Технология восстановления распределительных валов двигателей автомобилей

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Технологический раздел

1.1 Описание назначения, устройства и условий работы детали

1.2 Анализ дефектов детали и требований, предъявляемых к отремонтированной детали

1.3 Определение годовой программы процесса восстановления детали

1.4 Анализ существующих методов восстановления. Параметры, определяющие выбор метода

1.5 Выбор способов устранения дефектов

1.5.1 Выбор способов устранения дефектов по признакам

1.5.2 Выбор способов устранения дефектов по физико-механическим свойствам

1.5.3 Выбор способа устроения дефектов по технико-экономическим характеристикам

1.6 Описание выбранного способа восстановления

1.7 Разработка технологического процесса восстановления детали

1.7.1 Анализ технологичности конструкции

1.7.2 Определение типа производства

1.7.3 Выбор технологических баз

1.7.4 Выбор варианта технологического маршрута восстановления детали

1.8 Выбор оборудования

1.9 Расчёт припусков

1.10 Определение режимов обработки

1.11 Техническое нормирование

Список использованной литературы

деталь восстановление дефект вал



Введение

Распределительный вал изготавливается из стали или специального чугуна, и подвергается термической обработке. Профиль его кулачков как впускных, так и выпускных у большинства двигателей делают одинаковыми.

Одноименные (впускные и выпускные) кулачки располагаются в четырехцилиндровом двигателе под углом в 90о в шестицилиндровом - под углом в 60о, а в восьмицилиндровом - под углом в 45о. При шлифовании кулачкам придают небольшую конусность. Взаимодействие сферической поверхности торца толкателей с конической поверхностью кулачков обеспечивает их поворот в процессе работы.

Начиная с передней опорной метки, диаметр шеек уменьшается, что облегчает установку распределительного вала в картере двигателя. Число опорных шеек обычно равно числу коренных подшипников коленчатого вала. Втулки опорных шеек изготавливают из стали, а внутреннюю поверхность их покрывают антифрикционным сплавом.



1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ

1.1 Описание назначения, устройства и условий работы детали

Распределительный вал обеспечивает своевременное открытие и закрытие клапанов. Он состоит из впускных и выпускных кулачков, опорных шеек. Профиль кулачка обеспечивает плавность хода клапана и влияет на шумность работы газораспределительного механизма. Распределительный вал автомобиля ВАЗ-2108 имеет 5 опорных шеек и 8 кулачков. Одноимённые кулачки (под впускные или выпускные клапаны) располагаются под углом 900 в четырёхцилиндровых двигателях.

В процессе работы на распределительный вал воздействуют силы трения, вибрация, знакопеременные нагрузки, среда и др. Всё это вызывает появление износов: нарушение качества поверхности шеек, механические повреждения.

1.2 Анализ дефектов детали и требований, предъявляемых к отремонтированной детали

У распределительного вала изнашиваются опорные шейки и кулачки. Возможен также изгиб вала. Изгиб опасен тем, что при вращении такого вала средняя опорная шейка даёт биения. У отремонтированной детали биений быть не должно. Опорные шейки коленчатого вала изнашиваются до недопустимого отклонения от цилиндричности, овальность и конусность более 0,1 мм. У отремонтированной детали овальность и конусность не должны превышать 0,04 мм. Кулачки распределительного вала изнашиваются неравномерно. Изнашивание кулачка зависит от направления вращения вала. Максимальный износ кулачок имеет с той стороны которая нажимает на толкатель клапана. Поэтому профиль изношенного кулачка значительно отличается от нового. Износ кулачка вызывает недопустимое уменьшение подъёма клапанов и смещение в сторону запаздывания момента начала и момента максимального открытия клапана. Профиль восстановленного кулачка не должен отличаться от профиля нового кулачка.

1.3 Определение годовой программы процесса восстановления детали

Годовая программа процесса восстановления детали определяется по формуле:

,(1)

где - годовая программа изделий, шт.;

- количество деталей в изделии, шт.;

- выбраковка, %.

1.4 Анализ существующих методов восстановления. Параметры, определяющие выбор метода

В настоящее время существуют различные методы восстановления изношенных поверхностей деталей. Но все эти методы основаны на нанесении слоя определённого материала (покрытия) на поверхность детали. Любое из этих покрытий имеет своё назначение и диапазон применения в зависимости от свойств применяемого материала.

Электролитическим осаждением металлов, бестоковым осаждением металлов, химико-механическим осаждением металлов, анодным нанесением конверсионных покрытий, химическим нанесением конверсионных покрытий получают покрытия электролитического и химического нанесения.

Газопламенным напылением, электродуговым напылением, детонационным напылением, плазменным напылением получают покрытия термического напыления.

Вакуумным напылением, катодным напылением, ионным плакированием получают конденсационные покрытия. Горячим алюминированием, горячим цинкованием, горячим лужением, горячим свинцеванием получают покрытия, наносимые погружением в расплав.

К диффузионным покрытиям относят: цементованные слои, азотированные слои, азотонауглероженные слои, борированные слои, силицированные слои, алюминиевые покрытия, хромовые покрытия, цинковые покрытия.

Исходя из данных приведённых таблиц для восстановления изношенных шеек и кулачков распредвала, подходят следующие покрытия: легированная сталь, никель - алюминиевый сплав, никель - хромовый сплавы, хромовое, кобальтовое, дисперсионное кобальтовое, никелевое, бестоковое никелевое, бестоковое дисперсное никелевое.

Эти покрытия получают методами термического напыления и электролитического, химического нанесения. А методами погружения в расплав, диффузионных покрытий, физического осаждения из парогазовой фазы получают покрытия, предназначенные для упрочнения поверхности, защиты от износа, защиты от коррозии, снижения трения.

При восстановлении распределительного вала необходимо учитывать условия его работы и то, что он является ответственной деталью газораспределительного механизма. Поэтому применяемое для ремонта покрытие должно обладать достаточной твердостью, высокой прочностью сцепления, антифрикционностью, Низкую склонность к трещинообразованию. Анализ свойств подходящих по назначению покрытий показал, что наиболее подходящим покрытием, для восстановления распределительного вала, является твердосплавное покрытие.

Такое покрытие получают методами термического напыления. Существует большое число способов напыления: напыление (металлизация) из жидкой ванны, газопламенное напыление, электродуговое напыление, детонационное напыление (металлизация взры-вом), плазменное напыление (в защитном газе или в ваку-уме), индукционное напыление и напыление в конденсатор-ном разряде, рассматриваются только четыре наиболее важ-ных способа получения покрытий термического напыления.

Любой из этих методов можно использовать для восстановления распредвала, но наиболее подходящим является метод газопламенного напыления.

1.5 Выбор способов устранения дефектов

1.5.1 Выбор способов устранения дефектов по признакам

По конструкторско-технологическим признакам дефекты распределительного вала могут быть устранены несколькими способами: наплавкой изношенного слоя опорных шеек и кулачков, причём возможно применение различных способов наплавки, наплавка в среде защитных газов, вибродуговая наплавка, наплавка под слоем флюса, электродуговая наплавка.

Ещё можно применить такой метод восстановления, как напыление: газопламенное напыление, газоплазменное напыление, детонационное напыление, причём напылять можно металл любой твёрдости и износостойкости.

Применимы и методы гальванического восстановления изношенного слоя поверхности распределительного вала.

Возможно восстановление с помощью различных методов хромирования: белое хромирование, серое хромирование, пористое хромирование.

1.5.2 Выбор способов устранения дефектов по физико-механическим свойствам

Физико-механические свойства, получаемые при различных способах восстановления деталей, оцениваются коэффициентом долговечности, определяемым по формуле:

,(2)

где - соответственно коэффициенты: износостойкости, выносливости, сцепления и коэффициент, учитывающий прочие физико-механические свойства.

Для ручной электродуговой сварки:

.

Для ручной газовой сварки:

.

Для ручной аргонодуговой сварки:

.

Для механизированной наплавки в среде углекислого газа:

Для механизированной наплавки под слоем флюса:

Для механизированной наплавки вибродуговой:

Для электролитического покрытия в среде пара:

Для электролитического покрытия- хромирования:

Для электролитического покрытия - осталивания:

Для клеевой композиции коэффициент долговечности не рассчитывается, он слишком невелик.

Для электромеханического высаживания:

Для пластической деформации:

Для обработки под ремонтный размер:

Для постановки дополнительных деталей:

Таким образом, получаем, что самая высокая долговечность обеспечивается методом хромирования, но в данных расчётах не был учтён такой метод восстановления, как метод напыления.

Коэффициент долговечности газопламенного напыления меняется в зависимости от того, какой материал используется.

С помощью газопламенного напыления можно создать восстановленную поверхность из любого металла, который подходит по своим физико-механическим свойствам. Поэтому целесообразно применять для восстановления изношенной поверхности метод газопламенного напыления.

1.5.3 Выбор способа устроения дефектов по технико-экономическим характеристикам

Технико-экономические характеристики способа устранения дефектов оцениваются коэффициентом, влияющим на соответствующие характеристики, который находится по формуле.

,(3)

где: - соответственно стоимость восстановления и коэффициент долговечности.

Для ручной электродуговой сварки:

.

Для ручной газовой сварки:

.

Для ручной аргонодуговой сварки:

.

Для механизированной наплавки в среде углекислого газа:

.

Для механизированной наплавки под слоем флюса:

.

Для механизированной наплавки вибродуговой:

.

Для электролитического покрытия в среде пара:

.



Для электролитического покрытия- хромирования:

.

Для электролитического покрытия - осталивания:

.

Для клеевой композиции коэффициент долговечности не рассчитывается, он слишком невелик.

Для электромеханического высаживания:

.

Для пластической деформации:

.

Для обработки под ремонтный размер:

.

Для постановки дополнительных деталей:

.

Таким образом, получаем, что по технико-экономическим свойствам, для восстановления лучше всего применять метод электромеханического высаживания.

1.6 Описание выбранного способа восстановления

Для восстановления опорных шеек и кулачков распредвала я выбрал метод газопламенного напыления. Этот метод позволяет сравнительно дёшево получить восстановленную поверхность, отвечающую всем технологическим требованиям. С помощью установки «техникорд топ-жет/2», для газопламенного напыления, на восстанавливаемую поверхность наносится расплавленный металл в виде мелких капелек. Капельки металла при попадании на напыляемую поверхность проникают во все микронеровности, тем самым обеспечивают хорошую сцепляемость поверхностей. В процессе напыления образуется чешуйчатая поверхность.

1.7 Разработка технологического процесса восстановления детали

1.7.1 Анализ технологичности конструкции

Деталь - распределительный вал (рис 1.1)- представляет собой вал, на котором располагаются кулачки. Кулачки и опорные шейки распределительного вала после изготовления проходят термическую обработку- закалку токами высокой частоты, Поэтому обрабатываемая поверхность имеет высокую твёрдость.

С точки зрения механической обработки деталь имеет недостатки: её нельзя обрабатывать проходным резцом, из-за твёрдости поверхности вала, его обрабатывать можно только шлифованием, другими способами обработки невозможно добиться нужной точности и качества обработанной поверхности. Кулачки распределительного вала обрабатываются на копировально-шлифовальном станке.

В остальном деталь достаточно технологична, допускает применение высокопроизводительных режимов обработки, Имеет хорошие базовые поверхности для первоначальных операций.

Рисунок 1.1 - Вал распределительный.

1.7.2 Определение типа производства

Тип производства характеризуется коэффициентом закрепления операции , который показывает отношение всех различных технологических операций, выполняемых в течении месяца, к числу рабочих:

(4)

где - суммарное число различных операций;

- явочное число рабочих.

Определим количество станков по формуле:

,(5)

где:N- годовая программа, шт.;

- штучное время, мин.;

- действительный годовой фонд времени, ч.;

- нормативный коэффициент загрузки оборудования.

для чернового шлифования определяем по формуле:

,(6)

где d- диаметр обрабатываемой детали,

- длина обрабатываемой детали.

;

для чистового шлифования:

;(7)

;(8)

;

=4029;

=0,8;

Тип производства характеризуется коэффициентом закрепления операции , который показывает отношение всех различных технологических операций, выполняемых в течении месяца, к числу рабочих:

(9)

где - суммарное число различных операций;

- явочное число рабочих.

Определим количество станков по формуле:



,(10)

где N - годовая программа N = 2500 шт;

- штучное или штучно-калькуляционное время;

- действующий годовой фонд времени, час; =4029 ч.

- нормальный коэффициент загрузки оборудования; [1, с 20].

Количество операций, выполняемых на рабочем месте определяем:

,(11)

где - фактический коэффициент загрузки рабочего места;

Коэффициент загрузки определяется по формуле:

,(12)

Для каждой операции находим значение , , Р, , О и запишем их в таблицу 1

для чернового шлифования определяем по формуле:

,

где d- диаметр обрабатываемой детали,

- длина обрабатываемой детали.



;

для чистового шлифования:

;

;

;

=3904;

=0,8;

,

Принимаем P = 1 - принятое число рабочих мест

,

.

Подобным образом производим расчет: шлифование коренных шеек под наплавку, наплавка коренных шеек, предварительное шлифование коренных шеек, окончательное шлифование коренных шеек, полирование шеек.

Таблица № 1.1 - Данные по технологическому процессу.

Операция			Р		О
Шлифование коренных шеек	0,803	0,08	1	0,08	10
Наплавка коренных шеек	3,1	0,66	1	0,66	5



Подставим полученные значения в формулу (3)

,

Тип производства - крупносерийное.

Подсчитаем среднюю трудоемкость основных операций:

, (13)

где - штучное время i - й операции, мин;

n - количество основных операций.

мин.

Определяем такт производства в минутах,

, (14)

.

Количество деталей в партии для одновременного запуска

, (15)

где a - периодичность запуска, принимаем a = 6 из рекомендации [1. стр. 23]

шт,

Расчетное число смен на обработку всей партии деталей

, (16)

где 476 - действительный фонд времени работы оборудования в смену, мин;

0,8 - нормальный коэффициент загрузки станков в серийном производстве.

Принимаем количество смен 1. .

Определяем число деталей в партии необходимо для загрузки оборудования на основных операциях в течении часа смен:

, (17)

шт.

Определяем месячную программу

, шт (18)

шт.

Определим идеальную программу

шт.

Принимаем шт.

1.7.3 Выбор технологических баз

Точность механической обработки при восстановлении деталей зависит от правильного выбора технологических баз, который требует чёткого представления о функциональном назначении поверхности деталей и размерной взаимосвязи между ними, об износе и повреждениях, которые претерпевают эти поверхности.

Обычно поверхности, которые используют как технологические базы, не изнашиваются, поэтому их можно использовать многократно при восстановлении с достаточной точностью необходимой координации поверхностей детали.

Технологические базы обрабатываются с высокой точностью.

При восстановлении за технологическую базу, измерительную базу принимают основные или вспомогательные поверхности, которые сохранились и не подлежат восстановлению.

Технологической базой восстанавливаемого распределительного вала являются центровые отверстия, так-так она сохраняется на всех операциях технологического процесса, базовая поверхность не изнашивается в процессе эксплуатации детали и может использоваться многократно.



1.7.4 Выбор варианта технологического маршрута восстановления детали

Технологический маршрут восстановления детали выбирается исходя из анализа возможных дефектов вала.

Поскольку необходимо получить поверхность восстановленного вала достаточной твёрдости и износостойкости, применяется метод напыления.

В процессе эксплуатации опорные шейки распределительного вала изнашиваются неравномерно, и кулачки изнашиваются с одной стороны больше чем с другой.

Чтобы предать восстанавливаемым поверхностям правильную геометрию необходимо опорные шейки и кулачки подвергнуть шлифованию, эта операция будит подготовкой под напыление.

Затем операция напыления опорных шеек и кулачков вала.

После напыления необходимо произвести черновое и чистовое шлифование.

1. Предварительное шлифование опорных шеек распредвала

2. Предварительное шлифование кулачков.

3. Напыление опорных шеек.

4. Напыление кулачков.

5. Черновое шлифование опорных шеек.

6. Черновое шлифование кулачков.

7. Окончательное шлифование опорных шеек

8. Окончательное шлифование кулачков.

1.8 Выбор оборудования

Для шлифования шеек распределительного вала подходят круглошлифовальные станки: 3М151, 3У120А, 3У131М, 3М163В, 3У142, 3М174Е, 3М194, 3М197,ХШЗ-ЗЗ.

Наиболее подходящим из всех этих станков для шлифования шеек распределительныч валов легковых автомобилей по своим параметрам является станок 3М151.

Наибольший размер устанавливаемой заготовки:

диаметр 200 мм.; длина700 мм.

Рекомендуемый (или наибольший) диаметр шлифования:

наружного 60 мм.; внутреннего - 100 мм.

Высота центров над столом: 125 мм.

Наибольшее продольное перемещение стола:

Угол поворота стола:

По часовой стрелке 30

Против часовой стрелки 100

Скорость автоматического перемещения стола (бесступенчатое регулирование) 0,05-5 м/мин.

Частота вращения шпинделя заготовки с бесступенчатым регулированием 50-500 об/мин.

Конус Морзе шпинделя передней бабки и пиноли задней бабки 4.

Наибольшие размеры шлифовального круга:

Наружный диаметр 600;

Высота 100.

Перемещение шлифовальной бабки:

Наибольшее 185;

На одно деление лимба 0,005;

За один оборот толчковой рукоятки 0,001.

Частота вращения шпинделя шлифовального круга:

При наружном шлифовании 1590 об/мин.;

При внутреннем шлифовании - 700 об/мин..

Скорость врезной подачи шлифовальной бабки, 0,1- 4 мм/мин.

Мощность электродвигателя привода главного движения 5,5 кВт.

Габаритные размеры (с приставным оборудованием):

Длина 4605;

Ширина 2450;

Высота 2170.

Масса (с приставным оборудованием) 5600 кг.

1.9 Расчёт припусков

Минимальный припуск при последовательной обработке наружной поверхности вращения

(19)

где:;; - соответственно высота микронеровностей, глубина дефектного поверхностного слоя и суммарное значение пространственных отклонений для элементарной поверхности на предшествующем переходе и мкм- погрешность установки заготовки при выполняемом переходе.

,(20)

где: ; ;- здесь -соответственно допуски на размер заготовки и на обработку, - соответственно удельная кривизна и длина заготовки.

Для чернового шлифования

;

;

;

;

;

Для чистового шлифования

;

;

;

;

Расчётный наименьший предельный диаметр заготовки определяем по формуле:

,(21)

где- наименьший предельный размер детали по чертежу,

-рассчитанный минимальный припуск на обработку по диаметру

мм;

мм;

Наибольший предельный размер определяем по формуле:

,(22)

где- округлённый наименьший предельный размер,

- допуск по размеру на выполняемом переходе.

;

;

;

Предельные значения припусков и определяем по формулам:

(23)

(24)

где- соответственно максимальные диаметры для выполняемого и последующего переходов, - соответственно минимальные диаметры для последующего и выполняемого переходов,

мм=29мкм;

мм=30мкм;

мм=19мкм;

мм=30мкм;

Общие припуски рассчитываем, суммируя промежуточные припуски.

;

;



Маршрут обработки поверхно-сти	Элементы припуска	Расчетные величины	Допуск на выполняемые размеры	Предельные размеры заготовки по переходам , мм	ном и max припуски, мкм
	Rz	T			При-пуск , мкм	Минимальный d, мкм		Наиболь-ший	наи-мень-ший
Заготовка	30	30	46	-	-	25.19	120	25.31	25.19	-	-
Черновое точение	10	20	0.9	0	2·106	24.98	30	25.01	24.98	210	300
Чистовое точение	5	15	-	0	2·31.6	24.915	16	24.931	24.915	65	79

Таблица 1.2 - Расчет припусков и предельных размеров по технологическим переходам на обработку поверхности

Схема 1.1 - Схема допусков и припусков

1.10 Определение режимов обработки

Разработку режимов резания при шлифовании начинают с установления характеристик инструмента.

Для шлифования шеек и кулачков распределительного вала выбираем круг прямого профиля.

Основные параметры резания при шлифовании под напыление:

Скорость вращательного или поступательного движения заготовки , м/мин

Глубина шлифования t, мм - слой металла, снимаемый периферией или торцом круга в результате поперечной подачи на каждый ход или двойной ход при круглом или плоском шлифовании и в результате радиальной подачи при врезном шлифовании;

Радиальная подача - перемещение шлифовального круга в направлении перпендикулярном к его оси в миллиметрах на один оборот заготовки при круглом шлифовании;

Эффективная мощность при врезном шлифовании периферией круга N, кВт:

;(25)

где d - диаметр шлифования, мм;

b - ширина шлифования, мм;

Коэффициенты , , , ,

.

Основные параметры резания при шлифовании под напыление:

Скорость вращения заготовки vз =30 м/мин.=380 мин -1;

Скорость вращения круга vк =30 м /с.;

Радиальная подача Sр =0,005 мм /об.

При предварительном шлифовании:

Скорость вращения заготовки vз =30 м/мин.=380 мин -1.;

Скорость вращения круга vк =30 м /с.;

Радиальная подача Sр =0,005 мм /об.

При окончательном шлифовании:

Скорость вращения заготовки vз =20 м/мин.=255 мин -1.;

Скорость вращения круга vк =30 м /с.;

Радиальная подача Sр =0,002 мм /об.

1.11 Техническое нормирование

Технические нормы времени в условиях массового и серийного производств устанавливаются расчетно-аналитическим методом.

В серийном производстве определяется норма штучно-калькуляционного времени , мин:

;(26)

где - подготовительно-заключительное время, мин;

- количество деталей в настоечной партии, шт;

- норма штучного времени, мин.

Штучное время:

;(27)

где - основное время, мин;

- вспомогательное время, мин;

- время на обслуживание рабочего места, мин;

- время перерыва на отдых и личные надобности, мин.

Основное время на шлифовальные работы:

(28)

где - длина поверхности обработки в направлении подачи, мм;

- радиальная подача в долях ширины круга, мм;

- число проходов, осуществляемых без изменения режима резания.

Подача шлифовального круга, мм/мин

(29)

где - диаметр круга, мм;

- частота вращения круга, мин-1;

- угол поворота круга, град

Основное время

Вспомогательное время

(30)

где - время на установку и снятие детали, мин;

- время на закрепление и открепление детали, мин;

- время на приемы управления, мин;

- время на измерение детали, мин;

[4. прил. 5]

Время на включение станка кнопкой равно 0,01 мин. Время на подвод и отвод инструмента к детали равно 0,02 мин, тогда .

Время на измерение детали скобой

Вспомогательное время .

Время на обслуживание рабочего места

(31)

где - время на техническое обслуживание рабочего места, мин;

- время на организационное обслуживание рабочего места, мин; .

Время перерывов на отдых

Штучное время

;

.



Список использованной литературы

Епифанов Л.И. Техническое обслуживание и ремонт автомобилей. - Изд. Форум, 2004. - 280 с.

Ремонт автомобилей и двигателей: Учебник / В.И. Карогодин, Н.Н. Митрохин. -2 изд. - М.: Изд. Центр «Академия»: Мастерство, 2002. -496 с.

Отраслевые нормы технологического проектирования предприятий автомобильного транспорта: ОНТП-01-91/ Росавтотранс. - М.: Гипроавтотранс, 1991. - 184 с.

Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т. 1 /Под ред. А. Г Косиловой и Р.К. Мещерякова.- 4-е изд., перераб. и доп.- Машиностроение, 1985. 685 с.,ил.

Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т. 2 /Под ред. А. Г Косиловой и Р.К. Мещерякова.- 4-е изд., перераб. и доп.- Машиностроение, 1985. 496 с.,ил.

Горбацевич А.Ф., Шкред В.А. Курсовое проектирование по технологии машиностроения: Учеб. Пособие для машиностроит. Спец. Вузов.- 4-е изд., перераб. и доп. - Мн.: Высш. школа, 1983.- 256 с., ил.

Воробьев Л.Н. Технология машиностроения и ремонт машин: Учебник для вузов. - М.: Высш. школа , 1981.- 344 с., ил.

1. Размещено на www.allbest.ru