Разработка технологического процесса восстановление гильзы цилиндров двигателя КамАЗ-740

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

О надежности и долговечности машины судят обычно по стабильности рабочих характеристик, заложенных в ней при изготовлении. В условиях эксплуатации стабильность рабочих характеристик двигателя может нарушаться вследствие многих причин, вызывающих неисправности его механизмов и систем. Неисправности могут возникнуть в результате нарушения регулировок, устранимых в процессе эксплуатации, или вследствие естественного износа деталей сопряжений, не устранимого простой регулировкой.

Долговечность, как правило, определяется естественным износом сопрягаемых деталей, в основном износостойкостью таких сопряжений, как гильза цилиндра - поршень, поршневое кольцо - канавка поршня, поршневой палец - бабышка поршня, поршневой палец - втулка шатуна, шейки коленчатого вала - подшипники, клапан - гнездо клапана в головке цилиндров.

Поддержание коэффициента технической готовности на высоком уровне в значительной мере определяется степенью удовлетворения их потребностей в запасных частях.

Обеспечение потребностей предприятий по эксплуатации и ремонту техники в запасных частях осуществляется за счет изготовления и восстановления деталей. В этих условиях большое внимание должно уделяться экономному использованию материальных средств, развитию работ по восстановлению деталей. При этом в 5 - 8 раз сокращается объем технологических операций по сравнению с изготовлением новых одноименных изделий. Стоимость восстановления, как правило, на 30 - 50% ниже затрат на производство новых аналогичных изделий.

На различных типах предприятий разработаны и усовершенствованы технологические процессы и оборудование, которые позволяют восстанавливать многие детали автомобилей прогрессивными методами, обеспечивающими их послеремонтные ресурсы на уровне, близком к доремонтным.

Научно-исследовательские и учебные институты проводят различные исследования в области совершенствования организации ремонта и восстановления деталей.

Соединение гильза цилиндра - поршень является одним из соединений, подвергающихся наибольшему износу в двигателях внутреннего сгорания. Поэтому разработка технологии ремонта гильз является важной задачей для улучшения качества ремонта двигателей.

Целью и задачей курсового проекта является: разработать технологический процесс восстановления гильзы цилиндров автомобиля КамАЗ-740.

1. Организация ремонта

В числе мероприятий по поддержанию работоспособности машины за период полного срока службы периодически выполняют работы по ее текущему и капитальному ремонту.

Ремонт машин представляет собой комплекс работ по устранению неисправностей, возникающих в процессе работы, для восстановления полной работоспособности машины.

Объем работ, выполняемых в процессе ремонта, зависит от технического состояния машины, в котором она оказалась за период эксплуатации между очередными ремонтами.

При текущих ремонтах (Т) кроме очистки от грязи, мойки и других работ, выполняемых при регулярном техническом обслуживании машины (ТО), осуществляют частичную разборку, проверяют состояние отдельных деталей, узлов и агрегатов, восстанавливают их работоспособность. Устраняется подтекание в системах топливоподачи, гидроуправления, смазки и охлаждения, заменяются поврежденные крепежные детали с заваркой и последующей засверловкой разработанных отверстий соединяемых деталей; подвариваются металлические конструкции в местах появления трещин или разрывов; правят валы и погнутые элементы металлоконструкций; заменяют изношенные детали механизмов исправными.

При необходимости отдельные агрегаты и узлы, кроме базовых узлов и деталей, заменяются на новые или заранее отремонтированные.

При капитальных ремонтах (К) выполняется значительно больший объем работ, чем при текущих. Машины после тщательной мойки и очистки от грязи подвергаются полной разборке и тщательной дефектовке. Работоспособность всех узлов и агрегатов восстанавливается исправлением или заменой узлами и агрегатами, заранее отремонтированными. При капитальном ремонте все посадки и сопряжения деталей доводятся до норм в соответствии со специальными указаниями по капитальному ремонту той или иной машины.

Капитальный ремонт машин выполняют за счет амортизационных отчислений организации, на балансе которой находятся эти машины.

Капитальный ремонт двигателей внутреннего сгорания при текущем ремонте также осуществляют за счет амортизационных отчислений.

Капитальные ремонты основных строительных машин выполняют на специализированных заводах по ремонту строительных машин. Типовые ремонтные заводы строятся с годовой программой на 1,2; 2,4; 4 и 6 млн. руб. в год.

Текущие и капитальные ремонты строительных машин осуществляют индивидуальным или обезличенным методом. Разновидностями организации работ при обезличенном методе ремонта являются агрегатно-узловой и поточный метод ремонта.

При индивидуальном методе все узлы и детали машины после ремонта устанавливают на ту же машину, с которой они были демонтированы. Работы по ремонту осуществляет универсальная бригада в составе 3--8 человек, которая разбирает машину на узлы и детали, требующие ремонта; детали передаются в специализированные цехи или ремонтируются на месте.

Индивидуальный метод ремонта проводят в том случае, если ремонтное предприятие (база механизации) выполняет ремонты разномарочных машин и когда другие методы ремонта экономически нецелесообразны.

Более высокой ступенью организации ремонтных работ при индивидуальном методе ремонта является организация работ по ремонту силами специализированных бригад. Сборочно-разборочные работы выполняются одной бригадой, а ремонт узлов и агрегатов -- другими специализированными бригадами на рабочих постах, оборудованных специальными приспособлениями и инструментами для выполнения технологических процессов разборки, ремонта и сборки узлов.

Благодаря специализации по определенным видам работ, большой оснащенности рабочих мест сокращается срок выполнения ремонта, значительно повышается производительность труда.

Индивидуальный ремонт специализированными бригадами организуется, когда на предприятии ремонтируются однотипные машины и машины с унифицированными узлами.

При обезличенном методе ремонта машина разбирается на узлы и детали, которые поступают в ремонт обезличенно. Собирается машина частично или полностью из узлов и деталей однотипных машин, ранее отремонтированных или новых, взятых со склада.

При агрегатно-узловом (обезличенном) методе ремонта узлы, подлежащие ремонту, снимаются с машины и заменяются заранее отремонтированными из оборотного фонда узлов. Ремонт узлов выполняется специализированными бригадами на специализированных постах. Для обеспечения своевременного ремонта и ритмичной работы предприятие должно иметь оборотный фонд узлов и запас деталей.

При таком методе ремонта пребывание машины в ремонте резко сокращается появляется возможность ремонта машины без вывода из забоя и доставки на ремонтное предприятие, обеспечивается специализация рабочих на ремонте отдельных узлов и снижается себестоимость ремонта.

Организация агрегатно-узлового метода ремонта машин возможна при регулярной загрузке ремонтного предприятия большим количеством комплектов узлов однотипных машин в течение года.

При поточном методе ремонта поступление машин в ремонт, разборка и сборка машин и выход готовой продукции протекают в определенном ритме. Организация поточного метода ремонта целесообразна при специализации ремонтного предприятия на ремонтах определенных видов машин, поступающих равномерно в течение года в количествах, обеспечивающих регулярную загрузку предприятия.

Технологический процесс производства при поточном методе характеризуется наличием подвижных стендов или конвейеров.

При поточном методе сокращается время нахождения машины в ремонте, повышается производительность труда и снижается стоимость ремонта.

Ремонт машин и их отдельных узлов и агрегатов, принадлежащих строительно-монтажной организации, выполняется ремонтным предприятием по договору, заранее заключенному на предстоящий год. В договоре определяются: сроки сдачи машин в ремонт, продолжительность и стоимость ремонта, срок приемки из ремонта, порядок оплаты работ.

Машины, агрегаты и узлы машин, направляемые в ремонт, должны быть комплектными и иметь только такие неисправности, которые возникли в результате естественного износа деталей при их нормальной эксплуатации.

Перед отправкой в ремонт заказчик обязан принять меры по надлежащей консервации машины на период ее пребывания в транспортировании до завода.

При отправке машин заказчик должен передать ремонтному предприятию паспорт машины и сопроводительный лист с описью снятых с машины мелких узлов и деталей, упакованных в отдельной таре.

Поступившую на завод машину принимает комиссия, назначаемая руководителем ремонтного предприятия, задача которой -- определить комплектность машины и ее техническое состояние.

После выполнения ремонта машины и проведения испытания в соответствии с техническими условиями ремонтное предприятие составляет гарантийный паспорт, выдаваемый заказчику, с приложением инструкции о режиме работы машины после ремонта и акта приемки ОТК завода. Гарантийные сроки должны быть не менее 6 месяцев со дня направления машины заказчику.

Отремонтированная машина в соответствии с условиями договора отгружается заказчику ремонтным предприятием или выдается его представителю.

В случае обнаружения в отремонтированной машине дефектов заказчик в течение гарантийного срока имеет право на предъявление ремонтному предприятию рекламации. Для составления двустороннего акта и перечня дефектов, обнаруженных в машине, вызывается представитель ремонтного предприятия.

Оплата за произведенный ремонт устанавливается по общегосударственным ценам.

1.1 Описание устройства и последовательность разборки сборочной единицы двигателя

Гильза цилиндров двигателя КамАЗ-740 изготовлена из серого специального чугуна, упрочненного объемной закалкой, она отличается уменьшенной (по высоте) зоной отпуска бурта от термообработки гильз, имеющих маркировку 740.1002021-20. Гильза 740.13-1002021 изготавливается из специального, легированного серого чугуна и не термообрабатывается.

Рис. 1.1 Гильза цилиндров двигателя КамАЗ-740

Порядок разборки сборочной единицы:

• Ключом «на 24» отворачиваем болт-штуцер подвода масла к фильтру.

• Снимаем две алюминиевые шайбы.

• Ключом «на 13» отворачиваем четыре гайки крепления корпуса масляного фильтра к блоку цилиндров.

• Снимаем корпус фильтра. Вынимаем масляный щуп.

• Ключом «на 24» отворачиваем нижний болт-штуцер и снимаем алюминиевые шайбы.

• Ключом «на 17» отворачиваем штуцер крепления трубки масляного щупа и снимаем ее.

• Снимаем головку блока цилиндров.

• Переворачиваем двигатель поддоном вверх. Снимаем поддон картера предварительно слив с него масло.

• Снимаем переднюю крышку блока цилиндров

• Снимаем крышку коробки толкателей и вынимаем распределительный вал

• Вынимаем толкатели из блока цилиндров и нумеруем их или раскладываем по порядку.

• Толкатели по наружному диаметру, и отверстия в блоке цилиндров по внутреннему диаметру делятся на группы и подбираются друг к другу, поэтому при сборке двигателя толкатели устанавливаем на прежние места.

• Снимаем насос охлаждающей жидкости

• Снимаем с маховика узлы сцепления

• Поворачиваем двигатель передней частью вниз.

• Отверткой разгибаем контровочные пластины гаек крепления маховика.

• Удерживая маховик за зубья венца большой отверткой, головкой «на 17» отворачиваем четыре гайки болтов крепления маховика.

• Снимаем контровочные пластины.

• Снимаем маховик с коленчатого вала.

• Ключом «на 14» отворачиваем два болта и ключом «на 14» шесть гаек крепления картера сцепления

• Снимаем картер сцепления.

• Шестигранным ключом «на 8» отворачиваем две гайки и снимаем держатель сальника коленчатого вала.

• Головкой «на 15» отворачиваем две гайки крепления крышки шатуна.

• Снимаем крышку шатуна. Рукояткой молотка выталкиваем поршень с шатуном вверх и вынимаем его из цилиндра.

• Пометив положение гильзы в блоке цилиндров, специальным съемником (рис. 1.2) выпрессовываем ее. При отсутствии съемника, через оправку из мягкого металла выбиваем гильзу.

1.2 Условия работы деталей в агрегате

Исходя из функционального назначения, гильзы цилиндров относятся к главным элементам поршневых ДВС и являются наиболее ответственной деталью ЦПГ. Стенки внутренней полости гильзы служат направляющими для поршня при его перемещениях между крайними положениями и соприкасаются с пламенем и горячими газами, достигающими температуры 1500-2500C. Гильза цилиндра работает в условиях резкопеременных давлений в надпоршневой полости. Поршень при перемещении действует на гильзу с боковой силой и в конце каждого хода, перекладываясь с ударом о стенку гильзы, меняет направление своего движения, причём в мёртвых точках скорость его равна нулю, а потом нарастает до максимума, составляющего в автомобильных двигателях до 25 м/с при номинальной частоте вращения коленчатого вала и снова уменьшается до нуля в смежной мёртвой точке. Такое неравномерное движение поршня и связанного с ним комплекта подвижных деталей порождает переменные по величине и направлению силы инерции возвратно-движущихся масс, действующие вдоль оси цилиндра. Силы давления газов в надпоршневой полости одинаково действуют как на поршень, так и на головку блока и стенки цилиндра, при этом всегда, имея равную себе величину и направление, эти силы взаимно уравновешиваются внутри системы.

Износ пары трения гильза цилиндра - поршневое кольцо проявляется в сложном многообразии форм и зависит от большого количества одновременно действующих факторов: условий эксплуатации двигателя, наличия граничных условий смазки, агрессивности среды, качества очистки воздуха, топлива и смазочного материала, сочетания материалов элементов пары трения, их механических и теплофизических свойств, характера микрорельефа, качества их покрытия, условий приработки и т.д. Результаты многих исследований позволяют утверждать, что при возвратно-поступательном скольжении в паре происходят интенсивные пластические деформации, которые приводят к искажению кристаллической решётки металла и ускорению диффузионных процессов. Кроме того, наружная поверхность гильз подвергается явлениям коррозии и кавитации. Поэтому гильзы цилиндров должны обладать большой механической прочностью, повышенной жёсткостью и хорошо противостоять различным видам изнашивания.

Каждый из видов изнашивания редко встречается в чистом виде. Обычно они проявляются комплексно.

1.3 Очистка и мойка деталей двигателя

Очистка и мойка двигателя автомобиля - обязательная операция, предшествующая его ремонту в любых автосервисах и на станциях техобслуживания. Она во многом определяет качество последующих этапов работы и всего ремонта в целом. Необходимость мойки деталей объясняется, в первую очередь, тем, что грязь не позволяет определить состояние соединений и рабочих поверхностей деталей.

Точные измерения загрязнённых деталей провести невозможно. Чрезвычайно сложно обнаружить и скрытые под наслоениями неисправности. Поэтому очистка деталей от остатков масла перед дефектовкой - обязательная процедура.

Наиболее эффективная очистка от отложений накипи, нагара, продуктов коррозии производится щелочным расплавом. Расплав состоит из следующих компонентов (% по массе): гидроксид натрия - 60...70, нитрат натрия - 25...35, хлорид натрия - 5. Деталь выдерживают в растворе 5...12 минут, промывают в проточной воде, протравливают в кислотном растворе и промывают в горячей воде.

1.4 Дефектация и сортировка деталей сборочной единицы двигателя

Детали после мойки и очистки от загрязнений в соответствии с технологическим процессом подвергаются дефектации, т.е. контролю с целью обнаружения дефектов.

Дефект - это всякие отклонения параметров деталей от величины, установленными техническими условиями или рабочим чертежом.

Основные задачи дефектации:

Контроль детали для определения её технического состояния;

Сортировка деталей на 3 группы:

1. Годные для дальнейшей эксплуатации;

2. Негодные;

3. Подлежащие восстановлению;

Накопление информации о результатах дефектации с целью совершенствования тех. процессов;

Сортировка деталей по маршрутам восстановления. Результаты дефектации маркируют красками (красной, жёлтой и зелёной).

Основные дефекты.

• Износ внутренней поверхности цилиндров.

• Излом бурта гильзы.

• Трещины на поверхности гильзы.

2. Расчетно-технологическая часть

Для гильз принята следующая схема технологического процесса ремонта:

1) правка;

2) восстановление размеров посадочных поясков;

3) устранение неисправностей опорного буртика;

4) восстановление внутренней рабочей поверхности;

5) цинкование наружной поверхности;

6) контроль.

2.1 Правка гильзы

При дефектовке гильз проверяют овальность центрирующих посадочных поясков. При овальности поясков больше допустимого размера гильзу подвергают правке. Нагрузку прилагают по максимальной оси овала. В процессе правки упругая деформация гильзы не должна превышать 20 мм. После правки каждую гильзу проверяют на магнитном дефектоскопе для обнаружения возможных трещин.

Гильзы правят на специальном гидравлическом прессе (рис. 2.1) с приводом от топливного насоса. Насосная установка смонтирована под столом и управляется педалью. Гильзу ставят на нижнюю алюминиевую подушку 7 с войлочной прокладкой 1.

Подушка 7 закреплена на сварной станине 6 пресса. Нагрузку на деталь прикладывают через верхнюю подушку 3 с войлочной прокладкой 2, которая подвешена при помощи Т-образного паза к грибку плунжера 4 так, что может самоустанавливаться по гильзе в процессе правки. Верхняя подушка для облегчения выполнена из алюминиевого сплава с тем, чтобы по возможности разгрузить возвратные пружины, скрытые в защитных колпачках 5. Предохранительный клапан гидравлического пресса ограничивает усилие правки в пределах 2500 кг. При большем усилии возможно возникновение трещин.

Рис. 2.1. Пресс для правки гильзы

2.2 Восстановление размеров посадочных поясков

Для гильз, в зависимости от величины износа центрирующих поясков, установлено три маршрута их ремонта.

К первому маршруту относят детали с незначительным (до 0,09 мм) износом поясков. Эти детали не требуют наращивания поясков.

По второму маршруту ремонтируют детали с износом центрирующих поясков не более 0,2 мм. Пояски с таким износом наращивают способом хромирования.

В третий маршрут включают гильзы с износом центрирующих поясков более 0,2 мм. Для этих деталей рекомендуется наращивание поясков виброконтактной наплавкой.

Признаком для бракования гильзы являются глубокие раковины на рабочей поверхности и на поясках, возникающие вследствие коррозии, которые нельзя устранить шлифованием.

Если на поверхности центрирующих поясков нет коррозии и не требуется их наращивания, то при их ремонте ограничиваются слесарной обработкой. Напильником зачищают выступающие неровности металла на кромках поясков. Поверхность поясков рекомендуется полировать наждачным полотном зернистостью 18-140. При наличии коррозии и износе до 0,2 мм пояски гильзы шлифуют, хромируют и вторично шлифуют до нормальных размеров. Для шлифования посадочных поясков на круглошлифовальном станке деталь устанавливают на центровую оправку (рис. 2.2) с двумя соосными коническими грибками. Обрабатываемую гильзу базируют по неизношенным нерабочим фаскам, расположенным по концам отверстия.

Рис. 2.2. Центровая оправка для шлифования поясков гильзы: 1 - втулка; 2 - гайка; 3 - оправка

Для хромирования поясков гильз применяют индивидуальные подвесные приспособления. Поверхности, не подлежащие хромированию, изолируют перхлорвиниловым пластикатом. После обезжиривания и анодной обработки пояски гильз хромируют в сернокислом электролите.

Для получения блестящего осадка принимают плотность тока 45-50 а/дм2, температуру электролита 55-60° С. Толщина слоя хрома должна быть 0,15-0,2 мм.

Хромированные пояски шлифуют корундовым кругом зернистостью 46-60, твердостью СТ1 - СТ2.

Овальность поясков должна быть не более 0,05 мм; разностенность детали в зоне поясков допускается не более 0,08 мм.

На поверхности поясков допускаются мелкие углубления (сыпь), площадью не более 20% поверхности обоих поясков.

Для виброконтактной наплавки изношенных центрирующих поясков гильз применяют малоуглеродистую сварочную проволоку диаметром 1,4-1,6 мм. Рекомендуется следующий режим наплавки: напряжение сварочного тока 16-18 В, индуктивность 8 витков, амплитуда вибрации электрода 1,5 мм; скорость подачи проволоки 48-60 м/мин; число оборотов гильзы 0,75 в минуту (окружная скорость 48 м/мин); скорость перемещения электрода вдоль оси детали 2 мм за один оборот. Охлаждающую жидкость подводят к внутренней поверхности гильзы. Поверхность буртика и переходной канавки от наплавки и брызг металла предохраняют тонким слоем обмазки состава (в г): мел - 600, декстин - 50 и вода - 340.

Наплавленные посадочные пояски шлифуют под ремонтные размеры. Для обработки применяют корундовый круг зернистостью 45-60, твердостью С1 - С2.

2.3 Устранение неисправностей опорного буртика

Поврежденные уплотнительные канавки на верхнем торце буртика восстанавливают прокатыванием стальных закаленных роликов. Металл, вытесненный из канавок, увеличивает высоту гребешков примерно на 0,25 мм. После обработки канавок на круглошлифовальном станке шлифуют обе плоскости бурта. В результате увеличивается высота бурта на 0,15 мм, что вполне достаточно для восстановления размеров бурта гильзы. Для шлифования буртов гильзу закрепляют на оправке.

Чтобы прокатать канавки на торце буртика гильзы, применяют специальный станок, похожий на вертикальный гидравлический пресс, в плунжере которого на шарикоподшипниках смонтирован шпиндель, несущий накатную головку. Гильзу устанавливают в гнездо массивной выдвижной плиты, соосно со шпинделем. Накатная головка закреплена на шпинделе и несет три коромысла, каждое из которых свободно качается на горизонтальной оси, установленной вдоль радиуса головки. Угол между осями коромысел накатной головки равен 120°. На концах каждого коромысла свободно вращаются накатные ролики. Благодаря такому устройству накатная головка представляет собой статически определимую систему, в которой усилие пресса распределяется между роликами равномерно.

Профили роликов показаны на рис. 2.3. На первом коромысле установлены два ролика: ролик 1 обкатывает внутреннюю и наружную кромки гильзы, ролик 2 выдавливает металл из галтели. Остальные ролики, попарно установленные на втором и третьем коромыслах, вытесняют металл из канавок.

Ролики в пазу коромысла закреплены с некоторым осевым зазором f0. Благодаря этому каждый ролик самоустанавливается в канавке, даже при наличии значительных погрешностей, допущенных в процессе первоначальной обработки канавок.

Наружный диаметр роликов равен 40 мм; изготовлены они из стали Р18 и закалены до твердости НRС 62-65. Число оборотов шпинделя 20 в минуту. Необходимое усилие гидравлического пресса устанавливают при наладке станка путем регулировки предохранительного клапана.



Рис. 2.3. Схема обработки канавок на буртике гильзы

2.4 Восстановление внутренней поверхности

При всем многообразии применяемых в производстве ремонтных операций все же многие из них можно сгруппировать в типовые группы с одинаковым технологическим процессом и из общей технологии ремонта выделить наиболее часто встречающиеся способы восстановления деталей.

Технологическая однородность ремонтных операций является основным классифицирующим признаком, по которому можно разделять все способы ремонта следующим образом:

• Растачивание под ремонтный размер:

Растачивание и хонингование гильз цилиндров производятся при износе внутренней поверхности (в месте наибольшего износа) до диаметра, превышающего предельный, при овальности и конусности на рабочем участке более допустимых размеров.

В зависимости от величины износа гильзы ремонтируют растачиванием или шлифованием с последующим хонингованием или только хонингованием под ремонтные размеры.

Перед устранением дефектов гильзы промывают и очищают от грязи, коррозии и накипи, а посадочные пояски и опорные поверхности буртиков зачищают до металлического блеска.

По величине износа внутренней поверхности гильзы сортируют на три группы. Первая группа гильз - с внутренним диаметром в пределах допуска на новую гильзу; вторая группа - с внутренним диаметром, превышающим номинальный не более чем на 0,2 мм, и третья группа - с внутренним диаметром, превышающим номинальный на 0,15-0,2 мм, но не более чем на 0,4 мм.

Гильзы первой группы могут быть использованы без ремонта или после хонингования внутренней поверхности до удаления неровностей и следов коррозии. Хонингование гильз производят на хонинговальном станке ЗБ833 головками ПТ-1085А с шлифовальными брусками К36-5 СМ1-С1К и КЗЗ-М20 СМ1-С1К.

В качестве охлаждающей жидкости рекомендуется применять керосин. Иногда к нему добавляют 10-20% веретенного масла.

Также для хонингования цилиндров применяют бруски из синтетических алмазов, обеспечивающие значительное повышение производительности процесса, точности обработки, уменьшение шероховатости поверхности. Стойкость брусков из синтетических алмазов в десятки раз выше стойкости обычных брусков. Для предварительного хонингования могут быть использованы бруски АС12М1, а для окончательного АСМ40М1.

Гильзы второй группы ремонтируют хонингованием или шлифованием на внутришлифовальном станке с последующим окончательным хонингованием. При обработке гильз только хонингованием сначала производят предварительное хонингование шлифовальными брусками К316-8 СМ1-С1К или (с целью повышения производительности) более крупнозернистыми брусками К340МЗК. Для окончательного хонингования применяют бруски КЗЗ-М20 СМ1-С1К.

Гильзы третьей группы ремонтируют растачиванием внутренней поверхности с последующим предварительным и окончательным хонингованием до ремонтного размера. В процессе растачивания и хонингования нагрев гильзы допускается не более 50-60° С.

Гильзы растачивают на вертикальном алмазно-расточном станке -278Н расточными резцами с пластинками из твердого сплава ВК2 или ВКЗМ.

Гильзы на станке центрируют при помощи оправки, вставленной в шпиндель станка (рис. 2.4). Шаровой конец оправки должен входить в цилиндр на глубину 3 - 4 мм.

Рис. 2.4. Центрирование гильзы (а) и установка резца (б) при растачивании гильзы цилиндра

При установке резца для растачивания необходимо учесть припуск на хонингование в пределах 0,06-0,12 мм на диаметр. Внутренняя рабочая поверхность расточенной гильзы может иметь овальность не более 0,04 мм, конусность не более 0,05 мм, шероховатость поверхности должна быть не ниже 6-го класса чистоты.

Для того чтобы получить высокую чистоту рабочей поверхности, гильзу хонингуют. После хонингования на рабочей поверхности гильзы не должно быть рисок и следов. Геометрия отверстия должна отвечать техническим требованиям. Для хонингования гильзы применяют пружинящую хону (рис. 2.5), которая отличается от обычной хоны тем, что каждый брусок прижимается к поверхности гильзы отдельной пружиной. Такая хона не исправляет геометрической формы гильзы, а лишь повышает класс чистоты ее поверхности.

Рис. 2.5. Хона: 1 - нижний диск; 2 - пружина; 3 - стержень; 4 - державка; 5 - абразивные бруски; 6 - тяга; 7 - пружинящая коронка; 8 - натяжная гайка; 9 - верхний диск

При предварительном хонинговании расточенной гильзы до ремонтного размера оставляют припуск на окончательное хонингование в пределах 0,01-0,03 мм на диаметр. После предварительного хонингования на внутренней поверхности гильзы не должно быть следов износа, неровностей. Овальность не должна превышать 0,04 мм, а конусность - 0,05 мм (при температуре гильзы, равной температуре окружающего воздуха). Шероховатость поверхности должна быть не ниже 7-го класса чистоты.

После окончательного хонингования диаметр внутренней поверхности гильзы должен находиться в пределах допуска на ремонтный размер, а овальность и конусность не должны превышать 0,03 мм. Шероховатость поверхности должна быть не ниже 9-го класса чистоты.

Данный способ широко применяют при ремонте цилиндро-поршневой группы двигателей, однако износе внутренней поверхности гильз больше последнего ремонтного размера деталь выбраковывают, тем самым увеличиваются затраты на приобретение новой детали.

• Шлифование внутренней поверхности.

Растачивание часто заменяют шлифованием. Внутреннюю рабочую поверхность гильзы шлифуют до выведения следов износа. Овальность рабочей поверхности гильзы в нижнем и верхнем поясах, а также конусность поверхности на длине гильзы допускается не более 0,06 мм. Разрешается наличие нетронутой шлифовальным камнем выработки от верхнего поршневого кольца. Кроме того, допускается наличие нетронутых камнем площадок на высоте не более 50 мм от нижнего края гильзы, общей площадью не более 20 см2.

Опыт показывает, что при шлифовании гильз ремонтного фонда в большинстве случаев не удается выполнить эти технические требования. Поэтому такие гильзы обычно бракуют.

Для шлифования отверстия гильзу устанавливают в приспособлении (рис. 2.6), закрепленном на планшайбе шпинделя внутришлифовального станка. Приспособление состоит из чугунного стакана 5, прижимного кольца 8 и выталкивателя 3. В стакан запрессованы базовые стальные закаленные кольца 1, и 6. Для того чтобы обеспечить соосность отверстия гильзы со шпинделем станка, отверстия колец и торец кольца 1 шлифуют после закрепления приспособления на планшайбе. Поэтому на крупных ремонтных предприятиях один из станков налаживают для обработки гильз с поясками ремонтного размера, а остальные станки - для обработки гильз нормального размера.



Рис. 2.6. Приспособление для установки гильзы при шлифовании рабочей поверхности

Выталкиватель представляет собой стальную тарелку, шарнирно соединенную с тягой 4пневматического цилиндра, закрепленного на заднем конце шпинделя. С тарелкой также шарнирно соединены три тяги 7, в каждую из которых ввернут винт 9 с конической головкой. В нажимном кольце имеется три паза, образующие с этими винтами штыковой замок.

Чтобы установить гильзу в приспособлении, тягу пневматического цилиндра подают вправо, нажимное кольцо поворачивают против часовой стрелки и снимают с приспособления. Затем вкладывают в стакан гильзу, надевают нажимное кольцо, поворачивают его до упора по часовой стрелке, а тягу пневматического цилиндра подают влево. Благодаря шарнирным соединениям тяг с выталкивателем, усилие пневматического цилиндра распределяется равномерно между тремя тягами 7. Это сохраняет гильзу от коробления при шлифовании. Для снятия гильзы со станка тягу пневматического цилиндра подают вправо. При этом нажимное кольцо освобождается, а выталкиватель выдвигает гильзу из базирующих ее колец.

Внутри тяги пневматического цилиндра проходит труба 2, по которой подается охлаждающая эмульсия.

Для шлифования гильзы применяют круг ПП-125-50-50 на керамической связке СМ1, зернистостью 12-16.

После шлифования рабочей поверхности гильзы наружную поверхность подвергают пескоструйной очистке и цинкованию.

Такая последовательность выполнения операций принята потому, что на некоторых гильзах в процессе шлифования не удается устранить следы износа. Эти гильзы бракуют. Следовательно, цинкование наружной поверхности гильз до шлифования рабочей поверхности нецелесообразно.

Толщина слоя цинкового покрытия должна быть равна 0,03-0,05 мм. Осадок металла должен быть мелкокристаллический светло-серебристого цвета. Цинком покрывают только поверхность между посадочными поясками. Центрирующие пояски изолируют цапон-лаком, а нижнюю часть гильзы - экраном из целлулоида.

• Электроимпульсное нанесение покрытий:

При восстановлении гильз возможно использование способа электроимпульсного нанесения покрытий.

Электроимпульсное нанесение покрытий основано на импульсном разряде конденсатора через проволоку напыляемого металла. При этом происходит взрывное плавление проволоки и осаждение расплавленных мелких частиц металла на внутренней поверхности гильзы (рис. 2.7).

Используемая для нанесения покрытий электроразрядная цепь представляет собой колебательный контур и характеризуется следующими данными: емкость конденсатора 100 мкФ, максимальное напряжение зарядного тока 30 кВ, собственная частота колебаний электроразрядной цепи 25 кГц. Для напыления используют металлическую, например вольфрамовую, проволоку диаметром 0,5- 1 мм и длиной 20-150 мм. Режим напыления, выбираемый в зависимости от размера и формы изделия.



Рис. 2.7. Схема электроимпульсного напыления: СH - источник питания для зарядки конденсатора; R - резистор; C - конденсатор; SW - выключатель; EW - металлическая проволока; B - напыляемая гильза

При разряде в оптимальном режиме около 40% массы проволоки превращается в газ, а остальные 60% - в капли расплавленного металла, сталкивающиеся с поверхностью основного материала. Образующиеся при взрывном разряде капли напыляемого металла можно разделить на две группы, к одной из которых относятся частицы размером несколько микрометров, а к другой - размером несколько сотых долей микрометра. Покрытие образуется за счет осаждения на поверхности частиц первой группы, тогда как частицы второй группы улетучиваются, превращаясь в аэрозоли. При недостаточном уровне энергии разряда металлическая проволока расплавляется без взрыва, а при чрезмерном уровне энергии - полностью переходит в газообразное состояние. И в том и в другом случае напыление невозможно.

Своеобразие электроимпульсного нанесения покрытий связано с особо малым размером частиц в мелкораспыленном состоянии напыляемого материала. При температуре распылений, которая, как считают, близка к точке кипения металла проволоки, все частицы в мелкораспыленном состоянии нагреваются равномерно. При столкновении с поверхностью основного материала скорость движения частиц достигает нескольких сотен метров в секунду. Движение частиц к основному материалу происходит за счет резкого расширения газа при взрыве и вытеснения воздуха из зоны взрыва, что почти полностью исключает окисление частиц, а следовательно, обеспечивает получение плотного покрытия с высокой прочностью сцепления с основным материалом. Недостаток электроимпульсного напыления состоит в том, что этот способ непригоден для восстановления гильз с большой величиной износа, так как данным способом невозможно получение покрытий большой толщины.

• Восстановление электролитическими покрытиями:

Сущность способа состоит в том, что при прохождении постоянного электрического тока через раствор-электролит в нем образуются положительно и отрицательно заряженные ионы. Положительно заряженные ионы перемещаются к отрицательному электроду-катоду, которым является металлическая деталь, и осаждаются на ее поверхности, прочно с ней сцепляясь. Отрицательно заряженные ионы перемещаются к положительному электроду-аноду и выделяются на нем. В качестве электролитов, как правило, применяются водные растворы солей, кислот и щелочей.

Количество веществ, выделившихся при электролизе, пропорционально количеству электричества, прошедшего через раствор. Количество вещества в граммах, выделяемого из электролита при прохождении через, него тока в 1 ампер в течение часа, называется электрохимическим эквивалентом данного вещества (с, г/A-ч). Плотность тока (DK, A/дм2) называют отношение силы тока к покрываемой или обрабатываемой поверхности детали.

Осажденные при электролизе металлы отличаются по своим свойствам от литых металлов тем, что кристаллическая решетка их искажена вследствие различных условий кристаллизации. Изменяя режим электролиза (плотность тока, температуру и состав ванны), можно в значительной степени изменить и механические свойства осажденных металлов.

Образование покрытий высокого качества во многом зависит от рассеивающей и кроющей способности гальванической ванны. Под рассеивающей способностью понимают степень равномерности металлического осадка на различных частях покрываемой детали, имеющей неправильную форму. Под кроющей способностью понимают возможность ванны покрывать имеющиеся на катоде углубления. Улучшить рассеивающую и кроющую способность ванны можно конструкцией подвески для деталей и формой анодов, а также применением экранов.

Наибольшее распространение при восстановлении деталей нашли электролитические (гальванические) процессы хромирования и осталивания.

Хромирование:

Применяется в тех случаях, когда покрытие должно иметь очень высокую твердость и износостойкость. Электролитический хром обладает твердостью от НВ 400 до НВ 1200, а также высокой износостойкостью, низким коэффициентом трения (0,13 при трении по баббиту и 0,16 при трении по стали), высокой теплопроводностью, низким коэффициентом линейного расширения. Электрохимический эквивалент хрома равен 0,324 г./A - ч.

Хромовые электролиты представляют собой растворы хромовой кислоты Н2СrO4, образующейся при растворении хромового ангидрида СгО3 в воде. Для осаждения хрома на катоде-детали, в раствор нужно добавить серную кислоту Н2SО4. При этом наилучшие по качеству осадки и наибольший выход хрома по току получаются при соотношении СгО3: Н2SО4= 100. Выход хрома по току очень мал - всего 13-15%. Установлено, что нормальный процесс хромирования обеспечивается, если трехвалентный хром содержится в пределах от 5 до 20 г./л. Это может быть обеспечено, если площадь анодов будет в 1,8-2 раза больше площади катодов-деталей.

В качестве анода при хромировании применяют рольный свинец с добавлением 6-12% сурьмы. В процессе работы ванны аноды окисляются, и их следует периодически очищать.

Технологический процесс износостойкого хромирования деталей состоит из следующих операций.

Осталивание:

Выход металла по току при осталивании в 5- 7 раз выше, чем при хромировании, и равен 75-95%, а скорость отложения осадка в 10 раз больше (0,4 мм за час). При осталивании можно получить покрытия толщиной до 2 мм.

Для твердого и износостойкого осталивания обычно применяют хлористые электролиты следующего состава: хлористое железо FеС12 - 200-500 г./л, хлористый натрий NaС1 - 100 г./л, соляная кислота НС1 - 0,5-0,9 г/л, хлористый марганец MnCl2 -10 г./л. Аноды изготавливают из малоуглеродистой стали. Общая площадь анодов должна быть в 2 раза больше покрываемой поверхности деталей.

Твердость, вязкость и износостойкость покрытий при осталивании можно изменять в широких пределах, изменяя состав электролита, его температуру и плотность тока. При малой плотности тока и высоких температурах электролита получают мелкозернистые вязкие покрытия. С повышением плотности тока увеличивается твердость покрытий.

• Гальваномеханический способ восстановления:

Проведенные исследования показали, что применение гальваномеханического способа при восстановлении деталей машин наиболее полно удовлетворяет требованиям ремонтного производства. Отличительной его особенностью является то, что в процессе электролиза покрываемая поверхность подвергается механическому активированию (царапанию) абразивными или алмазными инструментами в виде лент или брусков, которые перемещаются в межэлектродном пространстве.

Механическое активирование способствует снижению перенапряжения разряда оседаемого металла за счет уменьшения концентрационных ограничений, интенсивного удаления с поверхности катода адсорбировавшихся гидридов, гидроокисей и газообразного водорода. Все это позволяет в десятки раз увеличивать рабочие плотности тока при нанесении хрома, никеля, кобальта, меди и существенно повышать скорость их осаждения.

Данный способ представляет собой разновидность электрохимического хонингования, где в качестве СОЖ используется электролит для нанесения соответствующего металла, и сводится к предварительному хонингованию, электроосаждению металла с одновременным хонингованием при незначительном давлении брусков и к окончательному хонингованию для получения необходимой геометрии обрабатываемой поверхности. Таким образом, весь технологический процесс осуществляется с одной установки на одном и том же оборудовании.

Постоянное хонингование обрабатываемой поверхности во время электроосаждения, высокая скорость циркуляции электролита при малом межэлектродном зазоре обеспечивают высокую скорость осаждения металла, которая в 20 - 50 раз выше, чем при стационарных условиях нанесения покрытий.

Технологический процесс сводится к обезжириванию, промывке в воде, гальваномеханическому процессу нанесения покрытий (декапирование 15…85 с, нанесение покрытия с выходом на режим в течение 8…10 мин, с плавным увеличением Dк и Ра до оптимального), последующей промывке детали в проточной воде, их нейтрализации и ополаскиванию.

Недостатком данного способа является сложность приобретения необходимого оборудования, сравнительно высокая стоимость материалов, используемых при восстановлении.

• Восстановление термопластическим деформированием:

Способ заключается в нагреве наружней поверхности гильзы в индукторе в течение нескольких секунд до температуры 700…750С и последующем быстром охлаждении в масле. При этом рабочая часть гильзы сокращается на величину до 0,1 мм, что позволяет дальнейшей механической обработкой восстановить требуемый размер.

Градиент температур создают в стенке детали непрерывно-последовательно вдоль оси детали.

При создании градиента температур деталь нагревают, например, током высокой частоты, а охлаждают струями воды.

Нагрев и охлаждение детали ведут в процессе перемещения детали, относительно источников со скоростью не более 3-4 мм/с, при этом температуру нагрева устанавливают не более 870-920 °С.

На рис. 2.8 показана установка для осуществления способа.

Рис. 2.8. Схема обработки детали ТВЧ: а - при расположении источников нагрева и охлаждения внутри детали; б - при расположении источника нагрева снаружи детали, а источника охлаждения внутри ее; в - при расположении источников нагрева и охлаждения снаружи детали; 1 - восстанавливаемая деталь; 2 - источник нагрева; 3 - источник охлаждения

Способ восстановления изношенной внутренней цилиндрической поверхности преимущественно стальных и чугунных деталей типа гильз цилиндров двигателей внутреннего сгорания осуществляется путем создания градиента температур посредством воздействия на деталь 1 источника 2 нагрева и источника 3 охлаждения (рис. 2.8), при этом градиент температур создают в стенке детали непрерывно - последовательно вдоль оси детали, нагрев осуществляют, например, током высокой частоты (ТВЧ), а охлаждают, например, струями воды.

При нагреве и охлаждении деталь перемещают относительно источников нагрева ТВЧ и охлаждения со скоростью не более 3 - 4 мм/с, а температуру нагрева устанавливают при этом не более 870-920° С.

В результате создания температурного градиента возникают резко изменяющиеся (как от точки к точке тела, так и в каждой точке во времени) тепловые (термические) напряжения. При этом в нагретых участках возникают окружные напряжения сжатия, а в холодных - напряжения-растяжения. Нагретые участки металла стремятся расшириться, но этому препятствуют более холодные участки цилиндра, поэтому нагретые участки оказываются сжатыми, и, в свою очередь, действуют на холодную часть цилиндра как симметрично приложенная сила растяжения. Поскольку предел прочности металла с повышением температуры падает, то будет происходить деформация в сторону сжатия, т.е. вовнутрь цилиндра.

Результаты исследования показывают, что при создании в полой детали осевого температурного градиента ней появляется пластическая деформация (уменьшение внутреннего диаметра).

Пластическая деформация наблюдается как у детали, изготовленной из чугуна, так и из стали.

Величина деформации зависит от целого ряда факторов, основными из которых являются максимальная температура нагрева и форма температурного поля в детали, физико-механические свойства материала детали, скорость перемещения источников нагрева и охлаждения относительно детали, геометрические размеры детали, интенсивность охлаждения.

Процесс осуществляется следующим образом. Чугунная деталь - гильза двигателя устанавливается на стол устройства. Затем со скоростью 1,5 мм/с относительно индуктора гильза перемещается с непрерывно-последовательным нагревом внутренней поверхности до 870 °С и охлаждением струями воды с температурой 200С и расходом 15 л/мин. При этом величина радиальной деформации Е составляет в среднем 0,7 мм. Затрата подготовительного, основного и заключительного времени на восстановление одной гильзы составляет 2 мин.

Изучив все способы восстановления, я пришёл к решению, что восстанавливать гильзу лучше всего гальваномеханическим способом, так как он имеет лишь один недостаток-это приобретение оборудования.

Существуют установки для нанесения покрытий гальваномеханическим способом. Но появляется необходимость в их приобретении, что повышает затраты на восстановления гильзы. Предлагаемое приспособление предназначено для закрепления гильз на хонинговальном станке 3Б833 для восстановления гильз гальваномеханическим способом. Так как этот станок широко распространен, то нет необходимости покупать дорогостоящее оборудование.

Приспособление состоит из корпуса (8, рис. 2.9), установленного на опорной плите (7), которая крепится на столе хонинговального станка 8Б833. Закрепление гильзы (11) происходит за счет призм (9), которые перемещаются по резьбе за счет вращения вала, на котором они расположены. На опорный бурт гильзы устанавливается кожух (10) для отвода электролита в ванну и защиты деталей приспособления. Рядом со станком устанавливаются две ванны с электролитом и водой. Ванны через трубопроводами связаны с насосами для подачи электролита (2) и воды (17) соответственно. Ванны снабжены датчиками контроля температуры и нагревательными элементами для поддержания постоянной температуры.



Рис. 2.9. Схема гальваномеханического способа нанесения покрытий: 1 - ванна с электролитом; 2, 17 - насосы; 3, 6 - кран-распределитель; 4 - нагнетательный трубопровод; 5 - трубопровод отвода электролита; 7 - монтажная плита; 8 - корпус; 9 - призмы; 10 - защитный кожух; 11 - восстанавливаемая гильза; 12 - токосъемное устройство; 13 - электрод-инструмент; 14 - электрод; 15 - хонинговальные бруски; 16 - ванна с водой

Далее трубопроводы соединяются через кран-распределитель (3), который связан через нагнетательный трубопровод (4) с корпусом приспособления. К режущему инструменту (электрод-инструмент) (13) прикреплены электроды (14), которые подсоединены к источнику питания через токосъемное устройство (12). На гильзу (электрод-деталь) также подается напряжение через призмы.

Для хромирования был выбран универсальный электролит (состав, г/л: CrO3 - 250, H2SO4 - 2,5) как наиболее стабильный и высокопроизводительный, обеспечивающий нанесение качественных покрытий в диапазоне катодной плотности тока Dk = 50…1000 А/дм2 и температуры электролита tэл= 35…55єC.

Для гальваномеханического железнения были выбраны электролиты следующего состава, г/л: FeCl2•4H2O - 500, NiSO4•7H2O - 40, виннокислый натрий - 3, смешанный - FeSO4•7H2O - 200, FeCl2•4H2O - 200. Данные электролиты наиболее стабильны по ионному составу при гальваномеханическом железнении и обеспечивают нанесение качественных покрытий толщиной более 1 мм при Dk = 50…300 А/дм2 и tэл= 20…50 °C .

При исследованиях по определению химической стойкости абразивных и алмазных брусков на керамической, бакелитовой, каучуксодержащей, эпоксидной и титановых связках было установлено, что наивысшей химической стойкостью в выбранных электролитах хромирования и железнения обладают абразивные бруски из электрокорунда белого, карбида кремния зеленого, а также алмазные на титановой и каучукосодержащей связках Р9 и PI4. Однако дальнейшее использование выбранных инструментов при гальваномеханичеоком хромировании и железнении показало, что алмазные бруски на титановой связке в процессе электролиза поляризуются и происходит их активное электрохимическое растворение, а также водородное охрупчивание, вследствие чего их использование становится нецелесообразным.

Так, лучшее качество покрытий достигается при гальваномеханическом хромировании при использовании абразивных (24AM40IIC2KII, 64СМ4СПСМ210Б), минералокерамических ВОК-60 и алмазных брусков (ACM 40/28-PI4E - 100%), а при железнении данным способом - соответственно абразивных (63С40ПСТ1Б, 64СМ40ПСМ2К10) и алмазных (КАБХ ACBI25/I00 BС-2, АББХ АСО 80/63 PI8T 100%).

Варьируя катодной плотностью тока Dk и величиной давления инструмента Ра можно управлять формированием структуры покрытий и величин пористости.

Выявлено, что увеличение Dk, Pa и снижение tэл способствуют увеличению маслоемкости и смачивающейся способности покрытий хрома и железа, которая выше у аналогичных покрытий, полученных другими способами.

Наиболее существенное влияние на производительность гальваномеханического способа нанесения покрытий оказывают температура электролита, катодная плотность тока и тип применяемого инструмента. Замечено, что при гальваномеханическом хромировании производительность увеличивается в 20…50 раз, а при железнении по сравнению со стационарными условиями электролиза - в 5…10 раз.

Принцип действия приспособления : В процессе работы электролит из ванны (1) за счет действия насоса (2) поступает через кран-распределитель (3) по нагнетательному трубопроводу (4) в корпус приспособления. Подача воды осуществляется одновременно с электролитом. Кран-распределитель (3) настраивается на подачу воды в количестве, равном количеству испарившейся воды в процессе нанесения покрытия. Электролит попадает в корпус, где затем под действием электрического тока соприкасается с внутренней поверхностью гильзы. Далее через кожух по трубопроводу электролит поступает обратно в ванну. Процесс циркуляции электролита непрерывен на протяжении всей стадии нанесения покрытия.

3. Техника безопасности при выполнении ремонта сборочной единицы и восстановление детали

гильза цилиндр поршневой двигатель

В разработке данного курсового проекта предложено приспособление для восстановления внутренней поверхности гильз цилиндров двигателей гальваномеханическим способом. Характерной особенностью является использование разнообразных химических веществ. Работа с такими веществами создает опасность отравлений, ожогов и профессиональных заболеваний.

Вдыхание вредных веществ приводит к поражению верхних дыхательных путей и общетоксичному воздействию. Попадание кислот и щелочей на кожу может вызвать раздражение или ожог.

Наряду с химическими опасными и вредными факторами технологический процесс гальваномеханического железнения характеризуется и физическими факторами: шумом, вибрацией и др.

При восстановлении гильз гальваническими покрытиями одним из основных факторов является локальное выделение вредных веществ. Поэтому для вентиляции необходимо применять систему местной вытяжной вентиляции, не объединенной с вентиляционными системами других помещений.