Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

«Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ)»

Факультет Автомобильный транспорт

Специальность Автомобили и автомобильное хозяйство 190601

Кафедра Эксплуатация и ремонт автомобилей

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к дипломному проекту

Обозначение проекта: ДП-02068982-190601-09-15

Тема проекта: Проектирование технологического процесса ремонта коленчатых валов плазменным напылением в ООО «Газавтосервис» г. Омск

Студент Круглей Дмитрий Максимович

Дипломный проект допущен к защите в ГАК

Заведующий кафедрой А.В. Трофимов

Руководитель проекта Д.Н. Коротаев

Консультанты: по экономической части Е.С. Хорошилова

по БЖД М.В. Суковин

Нормоконтроль А.П. Елгин

Омск - 2015



Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ)

Кафедра Эксплуатация и ремонт автомобилей

УТВЕРЖДАЮ

Зав. кафедрой А.В. Трофимов

“ “ 2015 г.

З А Д А Н И Е

По дипломному проектированию студента Круглей Дмитрия Максимовича

Тема проекта: Проектирование технологического процесса ремонта коленчатых валов плазменным напылением в ООО «Газавтосервис» г.Омск

утверждена приказом по СибАДИ № от « » 20 15 г.

1. Исходные данные к проекту величина износа поверхности; типовой технологический процесс ремонта; материалы отчёта.

2. Консультанты по проекту:

Коротаев Д.Н. - гл. консультант

Суковин М.В. - консультант по БЖД

Хорошилова Е.С. - консультант по экономической части

4. Содержание расчетно-пояснительной записки (перечень подлежащих разработке вопросов) Введение. 1. Организационно-техническое обоснование дипломного проекта. 2. Плазменное напыление - эффективный способ восстановления поверхностей.

3. Конструкторско-технологический раздел.

4. Безопасность жизнедеятельности.

5.Экономическая оценка проектных решений.

Заключение.

5. Перечень графических материалов (с точным указанием обязательных чертежей)

1. Компоновка главного производственного корпуса ООО “Газавтосервис” ;

2. Организационно-техническое обоснование;

3. Вал коленчатый;

4. Методы восстановления деталей;

5. Технологический процесс восстановления коленчатого вала;

6. Операционный эскиз;

7. Операционный эскиз;

8. Установка плазменного напыления. Схема комбинированная;

9. Специализированный участок по восстановлению коленчатых валов. Технологическая планировка;

10. Система вентиляции специализированного участка. Средства индивидуальной защиты;

11. Экономическая оценка принятых решений.

6. Назначенный кафедрой рецензент проекта:

Задание выдано “ 27 “ февраля 2015 г.

Руководитель проекта Д.Н. Коротаев

Задание к исполнению принял “ 3 “ марта 2015 г.

Студент Д.М. Круглей



Лист замечаний на дипломный проект

Студента: Круглея Дмитрия Максимовича

На тему: Проектирование технологического процесса ремонта коленчатых валов плазменным напылением в ООО «Газавтосервис».

Содержание замечаний	Подпись, дата
Нормоконтроль
Консультанты по разделам



АННОТАЦИЯ

на дипломный проект студента Круглея Дмитрия Максимовича, выполненного на тему: « Проектирование технологического процесса ремонта коленчатых валов плазменным напылением в ООО «Газавтосервис»».

Пояснительная записка 140 с., 27 рисунков, 19 таблиц, 40 источников.

Ключевые слова: коленчатый вал, технологический процесс, ремонт, износ, восстановление поверхности, плазменное напыление.

Объектом дипломного проекта является специализированный участок по восстановлению рабочих поверхностей шеек коленчатых валов, спроектированный на базе ООО «Газавтосервис»; предметом проекта является технологический процесс восстановления и упрочнения коленчатых валов методом плазменного напыления с обоснованием технологических режимов и оборудования.

Цель дипломного проекта: Разработка технологического процесса ремонта коленчатых валов автомобилей в ООО “Газавтосервис” на основе плазменного напыления изношенных поверхностей коренных и шатунных шеек.

В дипломном проекте проведен анализ существующих методов восстановления и поверхностного упрочнения коленчатых валов, обоснован выбор метода плазменного напыления, разработан технологический процесс восстановления изношенных поверхностей вала, произведен выбор оборудования для реализации технологии плазменного напыления.

Рассчитаны и выбраны технологические режимы плазменного напыления и финишной обработки (шлифование) шеек, определены временные показатели. Представлена планировка участка по восстановлению работоспособности коленчатых валов.

Кроме того, в дипломном проекте предложены мероприятия по охране труда и безопасности жизнедеятельности, рассчитаны экономические показатели, показывающие эффективность предлагаемых проектных решений.



СОДЕРЖАНИЕ

• ВВЕДЕНИЕ
• 1. ОРГАНИЗАЦИОННО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ
• 1.1 Общие сведения о предприятии ООО “Газавтосервис”
• 1.2 Основные дефекты деталей и узлов автомобиля
• 1.3 Условия функционирования кривошипно-шатунного механизма (назначение, устройство, принцип работы)
• 1.4 Дефекты коленчатых валов и причины их возникновения
• 1.5 Анализ существующего технологического процесса восстановления коленчатых валов
• 1.6 Цель и задачи дипломного проекта
• 2. ПЛАЗМЕННОЕ НАПЫЛЕНИЕ - ЭФФЕКТИВНЫЙ СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ
• 2.1 Классификация методов восстановления изношенных поверхностей деталей
• 2.2 Физическая сущность плазменного напыления
• 2.3 Материалы и оборудование для плазменного напыления
• 3. КОНСТУРКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ
• 3.1 Технологический процесс восстановления изношенных поверхностей коленчатого вала
• 3.2 Струйно-абразивная обработка
• 3.3 Разработка операции - плазменное напыление
• 3.4. Устройство и схема установки плазменного напыления
• 3.5 Эксплуатация установки плазменного напыления
• 3.6 Разработка шлифовальной операции
• 3.7 Расчет и выбор режимов резания, нормирование операций
• 3.8 Специализированный участок по восстановлению изношенных поверхностей коленчатых валов
• 4. БЖД
• 4.1 Санитарно-гигиеническая характеристика процесса плазменного напыления
• 4.2 Санитарно-гигиеническая характеристика процесса абразивной обработки
• 4.3 Расчет вентиляции
• 5. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ПРОЕКТНЫХ РЕШЕНИЙ
• 5.1 Расчет СТО ООО «Газавтосервис» до мероприятия
• 5.2 Расчёт капитальных вложений проектируемого участка
• 5.3 Расчет СТО ООО «Газавтосервис» после мероприятия.
• Заключение
• Список использованных источников


ВВЕДЕНИЕ

Повседневная деятельность автотранспортных предприятий (АТП) и ремонтных предприятий неразрывно связана с использованием автомобильной техники, нуждающейся в техническом обслуживании и ремонте. При этом, основная задача стоящая перед ремонтными подразделениями - снижение себестоимости ремонта автомобиля и агрегатов при обеспечении гарантии ресурса после ремонта.

Эффективная эксплуатация автомобилей обеспечивается высоким уровнем их технического обслуживания и ремонта, наличием необходимого числа запасных частей. Сбалансированное обеспечение запасными частями ремонтных подразделений (предприятий), как показывают технико-экономические показатели, целесообразно осуществлять с учетом периодического восстановления работоспособности деталей [3].

Исследования ремонтного фонда (автомобилей и агрегатов, поступающих в ремонт) показали, что в среднем около 20 % деталей - негодных, 25...40 % - годных, а остальные 40...55 % - подлежат восстановлению [31]. Процент деталей не пригодных к ремонту, можно значительно снизить на авторемонтном предприятии, если оно будет располагать эффективными способами дефектации и восстановления.

Технологии восстановления деталей относятся к разряду наиболее ресурсосберегающих, так как по сравнению с изготовлением новых деталей сокращаются затраты (на 70 %). Основным источником экономии ресурсов являются затраты на материалы. Средние затраты на материалы при изготовлении деталей составляют 38 %, а при восстановлении - 6,6 % от общей себестоимости. Для восстановления работоспособности изношенных деталей требуется в 5...6 раз меньше технологических операций по сравнению с изготовлением новых деталей [31].

Основное количество отказов деталей автомобилей вызвано изнашиванием рабочих поверхностей - до 50 %, 17,1 % связано с повреждениями и 7,8 % вызвано трещинами. Основное место среди технологических отказов автомобилей занимает двигатель - до 43 % отказов. Примерно 85 % деталей восстанавливают при износе не более 3 мм, т. е. их работоспособность восстанавливается при нанесении покрытия незначительной толщины. Нанесение металла на рабочие поверхности с последующей механической обработкой позволит многократно использовать деталь. При этом качество восстановления деталей в значительной степени зависит от технических возможностей способа, обеспечивающего необходимый уровень эксплуатационных свойств.

В настоящем дипломном проекте разработан специализированный участок по восстановлению основной детали двигателей автомобилей - коленчатого вала, с использованием прогрессивной технологии восстановления рабочих поверхностей плазменным напылением.

1. ОРГАНИЗАЦИОННО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ

1.1 Общие сведения о предприятии ООО “Газавтосервис”

Общество с ограниченной ответственностью (ООО) «Газавтосервис», расположено по адресу: г. Омск, ул. Волгоградская, 74. В настоящее время основными видами деятельности общества являются:

- сервисное обслуживание легковых и грузовых автомобилей;

- предоставление в аренду легковых и грузовых автомобилей;

- продажа автозапчастей, автохимии, автомасел, автошин, дисков, автоаксессуаров и т.п.

На предприятии расположен бокс с пятью постами, на которых ремонтируются грузовые автомобили российского и импортного производства, такие как: КамАЗ, ЗИЛ, ISUZU, Liebherr и т.д. Так же проводится ремонт и диагностика ДВС на легковых автомобилях отечественного и импортного производства.

На территории расположены: смотровая канава, два подъемника для легковых автомобилей, система канализации, участок топливной аппаратуры, моторный участок, участок установки дополнительного оборудования, зона

технического обслуживания и ремонта. На предприятии выполняются ремонтные и диагностические работы любой сложности.

В гараже ООО «Газавтосервис» имеются следующие участки: токарный, моторный, шиномонтажный, аккумуляторный, сварочный, слесарный, где в соответствии с их назначением выполняются ремонтно-восстановительные работы агрегатов и механизмов автомобилей. Так же в гараже расположено следующее оборудование:

- Сверлильный станок “НС-12”;

- Домкрат “П-25”;

- Слесарный верстак;

- Набор гаечных ключей и головок “ГО-605”;

- Токарный станок;

- Фрезерный станок;

- Наждак.

Технический ремонт выполняется совместно с процессом ТО-1, ТО-2 и СО для меньшей частоты повторения операций или, если операции по техническому ремонту имеют малую трудоемкость.

При ТР используется метод универсальных постов, который предусматривает выполнение ремонта на одном посту одной бригадой рабочих.

Диагностика подвижного состава в ООО «Газавтосервис» проводиться по мере необходимости.

Организация ТО и ТР проводится в следующей последовательности:

- Механик автопарка по пробегу устанавливает дату постановки автомобиля в зону ТО, после чего составляется график периодичности и расчетной суточной программы ТО-1.

- Перед ТР автомобиля водитель дает заявку механику.

- Механик дает распоряжения диспетчеру, после чего диспетчер отмечает заявку в журнале распоряжений и отправляет водителя на ТР.

Предприятие не использует восстановление деталей при ремонте, хотя в настоящее время разработаны и реализованы десятки различных способов восстановления деталей. Выбор наиболее приемлемого способа восстановления состоит в техническом, экономическом и организационном анализах с учетом условий работы деталей в сопряжениях, производственной программы, оснащенности предприятия, обеспеченностью материалами, рабочей силой и т.д.

На предприятии осуществляет трудовую деятельность следующий персонал:

- автослесари (7 человек), автодиагносты (2 человека), водитель-курьер, механик, уборщик.

Автослесари:

1. Проводят диагностику и профилактический осмотр автотранспортных средств;

2. Выбраковывают детали после разборки и мойки; производят при необходимости слесарную обработку деталей, статическую балансировку деталей и узлов;

3. Выполняют работы по разборке, ремонту и сборке узлов и механизмов автотранспортных средств в соответствии с ТУ завода-изготовителя и другими руководящими материалами по организации работ;

4. Выполняют работы по установке, регулированию и замене запасных частей, агрегатов и оборудования согласно оформленного заказ-наряда;

5. Устраняют выявленные в ходе диагностики дефекты и неисправности;

6. Выполняет работы с использованием спецодежды и требуемых средств защиты, приспособлений и ограждений, соблюдает правила техники безопасности и противопожарной безопасности [22].

Автодиагносты (2 человека):

1. Выполняют диагностику электрических и электронных систем автомобилей, поступающих на предприятие;

2. Осуществляют ремонт электрических и электронных систем автомобилей;

3. Выполняют полное обслуживание электрических и электронных систем [26].

Водитель-курьер (1 человек):

1. Обеспечивает перевозку корреспонденции, грузов и персонала компании собственным транспортом компании;

2. Обеспечивает постановку и снятие с государственного учета транспортных средств компании;

3. Организует техническое обслуживание транспортных средств компании;

4. Организует чистку и мойку транспортных средств компании;

5. Организует заправку топливом транспортных средств компании [23].

Механик (1 человек):

1. Ежедневно оформляет путевые листы;

2. Правильно и своевременно ведет расчет путевых листов по списанию ГСМ;

3. Осуществляет контроль за обеспечением горюче-смазочными материалами; обеспечивает соблюдение водителями правил и норм охраны труда и техники безопасности, производственной и трудовой дисциплины, правил внутреннего трудового распорядка, производственной санитарии и противопожарной защиты [24].

Уборщик (1 человек):

1. Осуществляет ежедневную уборку: производственных цехов, холодильных камер, раздевалки (администрация, лестница), комнаты приема пищи, туалета.

2. Приготавливает различные моющие и дезинфицирующие растворы для мойки полов, стен, окон и потолков.

3. Транспортирует отходы и мусор из производственных и служебных помещений в установленное место.

4. Получает моющие средства, инвентарь и обтирочный материал.

5. По окончании работ моет и высушивает свой инвентарь и ставит его в специально отведенное для него место.

6. Наполняет бочки питьевой водой, расставляет урны для мусора, чистит и дезинфицирует их.

7. Осуществляет уборку и дезинфицирование туалета, гардеробной и других мест общего пользования на производстве [25].

Также на предприятии имеются отдел кадров и бухгалтерия.

Организационная структура предприятия представлена на рисунке 1.1:



Рисунок 1.1 - Схема организационной структуры предприятия

поверхность вал напыление восстановление

Для организации планирования работы в гараже имеется нормативная документация. Нормативной является документация, сведения в которой в течение некоторого времени остаются неизменными (периодичность ТО, норма расхода топлива, складские номера деталей и т.п.) В гараже применяются: расходные накладные на горюче-смазочные материалы, топливо; учет прохождения ТО автомобилей.

К самостоятельной работе по ремонту и техническому обслуживанию автомобилей допускаются лица, имеющие соответствующую квалификацию, получившие вводный инструктаж и первичный инструктаж на рабочем месте по охране труда, прошедшие проверку знаний.

Контроль технологического процесса осуществляется завгаром. В начале смены он дает слесарям нормативное задание, а в конце рабочего дня проводит осмотр слесарно-механического рабочего места.

При неполадках, возникших в ходе эксплуатации автомобиля, он поступает в зону ТО, где устанавливаются причины этих неполадок, затем они устраняются и автомобиль направляется на стоянку подвижного состава. Также проводятся контрольно-регулировочные и смазочно-заправочные работы.

На предприятии имеется собственный автопарк, состоящий из:

1. Трактора итальянского производства NEW HOLLAND

2. Автобуса марки HONDA

3. Грузовой автомобиль марки ISUZU

4. Нескольких грузовых автомобилей российского производства марки КамАЗ

1.2 Основные дефекты деталей и узлов автомобиля

Основной причиной выхода из строя машин является изнашивание деталей, узлов, агрегатов и систем автомобиля, выражающееся в разрушении поверхностей сопряженных деталей, в нарушении их первоначальных геометрических форм, объема, веса и т.д. Изнашивание деталей может быть естественным (при соблюдении всех правил технической эксплуатации) и преждевременным (при нарушении этих правил).

Возможны также аварийные поломки, зависящие от конструкции, качества применяемых материалов, их механической и термической обработки, различных заводских дефектов и т. д.

Одним из важнейших факторов, влияющих на процесс изнашивания, является воздействие сил трения между сопряженными деталями. Наиболее благоприятным против изнашивания является жидкостное трение, для получения которого необходимо соблюдение следующих условий:

- между трущимися поверхностями деталей должен быть зазор, достаточный для образования «масляного клина»;

- вязкость масла и его подача должны соответствовать определенным значениям;

- масло должно подаваться в наименее нагруженную зону узла трения.

Помимо сил трения, существенное влияние на изменение технического состояния автомобиля оказывают усталость и коррозия, которые являются как самостоятельными процессами старения, так и составляющими при изнашивании.

Усталость - это процесс разрушения детали под действием многократно повторяющихся знакопеременных нагрузок, причем, чем больше они превышают предел выносливости материала детали, тем интенсивнее идет процесс. При этом большая часть разрушений связана с образованием усталостных трещин.

Коррозия - процесс разрушения материалов вследствие физико-химического взаимодействия с внешней средой, поэтому коррозионные поражения металлов начинаются с поверхности, на границе металл-газовая (или жидкая) среда [3, 9].

Основой теории трения и износа деталей служит классификация видов изнашивания для сопряженных пар трения. Различают три основных вида изнашивания: механическое, молекулярно-механическое и коррозионно-механическое [5].

Механическое изнашивание подразделяется на три вида: абразивное; вследствие пластических деформаций; при хрупком разрушении.

Абразивное изнашивание возникает в результате режущего или царапающего действия твердых частиц, находящихся между поверхностями трения. Абразивными частицами могут быть не только частицы, попадающие в узлы трения снаружи, но и частицы продуктов износа деталей и нагара, образующиеся внутри агрегатов автомобиля.

Изнашивание вследствие пластических деформаций заключается в перемещении поверхностных слоев детали под действием значительных нагрузок. Это приводит к изменению размеров и форм без потери массы детали (например, деформирование круглых деталей с образованием эллипсообразной формы).

Изнашивание при хрупком разрушении заключается в том, что поверхностный слой металла одной из сопряженных деталей под действием сил трения, пластической деформации и больших знакопеременных нагрузок, приводящих к наклепу, упрочняется и становится чрезвычайно хрупким, что приводит к его разрушению путем выкрашивания отдельных частиц.

Молекулярно-механическое изнашивание вызывается молекулярным взаимодействием между тесно сближенными поверхностями металлов, которое приводит к прочному «схватыванию» и «сращиванию» их в местах контакта, т. е. происходит процесс диффузии.

При значительных нагрузках и отсутствии масляной пленки между трущимися поверхностями интенсивность этого процесса резко возрастает (происходит адгезионное изнашивание). При начале движения деталей происходит нарушение молекулярных связей с последующими различными видами разрушения поверхностей - происходит перенос металла с одной детали на другую.

Коррозионно-механическое изнашивание происходит при сочетании коррозии и механического изнашивания, описанного выше [5, 7].

1.3 Условия функционирования кривошипно-шатунного механизма (назначение, устройство, принцип работы)

Кривошипно-шатунный механизм (КШМ) предназначен для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение (например, во вращательное движение коленчатого вала в двигателях внутреннего сгорания), и наоборот. Детали КШМ делят на две группы, это подвижные и неподвижные детали.

Подвижные: поршень с поршневыми кольцами, поршневой палец, шатун, коленчатый вал с подшипниками или кривошип, маховик.

Неподвижные: блок цилиндров (является базовой деталью двигателя внутреннего сгорания) и представляет собой общую отливку с картером, головка цилиндров, картер маховика и сцепления, нижний картер (поддон), гильзы цилиндров, крышки блока, крепежные детали, прокладки крышек блока, кронштейны, полукольца коленчатого вала.

Принцип действия:

Прямая схема: Поршень под действием давления газов совершает поступательное движение в сторону коленчатого вала. С помощью кинематических пар «поршень-шатун» и «шатун-вал» поступательное движение поршня преобразовывается во вращательное движение коленчатого вала.

Обратная схема: Коленчатый вал под действием приложенного внешнего крутящего момента совершает вращательное движение, которое через кинематическую цепь «вал-шатун-поршень» преобразовывается в поступательное движение поршня.

Коленчатый вал состоит из:

- шатунных шеек;

- коренных шеек;

- противовеса.

Поршень представляет собой металлический стакан, установленный в цилиндре с минимальным зазором. При рабочем ходе он своим днищем воспринимает давление газов, а при других ходах выполняет вспомогательные такты. Кроме того, поршень воспринимает нагрузки сил инерции, которые достигают наибольшей величины в мертвых точках. Средняя температура в цилиндре работающего двигателя достигает 1000°С, что вызывает нагревание центральной части днища поршня, изготовленного из алюминиевого сплава, до 250°С. Следовательно, материал, из которого изготавливают поршень, должен обладать хорошей теплопроводностью, высокой механической прочностью и износостойкостью, быть легким, иметь небольшие коэффициенты линейного расширения и трения. Всем этим требованиям удовлетворяют высококремнистые алюминиевые сплавы с содержанием кремния до 20-25 %.

Поршень состоит из головки, днища, направляющих стенок (юбки), бобышек. Днище может быть: плоским, выпуклым, вогнутым и фигурным. У большинства карбюраторных двигателей днище поршня плоское, у дизельных - фигурное, так как там находится камера сгорания. На головке поршня выполняются канавки для установки компрессионных и маслосъемных колец. Юбка поршня является направляющей частью, ее диаметр несколько больше диаметра головки и подбирается по цилиндру с минимальным зазором.

С целью предохранения поршня от заклинивания в цилиндре при его нагревании, с внутренней стороны юбки и днища поршня некоторых двигателей могут устанавливаться пластины с малым коэффициентом линейного расширения, например, из инвара (сталь с содержанием 30-40 % никеля). Кроме того, на юбке поршня карбюраторных двигателей с одной стороны выполняется П, Т-образный или косой разрез, позволяющий юбке амортизировать. На поршнях дизельных двигателей разрез юбки не делают, так как они воспринимают более высокие нагрузки.

Для получения минимального зазора между юбкой поршня и цилиндром в холодном состоянии юбка выполняется эллиптического профиля с меньшей осью эллипса в плоскости оси поршневого пальца. Поэтому поршень, нагреваясь, больше расширяется в этой плоскости и юбка из эллиптической становится цилиндрической, принимая форму цилиндра, а зазор между ними - равномерным.

Бобышки представляют собой утолщение, в котором просверлено отверстие для установки поршневого пальца. В бобышках выполнены канавки для установки стопорных колец, удерживающих палец от осевого смещения.

Для безошибочной установки поршня в цилиндр на его днище или юбке нанесены метки в виде стрелки или надписи «вперед», «назад». Поршень устанавливают в цилиндр так, чтобы метка соответствовала указанному направлению, относительно движения автомобиля.

Кривошипно-шатунный механизм используется в двигателях внутреннего сгорания, поршневых компрессорах, поршневых насосах, швейных машинах, кривошипных прессах.

Устройство кривошипно-шатунного механизма представлено на рисунке 1,2 [18]:

1. вкладыш шатунного подшипника; 2. втулка верхней головки шатуна; 3. поршневые кольца; 4. Поршень; 5. поршневой палец; 6. стопорное кольцо; 7. Шатун; 8. коленчатый вал; 9. крышка шатунного подшипника

Рисунок 1.2 - Устройство КШМ



1.4 Дефекты коленчатых валов и причины их возникновения

Коленчатый вал входит в кривошипно-шатунный механизм двигателя автомобиля КамАЗ. Он служит для преобразования поступательного движения шатунов во вращательное, получения крутящего момента и передачи его на маховик [1].

Коленчатый вал современного двигателя в процессе своей работы, испытывает повышенные нагрузки: рывки и удары в трансмиссии, высокая температура, знакопеременная нагрузка, воспринимаемая от поршня, высокие обороты, а также различного рода вибрации, которые напрямую передаются коленчатому валу. Из-за множества различных по своей природе нагрузок, воспринимаем коленчатым валом, со временем появляются разного рода неисправности.

Схема коленчатого вала представлена на рисунке 1.3:

1-вал коленчатый; 2-маслоотражатель; 3-шестерня распределительная; 4-противовес задний; 5-заглушка шатунной шейки; 6-шестерня привода масляного насоса; 7-противовес передний.

Рисунок 1.3 - Коленчатый вал в сборе

Коленчатый вал двигателя имеет 5 коренных и 4 шатунные шейки (рисунок 1.3). В шатунных шейках вала выполнены внутренние полости, закрытые заглушками 5, где масло подвергается дополнительной центробежной очистке. Полости шатунных шеек сообщаются наклонными отверстиями с поперечными каналами в коренных шейках. Для равномерного чередования рабочих ходов шатунные шейки коленчатого вала расположены под углом 90°. К каждой шатунной шейке крепятся два шатуна - для правого и левого рядов цилиндров.

На носке коленчатого вала установлена шестерня привода масляного насоса 6, на хвостовике - распределительная шестерня в сборе с маслоотражателем 2. Выносные съемные противовесы 4 и 7 закреплены на валу посадкой с натягом [1, 2].

Коленчатый вал изготовлен горячей штамповкой из стали 45ХМФА, упрочнен закалкой токами высокой частоты. Коренные и шатунные шейки имеют твердость 52…62 HRC [2]. Технические характеристики коленчатого вала приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 - Технические характеристики коленчатого вала

Характеристика	Значение
Направление вращения коленчатого вала (по ГОСТ 22836-77)	правое
Максимальный крутящий момент, НЧм	637
Частота вращения коленчатого вала, мин-1
- номинальная при максимальном крутящем моменте	1800
- минимальная	60
- максимальная	2930

Основной технологической базой при изготовлении и ремонте коленчатых валов являются центровые отверстия. Основные исполнительные поверхности - поверхности коренных и шатунных шеек.

Коленчатый вал - одна из важных, дорогостоящих деталей двигателя, в значительной степени определяющая его ресурс. Срок службы коленчатого вала зависит от двух независимо действующих факторов: сопротивления усталости и износостойкости. В процессе эксплуатации двигателя в результате неравномерности износа, кратковременных перегрузок, смещения опор блока из-за старения металла и ряда других причин возникают ситуации, при которых вал работает в условиях перегрузок. При этом в структуре металла накапливаются усталостные повреждения в наиболее напряженных зонах детали. Такими зонами являются центральная часть шеек в зоне маслоподводящих отверстий. Износ шатунных и коренных шеек является одним из основных дефектов коленчатых валов.

Изгиб вала приводит к несоосности шеек, неперпендикулярности торцов и шеек, нарушению углов между кривошипами. Основной причиной изгиба является релаксация внутренних остаточных напряжений, возникающих в процессе изготовления заготовки и проведения термообработки вала.

Также в процессе эксплуатации двигателя могут возникнуть трещины в галтелях, повреждение резьбы, износ шпоночных канавок, отверстий под болты крепления маховика, посадочных мест под шестерню и шкив. Трещины возникают в результате действия нагрузок, превышающих предел прочности, а также под действием знакопеременных нагрузок, превышающих предел выносливости [5].

Все неисправности коленчатого вала можно разделить на две основные группы:

1) Неисправности связанные с механическим износом или разрушением деталей, примеры таких неисправностей: износ верхней или нижней головки шатуна или их подшипников, разрушение или поломка самого шатуна, разрушение шлицев, звездочек, посадочных конусов или шпоночных пазов на цапфах, износ посадочных мест под коренные подшипники или сальники и т. д.

2) Неисправности связанные с нарушение геометрии, как отдельных деталей, так и коленчатого вала в целом, примеры таких неисправностей: осевая несоосность цапф коленчатого вала, различного рода искривления и деформации шатуна, несоосность осей верхней и нижней головки шатуна.

Последовательность действий для выявления неисправностей можно разделить на несколько этапов.

Первый этап:

Проверку коленчатого вала следует начинать с определения величины износа подшипника нижней, верхней головки шатуна. Для этого: отмываем от масла подшипник нижней головки шатуна, затем берем коленчатый вал в руку и второй свободной рукой раскачиваем шатун в радиальном направлении. При наличии люфта, коленчатый вал подлежит замене или ремонту (перепрессовке). В литературе описано, что небольшой люфт в подшипнике нижней головки шатуна допускается. На самом деле, наличие любого люфта в подшипнике нижней головки шатуна, приводит к тому, что шатун начинает работать с ударом, из-за чего многократно увеличивается нагрузка, как на подшипник нижней головки шатуна, так и на сам шатун. Все это в совокупности, снижает общую надежность двигателя.

Также следует отметить, что проверку люфта нижней, верхней головки шатуна, следует проводить только с хорошо отмытым от грязи и остатков моторного масла подшипником, масляная пленка образующиеся на роликах подшипника имеет определенную толщину, которая может «съесть» часть люфта из-за чего картина состояния подшипника может слегка исказится.

Отмыв от грязи и остатков масла верхнюю головку шатуна, взять новый поршневой палец, вставить его в верхнюю головку и пытаться покачать его вправо -- влево. Едва заметный люфт допустим: при работе двигателя масло попадет на детали и люфт пропадет. А вот если имеется большой люфт, то придется менять коленчатый вал, так как с таким люфтом двигатель вскоре выйдет из строя. Взять измерительный щуп и замерить расстояние между щекой коленчатого вала и шатуном (осевой люфт шатуна), он должен быть в пределах 0,15-0,3 мм. Осевой люфт шатуна можно увеличивать или уменьшать до заданных пределов, путем поджатия разжатия щек шатуна.

Основной этап:

В силу своих конструктивных особенностей, коленчатый вал двигателя из-за различного рода нагрузок или повреждений, может ощутимо изменить свою правильную геометрию. При малейших расхождениях осей цапф коленчатого вала, двигатель заметно теряет в мощности, ухудшается динамика, ведь для того, чтобы прокручивать кривой коленчатый вал двигателю придется жертвовать своей мощностью. Поэтому, основным этапом диагностики общего состояния коленчатого вала, будет проверка наличия биений на цапфах. Для этого необходимо положить коленчатый вал на призмы, устанавливать индикатор на стойку и проверить биение цапф, оно должно быть не больше 0,03 мм. Но идеальным считается биение не больше 0,01 мм, хотя такого показателя добиться нелегко, а зачастую просто невозможно.

Заключительный этап:

Посадочные места под коренные подшипники имеют строго заданный размер, обеспечивающий необходимый натяг в сопряжении подшипник-цапфа. При уменьшении посадочных размеров, коренные подшипники не смогут хорошо держаться на своих местах, что приводит к осевому люфту коленчатого вала в картере двигателя, а это недопустимо. Коленчатый вал должен стоять в картере неподвижно и строго посередине. Чтобы в этом убедиться, необходимо взять микрометр и промерить посадочные места под коренные подшипники обеих цапф [20].

1.5 Анализ существующего технологического процесса восстановления коленчатых валов

Технологический процесс восстановления коленчатых валов двигателей представлен на рисунке 1.4:



Операции технологического процесса выполняются в определенной последовательности [7]:

1) Разборка

Коленчатые валы со склада ремонтного фонда подают на линию на специальных подставках-накопителях. Подвесным краном с накопителей коленчатые валы передают на разборку. На поворотном столе вывинчивают заглушки, выпрессовывают штифты, шпонки и проводят зачистку центровых отверстий.

2) Мойка и очистка

Первыми операциями ремонта коленчатых валов автомобилей является выполнение моечно-очистных работ. При поступлении в ремонт коленчатые валы имеют различные виды загрязнений, которые необходимо удалить для обеспечения санитарно-гигиенических условий на участке восстановления и получения высокого качества восстановления. На поверхностях коленчатых валов возможны загрязнения на основе нефтепродуктов; возможны отложения продуктов изнашивания сопряженных деталей пар трения, которые могут располагаться как на наружных поверхностях коленчатого вала, так и внутри масляных каналов. Поэтому перед поступлением на восстановительные операции коленчатый вал необходимо подвергнуть очистке и мойке.

Очистка коленчатых валов осуществляется в моечной машине с применением специальных синтетических моющих средств. Затем валы ополаскивают в проточной воде, протирают ветошью и продувают масляные каналы сжатым воздухом.

3) Дефектация

Разобранные и промытые коленчатые валы направляют на дефектацию, проводимую с помощью магнитного дефектоскопа и приспособления для проверки биения шеек коленчатых валов.

Основными дефектами коленчатых валов являются износ и усталостные повреждения коренных и шатунных шеек, а также прогиб вала. Возникновение трещин на галтелях и на расстоянии до 10 мм от них значительно снижает сопротивление усталости, и валы с таким дефектом не подлежат восстановлению.

Прогиб вала определяют по торцевому биению фланца маховика или по средней коренной шейке. Проверка осуществляется на призмах при помощи индикатора часового типа, закрепленного на штативе. На призмы вал устанавливают крайними неизношенными цилиндрическими поверхностями. Торцевое биение фланца допускается до 0,05 мм, а радиальное средней коренной шейки - до 0,08 мм. Прогиб вала устраняют на гидравлическом прессе или с помощью пневматического молотка методом наклепа (чеканки) щек или местным нагревом и закалкой.

Изнашивание шеек коленчатых валов происходит вследствие действия на них рабочих нагрузок (от инерционных сил деталей шатунно-поршневого комплекта и от давления газов). Поверхности шатунных шеек больше изнашиваются в плоскости качания шатуна. Наибольший износ шатунных и коренных шеек наблюдается со стороны, прилегающей к щекам. Величину их износа, овальность и конусность определяют микрометрами.

Существует два основных способа устранения этих дефектов - шлифование до ремонтного размера и наплавка.

4) Шлифование шеек под ремонтные размеры

Наиболее распространенным способом восстановления шеек коленчатых валов является перешлифовка их под ремонтные размеры на специальных шлифовальных станках с использованием шлифовальных кругов из белого электрокорунда. Перед шлифованием шеек рабочую окружность круга выравнивают, а кромки закругляют по радиусу галтелей шеек вала, примерно 3…5 мм. Радиус закругления проверяют шаблоном. В качестве смазочно-охлаждающей жидкости используют водные растворы эмульсола или 2-3%-ный раствор кальцинированной соды. Для предупреждения прогиба вала при шлифовании от радиального давления абразивного круга на станине станка устанавливают люнет, опорный элемент которого доводят до упора в шлифуемую шейку.

Коленчатые валы начинают шлифовать с коренных шеек, а затем переходят к шатунным, с целью получения необходимого размера радиуса кривошипа. Минимальный припуск на шлифование шеек должен быть 0,07…0,10 мм на сторону. Перед шлифованием коренных шеек вал устанавливают в трехкулачковые патроны передней и задней бабок, соответственно базируя по посадочному месту под распределительную шестерню и по наружной цилиндрической поверхности фланца. Шлифуют сначала среднюю коренную шейку, а затем остальные шейки.

При шлифовании шатунных шеек коленчатый вал устанавливают в трехкулачковые патроны-центросместители передней и задней бабок, базируясь по посадочному месту под распределительную шестерню и по наружной поверхности фланца. Затем с помощью центросместителей ось коренных шеек смещают относительно осей пинолей передней и задней бабок на величину радиуса кривошипа.

В дальнейшем, оси шлифуемых шеек совмещают с осями пинолей передней и задней бабок. Совмещение осей производят с помощью подвижной призмы, контролируют индикатором.

Режим шлифования: окружная скорость шлифовального круга - 25…40 м/с; окружная скорость коленчатого вала - 15…25 м/мин; глубина шлифования - 0,005…0,010 мм/об.

Для контроля размера шеек вала в процессе шлифования применяют индикаторное приспособление (рисунок 1.5). Радиус галтелей проверяют шаблоном. Овальность и конусность шеек не должны быть более 0,015 мм, шероховатость - 0,16…0,32 мкм [8, 10].



1 - шейка вала; 2 - скоба; 3 -стержень измерительный; 4 -головка индикаторная; 5 - ножка индикатора; 6 -механизм передаточный; 7 - стержень передаточного механизма; 8 - демпфер; 9 -кронштейн установочный

Рисунок 1.5 - Приспособление для контроля шейки вала в процессе шлифования

После шлифования и снятия фасок с острых кромок масляных каналов шеек коленчатого вала их полируют абразивными или алмазными лентами с помощью специального приспособления. После полирования шероховатость шеек должна быть не более 0,16 мкм [8].

5) Наплавка коренных и шатунных шеек

Шейки коленчатых валов, вышедшие из ремонтных размеров, шлифуют, а затем наплавляют механизированным способом (под слоем флюса, в среде углекислого газа и т.д.).

Наплавляют шейки до диаметра большего, чем у нормальной шейки на величину припуска, необходимого для последующей механической обработки. Твердость наплавляемого слоя должна быть HRC 54…62. После обтачивания или чернового шлифования при необходимости шейки закаливают ТВЧ, затем правят и шлифуют до номинальных размеров [5].

6) Восстановление изношенных поверхностей вала (всех, кроме коренных и шатунных шеек)

Изношенные шпоночные канавки и отверстия фланца вала под болты и штифты крепления маховика соответственно фрезеруют и развертывают под увеличенные ремонтные размеры.

На изношенные посадочные места под подшипники качения у валов наращивают слой металла (осталиванием, напылением и т.п.), а затем шлифуют до номинального размера [7].

7) Балансировка

Восстановленные коленчатые валы подвергают динамической балансировке на специальной машине. Неуравновешенность устраняют сверлением отверстий в противовесах вала.

8) Контроль

После балансировки коленчатых валов проводят контроль коренных и шатунных шеек на отсутствие трещин с помощью дефектоскопа.

9) Мойка

Заключительной операцией восстановления коленчатых валов является мойка, проводимая на специальной моечной машине. Необходимо тщательно прочистить и промыть масляные каналы, так как в процессе восстановления и шлифования коленчатых валов, в масляные каналы попадают мелкие частицы твердого абразива, которые при попадании на рабочие поверхности изделия могут привести к выходу его из строя при эксплуатации [7].

Рассмотрев существующую технологию восстановления коленчатых валов двигателей, необходимо отметить, что применяемый способ восстановления изношенных поверхностей вала (наплавка под слоем флюса, в среде углекислого газа) является неэффективным. Применение данного способа восстановления коренных и шатунных шеек коленчатых валов связано с определенными трудностями.

Прежде всего, при наплавке коренных и шатунных шеек коленчатого вала, особенно с большим износом, может произойти его перегрев, что приводит к значительной деформации вала. Правка вала - это очень трудоемкая операция, требующая больших затрат времени. Также правка имеет невысокую точность, снижает прочность коленчатого вала, требует применения дополнительного технологического оборудования и оснастки.

Также применяемый метод восстановления коленчатого вала имеет ряд существенных недостатков. При наплавке в среде углекислого газа происходит излишнее разбрызгивание металла, резко изменяется химический состав металлопокрытия, наплавленный слой склонен к образованию трещин. При наплавке под слоем флюса образуется наплавленный слой металла с пористой, неравномерной структурой. К тому же необходимо учитывать высокую стоимость электродной проволоки и флюсов. В некоторых случаях для получения требуемой твердости после обработки необходимо провести дополнительную технологическую операция по закалке. Закалка требует применения дополнительного технологического оборудования и производственных площадей, что также ведет к увеличению себестоимости восстановления коленчатых валов.

В данном дипломном проекте предлагается усовершенствовать существующую технологию ремонта коленчатых валов путем применения более эффективного метода восстановления изношенных поверхностей. Для этого необходимо провести анализ всех существующих методов восстановления, выявить их достоинства и недостатки.

1.6 Цель и задачи дипломного проекта

Целью дипломного проекта является:

Разработка технологического процесса ремонта коленчатых валов автомобилей в ООО “Газавтосервис” на основе плазменного напыления изношенных поверхностей коренных и шатунных шеек.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- проанализировать производственно-хозяйственную деятельность и проблемы автомобильного хозяйства ООО “Газавтосервис”;

- изучить существующие методы восстановления и упрочнения поверхностей и обосновать выбранную технологию;

- разработать технологический процесс восстановления и упрочнения изношенных поверхностей коленчатого вала;

- на основе технологического процесса спроектировать специализированный участок по восстановлению изношенных поверхностей коленчатых валов в ООО “Газавтосервис”;

- выполнить экономическое обоснование предлагаемых решений;

- предложить и обосновать требования по безопасности жизнедеятельности и охране труда.



2. ПЛАЗМЕННОЕ НАПЫЛЕНИЕ - ЭФФЕКТИВНЫЙ СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ

2.1 Классификация методов восстановления изношенных поверхностей деталей

Работоспособность восстановленных деталей определяется химическим составом и структурой покрытия, его твердостью, износостойкостью, ударной вязкостью и усталостной прочностью. Правильный выбор данных параметров позволяет управлять структурой покрытия, а значит, его твердостью и износостойкостью. В ходе формирования поверхностного слоя и покрытия в детали возникают внутренние напряжения вследствие температурного и объемного состояний и отсутствия свободного перемещения нагреваемых участков.

В процессе восстановления и упрочнения детали на ее поверхности образуется слой металла с измененной структурой, фазовым составом, физико-химическими и механическими свойствами по сравнению с основным металлом. Этот слой, называемый поверхностным, оказывает существенное влияние на надежность и долговечность работы детали, определяя ее физико-химические и эксплуатационные свойства.

Можно сформулировать требования к “идеальному” процессу восстановления детали:

- процесс должен быть высокопроизводительным, с экономичным расходованием энергии и материалов, гигиеничным и безопасным;

- используемое технологическое оборудование должно быть универсальным, простым в изготовлении и эксплуатации, легко автоматизироваться;

- основное время обработки должно быть минимальным, чтобы структура наносимого сплава не изменялась, а основной металл не подвергался оплавлению;

- между основным металлом и нанесенным слоем покрытия должно существовать надежное и прочное соединение;

- в восстановленных деталях должны отсутствовать значительные термические напряжения, поры, трещины и т.п. [10].

К восстановительным методам относят операции, связанные с технологическим воздействием, изменяющим геометрическую форму или внутреннее состояние материала деталей.

Для восстановления геометрической формы и размеров деталей применяют в совокупности следующие технологические операции:

- наращивание поверхностных слоев материала взамен изношенных;

- пластическое деформирование для устранения пластических деформаций эксплуатационного происхождения или для перераспределения материала на восстановление размеров изношенных участков детали;

- замена части детали и установка дополнительных элементов;

- удаление части материала тем или иным способом обработки ее поверхностных слоев.

К операциям по восстановлению физико-механических свойств материала деталей следует отнести устранение макроскопических дефектов (например, выявленных очагов разрушения) и упрочнение материала тем или иным видом обработки (термической, термомеханической, наклепом и т.д.).

Перечисленная совокупность операций восстановления деталей (рисунок 2.1) может быть выполнена различными технологическими способами, которые можно представить в виде двух групп: способы наращивания и способы обработки [8, 9].

К первой группе относятся способы, при которых изношенный материал детали компенсируют нанесением различных материалов. Наиболее типичны для этой группы сварка, наплавка, напыление (металлизация), пайка, нанесение электролитических металлопокрытий и полимерных материалов.



Ко второй группе отнесены следующие технологические способы: обработка давлением, слесарно-механические способы обработки, электрические способы обработки (электро-химическая обработка, анодно-механическая обработка и т.д.), способы упрочняющей обработки (термическая, химико-термическая, поверхностно-пластическое деформирование).

Каждая из технологий восстановления представляет собой группу конкретных способов, объединенных по какому-либо общему для них признаку. В качестве обобщающего признака используют, например, вид энергии (электрическая, химическая, механическая и т.д.), физические явления (наплавка, напыление, осаждение, намораживание и т.д.), характерные технологические условия (трением, взрывом, в вакууме), определяющие факторы (давление, вибрации) и т.д. Рассмотрим основные методы восстановления деталей.

Обработка под ремонтные размеры. Метод основан на комплектовании соединений из деталей, отличающихся размерами соединяемых поверхностей от первоначальных, но обеспечивающих начальный зазор (натяг), равный зазору (натягу) нового соединения. Эти размеры, отличающиеся от первоначальных, называют ремонтными.

Ремонтные размеры валов и отверстий отличаются от номинальных, как правило, на доли миллиметра, т.е. находятся в одном интервале размеров, поэтому допуски остаются прежними. Требования к макрогеометрии, шероховатости, твердости, и износостойкости поверхности не меняются.

Исходя из экономических соображений, дорогостоящую деталь целесообразнее всего восстановить, а дешевую - заменить.

Обработкой под ремонтный размер восстанавливают сопрягаемые детали типа вал - втулка, поршень - цилиндр и т.п. Под ремонтный размер обычно обрабатывают наиболее сложную и дорогостоящую деталь пары, а вторую заменяют новой или восстановленной также до ремонтного размера. Данный способ позволяет восстановить геометрическую форму, требуемую шероховатость и параметры точности изношенных поверхностей деталей.



а -- вала: dH -- номинальный диаметр; dH -- диаметр изношенной детали; imax -- максимальный износ; imin -- минимальный износ вала; dp -- ремонтный размер вала; б -- гильзы цилиндров двигателя: GH -- номинальный диаметр; imax -- максимальный износ цилиндра; imin -- минимальный износ цилиндра; Dp -- ремонтный размер гильзы цилиндров; бmax -- максимальный слой снимаемого металла с детали; бmin -- минимальный слой снимаемого металла с детали.

Рисунок 2.2 - Восстановление деталей под ремонтный размер [33]:

Достоинства: массовое промышленное производство заменяемых деталей, ремонт машин по принципу частичной взаимозаменяемости, что существенно сокращает его продолжительность; исключение подгоночных работ.

Недостатки: снижение срока службы деталей; ограниченное число ремонтных размеров; нарушение взаимозаменяемости деталей, усложнение дефектации и механической обработки деталей, усложнение процесса комплектования деталей перед сборкой и увеличение складских запасов деталей, необходимость переналадки оборудования, затраты на маркировку [10].

Сварка и наплавка. Сварка - это технологический процесс получения неразъемного соединения деталей или сборочных единиц посредством установления межатомных связей между свариваемыми деталями при их местном нагреве или пластическом деформировании или совместном действии одного и другого.

Наплавка - нанесение покрытий слоями толщиной в несколько миллиметров из расплавленного присадочного материала на оплавленную металлическую поверхность изделия. В зависимости от вида источника нагрева рассматриваемых газотермических процессов, наплавка может производиться при помощи теплоты газового пламени (газопламенная наплавка), электрической дуги (электродуговая наплавка в среде защитного газа) или сжатой дуги (плазменной струи) (плазменная наплавка).

Назначение наплавки - изготовление деталей с износостойкими и коррозионностойкими свойствами поверхности, а также восстановление размеров изношенных и бракованных деталей за счет нанесения покрытий обладающих высокой плотностью и прочностью сцепления с изделием, работающим в условиях высоких динамических, знакопеременных нагрузок, подверженных интенсивному абразивному изнашиванию [5, 9].

1) Дуговая сварка (наплавка) относится к сварке плавлением с помощью электрической дуги. Сварочная (электрическая) дуга - электрический дуговой разряд в ионизированной смеси газов, паров металла и компонентов, входящих в состав электродных покрытий, флюсов и т.п.