Технологический процесс ремонта коленчатого вала двигателя змз

Разработка технологических режимов восстановления коленчатого вала двигателя ЗМЗ-53

Краткое описание детали, принцип работы и возможные неисправности. Выбор средств измерения. Технико-экономическая характеристика способов восстановления шатунных и коренных шеек. Расчет основных режимов нанесения покрытия. Процесс восстановления вала.

Рубрика	Транспорт
Вид	курсовая работа
Язык	русский
Дата добавления	15.12.2011
Размер файла	110,5 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

В новых условиях хозяйствования, когда в сельскохозяйственном производстве после капитального ремонта эксплуатируются более 50% тракторов и 75% двигателей, необходимо увеличивать темпы технического перевооружения производственных, перерабатывающих и других отраслей АПК. В связи с этим важное значение имеет повышение качества и надежности выпускаемых машин, уровня их технического обслуживания и ремонта, включая организацию и проектирование ремонтно-обслуживающего производства. Однако с ростом балансовой стоимости сельскохозяйственной техники существенно увеличиваются и затраты на ее ремонт. Следовательно, встает задача снижения этих затрат за счет повышения качества и надежности изготовления и капитального ремонта машин.

Наиболее важный фактор снижения затрат — высокое качество капитального ремонта машин. Улучшения качества ремонтных работ можно добиться, с одной стороны, за счет модернизации устаревшего ремонтно-технологического оборудования и совершенствования технологий ремонта на крупных предприятиях, а с другой — за счет увеличения уровня концентрации ремонта разномарочных агрегатов и машин, имеющих близкие по характеру дефекты и конструктивно-технологические свойства (использование принципов узловой и технологической специализации), и углубления профессиональной специализации.

В системе мер по снижению затрат на ремонт важное значение имеет рациональный выбор способа восстановления изношенных деталей. Как известно, в настоящее время существует огромное количество различных методов нанесения покрытий и их последующей обработки. Основная задача предприятий ремонтного производства — оснащение производственных подразделений современным энергосберегающим оборудованием и внедрением ресурсосберегающих технологий ремонта. При этом необходимо добиваться того, чтобы затраты на внедрение новых технологий не приводили бы к значительным экономическим издержкам. Этого можно достичь путем предварительной тщательной дефектации часто изнашиваемых деталей и последующим грамотным назначением всех операций технологического процесса восстановления. Кроме того, необходимо сочетать преимущества агрегатного (обезличенного) метода ремонта с необезличенным методом ремонта, когда не происходит раскомплектовки прецизионных пар трения. Это позволяет достичь наибольшего ресурсосбережения и высокой экономии денежных средств.

1. Краткое описание детали, принцип работы и возможные неисправности

Коленчатый вал — важнейшая деталь двигателя. Он воспринимает усилия, передаваемые от поршней шатунами, и преобразует их в крутящий момент, который через маховик передается на трансмиссию.

Чугунные коленчатые валы в автомобильных двигателях стали применять с 1960 года. Высокопрочные чугуны по ГОСТ 7293-85 делятся на два класса: перлитные (ВЧ 45-0; ВЧ 50-1,5; ВЧ60-2) и ферритные (ВЧ 40-0; ВЧ 40-6). Большое применение нашли чугуны перлитного класса благодаря высокой прочности и износостойкости.

Повышение механических свойств чугунов позволяет применять их вместо сталей для деталей, работающих в условиях значительных переменных напряжений.

Большое применение нашли чугуны перлитного класса благодаря высокой прочности и износостойкости. В таблице 1 приведены сведения о прочностных свойствах высокопрочного, серого, модифицированного, ковкого чугунов и стали 45.

Таблица 1 — Прочностных свойствах высокопрочного, серого, модифицированного, ковкого чугунов и стали 45

Показатели прочности, МПа

Высокопрочный с шаровидным графитом

Предел прочности при растяжении

Предел усталостной прочности при изгибе

Предел усталостной прочности при кручении

восстановление неисправность вал коленчатый

Из таблицы 1 видно, что основные механические свойства перлитного высокопрочного чугуна примерно такие же, как и у стали 45 и значительно выше, чем у других чугунов. При этом себестоимость отливок из высокопрочного чугуна в 2-2,5 раза ниже по сравнению с себестоимостью отливок из ковкого чугуна и поковок стали 45 [3].

Коленчатый вал двигателя ЗМЗ-53 выполняется литым из высокопрочного чугуна, является V-образным с четырьмя шатунными шейками, расположенными под углом 90°. Причем у такого коленчатого вала число коренных шеек на одну больше, чем шатунных. Такой вал называется полноопорным.

Коленчатый вал состоит из опорных коренных шеек, шатунных шеек, щек и противовесов. На переднем конце вала выполнены шпоночные канавки для крепления распределительной шестерни и шкива привода вентилятора. В торце вала сделано нарезное отверстие для ввертывания маховика. В центре фланце высверлено углубление для установки подшипника ведущего вала коробки передач.

Коленчатый вал работает в условиях периодических нагрузок от сил давления газов, сил и моментов инерции, которые в совокупности вызывают значительные скручивающие и изгибающие моменты, а также крутильные продольные колебания вала, создающие при резонансе дополнительные напряжения.

Основные дефекты коленчатых валов: изгиб, износ посадочных мест и шпоночных канавок под шестерню или шкив вала, повреждение или износ резьбы под храповик; износ отверстий или резьбы во фланце для крепления маховика, износ шеек и т.д.

Коленчатые валы выбраковывают при трещинах и отслаивании металла на поверхностях шеек, если их нельзя устранить шлифованием под ремонтный размер или при любых трещинах в щеках вала. Коленчатый вал также выбраковывают при износе коренных и шатунных шеек, выходящем за пределы последнего ремонтного размера.

Коренные и шатунные шейки изнашиваются неравномерно. Шатунные шейки в результате износа по окружности приобретают эллипсность, а по длине конусность.

Наибольший износ шатунных шеек наблюдается по лини поверхности, обращенной к оси вала. Коренные шейки, как правило, по длине изнашиваются равномерно, а по окружности на овал.

Технические условия на ремонт.

У коленчатых валов, поступающих на сборку, масляные каналы и грязеуловители должны быть тщательно очищены от шлама.

Шатунные шейки должны иметь диаметр — 60,00-0,013 мм.

Коренные — 70,00-0,013 мм.

Овальность и конусность шеек коленчатого вала не должны превышать 0,01 мм.

Чистота поверхности шеек должна соответствовать 5 квалитету Ra 0,2-0,4

Длина передней коренной шейки должна быть в пределах 30,45-30,90 мм.

Длина шатунной шейки 52,0-52,2 мм.

Радиусы галтелей шатунных шеек должны быть в пределах 1,2-2,0 мм, коренных 1,2-2,5 мм.

При вращении вала, установленного в призмы на крайние коренные шейки, биение не должно превышать:

а) для средней коренной шейки — 0,02 мм.

б) для шейки под распределительную шестерню — 0,03 мм.

в) для шейки под ступицу шкива вентилятора — 0,04 мм.

г) для шейки под задний сальник — 0,04 мм.

д) фланца по торцу — 0,04 мм.

Не параллельность осей шатунных и коренных шеек — не более 0,012 мм на длине каждой шейки.

2. Выбор средств измерения

При выборе средств измерения учитываются их метрологические и экономические показатели. Обобщающим показателем при выборе инструмента является погрешность при измерении. В общем случае должно выполнятся следующее условие:

где ДLim — суммарная погрешность средства измерения (по таблицам соответствующего ГОСТа, см. прил. 8, 9 КП), мкм;

д — допускаемая погрешность измерения, мкм.

Допускаемая погрешность измерения показывает, на сколько можно ошибиться при измерении размера заданной точности в меньшую или большую стороны, т.е. имеет знаки д.

При расчете в учебных целях значения д примем 20% (для 10…17 квалитета) от значения допуска на изготовление.

Выбираем микрометр 0 кл. МК-50-75 ГОСТ 6507-90, прибор индикаторный ИЧ-02 кл. 0 ГОСТ-577-68.

3. Выбор рационального способа восстановления детали

Как правило, изношенные поверхности деталей могут быть восстановлены несколькими способами. В каждом конкретном случае необходимо выбрать самый рациональный из них для обеспечения наилучших экономических показателей. Это зависит от конструктивно-технологических характеристик детали (формы, размера, материала, термообработки, поверхностной твердости и шероховатости), условий ее работы (характера нагрузки, рода и вида трения) и величины износа, а также стоимости восстановления.

Для учёта названных факторов рекомендуется последовательно использовать три критерия:

1. Технологический критерий, или критерий применимости;

2. Технический критерий (критерий долговечности);

3. Технико-экономический критерий (отношение себестоимости восстановления к коэффициенту долговечности).

Первый учитывает, с одной стороны, особенности поверхностей, а с другой — технологические возможности способов восстановления. После выявления возможных способов, исходя из технологических соображений, применяют технический критерий, то есть отбирают те методы, которые обеспечивают наибольший последующий межремонтный ресурс этих поверхностей. Эта оценка производится по коэффициенту долговечности К_Д, который в общем случае представляет собой функцию трех других коэффициентов:

где К_И — коэффициент износостойкости,

Для количественной оценки критерия долговечности необходимо иметь информацию по техническим ресурсам детали. Получение этих данных в процессе эксплуатации машин занимает много времени. К тому же не представляется возможным выявить основные физико-химические свойства восстановленных и новых деталей, которые определяют их долговечность.

При получении указанных параметров на практике применяют методы ускоренных лабораторно-стендовых испытаний на надежность. Чтобы получить достоверную информацию, необходимо проводить испытания соответствующих деталей и соединений при одинаковых режимах нагружения, скоростях относительного скольжения, температурах рабочих поверхностей и смазочных материалах.

Из способов, отобранных по технологическому критерию, к дальнейшему анализу принимаются те, которые обеспечивают коэффициент долговечности не менее 0,8. Если требуемому уровню долговечности данной поверхности детали удовлетворяют два или несколько способов, оптимальным признается способ, имеющий минимальный технико-экономический показатель, равный отношению себестоимости восстановления к коэффициенту долговечности:

где С_В — себестоимость восстановления поверхности, руб.;

К_Д — коэффициент долговечности восстанавливаемой поверхности.

Себестоимость восстановления С_В определяется из выражения:

где С_У — удельная себестоимость восстановления, руб./дм 2 ;

S — площадь восстанавливаемой поверхности, дм 2 .

У коленчатого вала поверхности шатунных и коренных шеек могут быть восстановлены следующими способами: вибродуговая наплавка (ВДН), электроискровая наплавка (ЭИН), автоматическая наплавка под слоем флюса (НПФ), шлифовка под ремонтный размер (ШРР).

Предварительно отобранные методы восстановления для изношенных поверхностей сравниваются по значению технико-экономического показателя и сводятся в таблицу 8.

Таблица 8 — Технико-экономическая характеристика способов восстановления шатунных и коренных шеек

Характеристика способов восстановления

Уд. себе-стоимость, Су, руб./дм 2

Площадь восстанов-ления, дм 2

Технико-экономч. показатель, Св / Кд, руб.

Износ поверхности шатунных шеек

Автоматическая наплавка под слоем флюса

Шлифовка под ремонтный размер

Износ поверхности коренных шеек

Автоматическая наплавка под слоем флюса

Шлифовка под ремонтный размер

Анализируя таблицу видно, что по техническо-экономическому показателю наиболее оптимальным способом восстановления шатунных и коренных шеек является их шлифовка под ремонтный размер. Действительно, ШРР один из часто применяемых способов восстановления работоспособности коленчатых валов. Преимущества этого способа в его технологической простоте. Из оборудования требуется наличие кругло шлифовального станка и типовой оснастки к нему. Но у этого способа имеется и ряд недостатков: потеря взаимозаменяемости деталей, потребность в деталях (вкладыши) с ремонтными размерами, наличие складских площадей под них. Таким образом, для нас этот способ не подходит.

Далее по технико-экономическому критерию следует метод электроискровой обработки, но он применяется для деталей с малыми износами до 0,3 мм. В нашем случае средняя величина износов шатунных и коренных шеек по таблице составляет соответственно 1,74 мм и 1,48 мм, так что восстановление деталей методом ЭИН нецелесообразно.

Вибродуговая наплавка имеет больший по сравнению с автоматической наплавкой под слоем флюса технико-экономический показатель и характеризуется низкой в сравнении с высокопрочным чугуном износостойкостью наплавленного металла, поэтому этот способ наплавки не может быть рекомендован к повсеместному использованию.

Таким образом, наиболее рациональным способом восстановления шатунных и коренных шеек является автоматическая наплавка под слоем флюса. Восстановление деталей автоматической наплавки под слоем флюса обеспечивает получение качественного (плотного, без пор и раковин) наплавленного слоя металла. Достоинствами автоматической наплавки под слоем флюса являются возможность придания наплавленному металлу требуемых свойств за счет его легирования и более благоприятные условия работы оператора-наплавщика благодаря отсутствию открытой дуги и ее излучающего действия. Легировать наплавленный металл при наплавке под слоем флюса можно следующими способами: с помощью электрода, легированного флюса, одновременно посредством электрода и флюса, за счет материалов, отдельно вводимых в зону наплавки.

4. Расчет основных режимов нанесения покрытия

Сущность способа автоматической наплавки под слоем флюса

Принцип этого способа состоит в том (рисунок 2), что электрическая дуга между деталью и голой электродной проволокой горит внутри эластичной оболочки, созданной в процессе расплавления непрерывно подаваемого из бункера гранулированного флюса, которая защищает расплавленный металл от вредного воздействия окружающего воздуха и тем самым уменьшает выгорание из него углерода и других элементов, теплоотвод в окружающую среду и увеличивает время нахождения металла в жидком состоянии. В связи с этим происходит более полная его дегазация и подъем на поверхность частиц шлака из металла, снижаются потери металла на разбрызгивание, улучшаются формирование наплавленного слоя и использование тепла дуги. Металл с проволоки через дуговой промежуток переносится в жидкую ванну в виде капель и перемешивается с расплавленным основным металлом.

Рисунок 2. Схема автоматической наплавки

1-напловляемая деталь; 2-эластичная оболочка; 3-бункер с флюсом; 4 — мундштук; 5-электродная проволока; 6-электрическая дуга; 7-шлаковая корка.

По мере вращения детали при наплавке цилиндрических поверхностей металл сварочной ванны и жидкий шлак затвердевают. Шлак создает на металле шлаковую корку, которую отбивают в процессе наплавки молотком с заостренным бойком.

Электродная проволока подается с кассеты в зону горения дуги специальным механизмом по направляющему мундштуку. Ток от одного полюса (анода) источника подключают к электродной проволоке, от другого (катода) — через щеточное устройство и патрон станка — к наплавляемой детали. Наплавка осуществляется по винтовой линии при вращении детали и продольной подаче суппорта станка для подачи электродной проволоки.

Разработка технологических режимов восстановления детали

Известно, что для устранения трещин в наплавленном металле необходимо уменьшить в нем содержание углерода, кремния, марганца, серы и фосфора. Поскольку высокопрочный чугун содержит значительное количество этих элементов, то для наплавки выбираем проволоку Св-08, ГОСТ-2246-70, содержащую их в небольшом количестве. Диаметр проволоки 1,6 мм. Для высокопрочного чугуна наиболее подходит флюс АН-348-А, так как происходит лучшее формирование слоя и образуется меньшее количество дефектов. Наплавленный металл обладает твердостью HRC 56…62 и легко поддается механической обработке.

Для шатунных и коренных шеек, с диаметром 60 мм и 70 мм соответственно, сварочный ток принимаем по [Курс. Проект.]:

для шатунных шеек:

для коренных шеек:

Напряжение при наплавке принимаем U = 26…27 В.

Скорость наплавки определяется по формуле:

где б_Н — коэффициент наплавки, г/А·ч (принимаем б_Н = 13 г./А·ч);

h — толщина наплавляемого слоя, мм;

S — шаг наплавки, мм;

г — плотность электродной проволоки, г/см3 (г = 7,85 г./см3).

Толщина покрытия h определяется из соотношения:

где И — износ детали, мм;

z₁ — припуск на обработку перед покрытием на сторону;

z₂ — припуск на механическую обработку после нанесения покрытия на сторону, мм. Определяется согласно таблице 9 [Курс. Проект].

h_ШШ = + 2,5 + 1,1 = 4,6 мм;

h_КШ = + 2,5 + 1,1 = 4,6 мм.

h_ШШ, h_КШ — соответственно толщина покрытия для шатунных шеек и коренных шеек.

Шаг наплавки определяется из соотношения:

S = 2,2·1,6 = 3,5 мм/об — для шатунных и коренных шеек.

для шатунных шеек:

для коренных шеек:

Частота вращения детали:

где d — диаметр детали, мм.

Частота вращения вала:

для шатунных шеек:

для коренных шеек:

Скорость подачи проволоки:

где d_ПР — диаметр проволоки, мм.

Скорость подачи электродной проволоки:

для шатунных шеек:

для коренных шеек:

Смещение электрода определяется из соотношения:

где d — диаметр детали, мм.

l = 6 мм — для шатунных шеек.

l = 7 мм — для коренных шеек.

Вылет электрода определяется из соотношения:

д = 11·1,6 = 17,6 мм — для шатунных и коренных шеек.

Норма времени на выполнение наплавочных работ определяется по формуле:

где Т₀ — основное время, определяется по формуле:

где l — длина наплавляемого участка детали, мм;

n — количество наплавляемых деталей, шт. (в учебных целях n = 7…12 штук).

Т_ВС — вспомогательное время наплавки, мин. (в учебных целях принимается 2 — 4 мин.);

Т_ДОП — дополнительное время, определяется по следующей формуле:

где К = 10…14% — коэффициент, учитывающий долю дополнительного времени от основного и вспомогательного.

Т_ПЗ — подготовительно-заключительное время, мин (в учебных целях принимается 16…20 мин).

Определим основное время:

Для шатунных шеек:

Для коренных шеек:

Определим дополнительное время:

Для шатунных шеек:

Для коренных шеек:

Норма времени на выполнение наплавочных работ для шатунных шеек:

Для наплавочной операции коренных шеек:

5. Расчет режимов механической обработки нанесенного покрытия

Расчёт шлифовальной операции

Механическая обработка покрытий, наносимых на изношенные поверхности, является завершающей операцией в технологии восстановления деталей. Шлифование применяют, если твердость обрабатываемой поверхности больше HRC 35 — 40 или нужно получить высокую точность обработки и малую шероховатость.

Расчёт шлифовальной операции проведём на примере чернового шлифования коренных шеек. При черновом шлифовании производится большой съем металла, что неизбежно приводит к появлению внутренних напряжений. Чтобы избежать деформаций вала обработку шеек коленчатых валов необходимо производить в следующей последовательности:

1. Черновое шлифование шатунных шеек;

2. Черновое шлифование коренных шеек;

3. Чистовое шлифование шатунных шеек;

4. Чистовое шлифование коренных шеек;

5. Полирование шеек.

В любом другом порядке шлифования вал деформируется, и соосность коренных шеек нарушается, в связи с этим приходится вводить дополнительную правку чугунного коленчатого вала. Шлифование коренных шеек следует начинать с наиболее изношенной шейки. Если износ их примерно одинаков, обработку следует вести в следующем порядке: 3,2,1,4 и 5.

Требуемый диаметр: 70,8_-0,2 мм;

Диаметр шлифуемой детали: 72,1_-1,1 мм;

Используется кругло — шлифовальный станок 3Б161.

Длина обрабатываемой шейки: Lш — 30 мм;

Количество шеек — 5.

Выбран шлифовальный круг — 1А50СТ1К5.

Диаметр круга Dк — 600 мм;

Ширина круга Вк — 20 мм;

Определим расчетную скорость вращения детали:

Т — стойкость шлифовального круга, примем Т = 40 мин.;

t — глубина шлифования;

в — расчетный коэффициент шлифования, в = 0,35.

Расчётная частота вращения детали:

Скорость вращения шлифовального круга для чернового шлифования принимаем равной = 28 м/с. Определяется согласно таблице 23 [Курс. Проект].

Продольную подачу камня для чернового шлифования принимаем согласно таблице 23 [Курс. Проект] S_к = 0,7 м/мин.

Скорость перемещения стола:

где S_пр — перемещение обрабатываемой детали вдоль ее оси за один оборот;

где В_к — ширина шлифовального круга, мм;

Полученное значение V_c = 0,35 мм/мин находится в пределах скоростей перемещения стола, указанных в паспортных данных выбранного станка.

Основная нагрузка при шлифовании приходится на черновое шлифование. Определим потребную мощность на вращение шлифовального круга.

Эффективная мощность на вращение шлифовального круга:

Р_z — тангенциальная сила резания,

где з — КПД шлифовального станка. Принято з = 0,75.

Мощности выбранного станка достаточно для чернового шлифования на выбранных режимах.

Нормы времени на механическую обработку (штучное время) определяется по формуле:

Т_осн — основное (техническое) время, мин;

Т_в — вспомогательное время на установку и снятие детали с оборудования, Т_в = 1,5 мин;

Т_обс — время на обслуживание рабочего места и оборудования, мин. Принято 5% от (Т_о + Т_в);

Основное (технологическое) время:

где L — длина продольного хода детали, мм;

где L_пов — длина обрабатываемой поверхности, мм;

h — припуск на обработку, мм;

К — коэффициент, учитывающий точность шлифования и износ круга. По данным [КР] при черновом шлифовании К = 1,3 — 1,4, принято К = 1,3; при чистовом шлифовании К = 1,3 — 1,7, принято К = 1,5.

Время, затраченное на 5 коренных шеек:

Штучное время для чернового шлифования коренных шеек:

Расчет шатунных шеек произведен аналогично. Полученные результаты внесены в таблицу 10

Таблица 10 — Режимы механической обработки коленчатых валов

Источник