки вала в ремонт и приступаем к работе. Вал очищен от грязи и устанавливается на станок для шлифовки. Мы используем отечественные станки 3A423 и ЗД4230л, производства Украины, город Дубны. Много идёт дискуссий о данных станках. Называют их по-разному: "динозавр", "мастодонт" и просто "грудой железа". Но при правильной наладке, надлежащем уходе, применении соответствующих СОЖ, станок радует своей отличной работой.

Устанавливаем вал для шлифовки коренных шеек, проверив индикаторным приспособлением биение шеек. При шлифовке рядных шестицилиндровых и некоторых восьмицилиндровых V-образных валов применяем поддерживающий люнет, во избежание прогиба вала под собственным весом и силой давления шлифовального круга. Обязательно при шлифовке контролируем радиус галтели вала. Если нарушить радиус, то неизбежна поломка вала .

При шлифовке шатунных шеек необходимо выдержать два важных параметра: радиус кривошипа и параллельность оси шатунных шеек относительно коренных шеек. Контролируем всё при помощи приспособлений (фото 12, 13, 14).

   

Места под сальник восстанавливаем установкой колец. Снимаем 1- 1.5мм металла с вала и устанавливаем кольцо методом горячей посадки. Посадочные места шестерён и балансиров можно восстановить наплавкой. Но этот метод не даёт гарантий от нерегламентных разрушений. Восстановление шпоночного паза наплавкой даёт хорошие результаты: малый термоудар, по сравнению с наплавкой шейки. В случае обрыва болтов маховика, необходимо удалить остатки последних, с последующей калибровкой резьбы (пройти метчиком).

Наличие прибора для проверки твердости металла является необходимым. После шлифовки коленвалов на размер более 1 мм от номинального, наблюдается снижение твёрдости, особенно на автомобилях отечественного производства. На валах автомобиля КАМАЗ, при стандартном размере шеек, твердость 54...58 HRC,после шлифовки на второй ремонт -твёрдость 40..44 HRC. После расплавления подшипника, происходит нагрев коленвала и отпуск шейки ниже допустимого предела (фото 15, 16).

    

Немного о рихтовке вала. Выпускается много типов гидравлических прессов для рихтовки. На таком прессе невозможно отрихтовать чугунный вал. Да и процесс работы со стальным валом превращается в лотерею: лопнет или нет? Эксплуатируя пресс в течение нескольких лет, и чего скрывать, поломав несколько валов, стали искать другой путь устранения прогиба. Метод чеканки или "метод зубила и кувалды" снял большинство проблем. Суть метода заключается в следующем: находится место, где вал максимально прогнут вниз, и наносится удар зубилом. Это создаёт в материале напряжение сжатия, в результате чего вал распрямляется. Таким способом рихтуются даже чугунные валы, на прессе они ломаются пополам (фото 17).

Полировка шеек и притупление острой фаски масляных каналов производится на шлифстанке. Притупление кромки должно производиться обязательно, во избежание задира вкладыша.

Вот, собственно, и всё. Вал перешлифован, отполирован, острые кромки сняты, вкладышами укомплектован, клиенту рекомендовано проверить постель вала в блоке и в шатунах. Так, а что же такое шлифовка и ремонт? Разные вещи? Нет. Шлифовка - это одна из главных операций в технологической карте РЕМОНТА коленчатого вала, потому что проверка на трещины, проверка прогиба, установка вала на станок, настройка радиуса кривошипа, шлифовка, полировка, притупление кромок - это уже технологический прогресс.

И имя ему - РЕМОНТ КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА.

P.S. До сих пор вызывают улыбку слова клиентов: "Мы вал хотим расточить. И блок под вал шлифануть!"

Сергей ГОРШКОВ
АвтоМастер