Проектирование станции технического обслуживания с разработкой участка по ремонту двигателей внутреннего сгорания легковых автомобилей в городе Норильске

Расчет годового объема работ по обслуживанию и ремонту автомобилей. Определение потребности в электроэнергии, теплоносителях и воде. Разработка приспособления для обработки шеек коленчатых валов двигателей внутреннего сгорания после их шлифования.

Рубрика Транспорт
Вид дипломная работа
Язык русский
Дата добавления 18.06.2015
Размер файла 1,4 M

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

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

Размещено на http://www.allbest.ru/

104

ДП 2068046-190604-14-2014

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Разраб.

НикитинИ.В.

Проектирование СТОА с разработкой участка ремонта ДВС легковых автомобилей в городе Норильске

Литера

Лист

Листов

Руковод.

Суслов Е.Е.

У

3

93

Консульт.

Смоленко Г.В.

ФГБОУВПО НИИ

Политехнический колледж

Группа 4 АМ-10

Н.контр.

Матушкина Т.Д.

Рецензент

Ковалев Д.Ю

Содержание

Введение

1. Обоснование темы проекта

1.1 Организационная структура управления

1.2 Технологический процесс восстановления коленчатых валов

1.3 Неисправности и анализ причин эксплуатационных отказов детали

1.4 Дефектация детали

1.5 Анализ способов восстановления дефектов чугунных коленчатых валов

1.6 Выбор технологических баз

1.7 Режим работы предприятия

1.8 Цели и задачи

2. Конструкторская разработка

2.1 Назначение и описание устройства приспособления

2.2 Технические характеристики приспособления

2.3 Кинематический расчет привода и выбор электродвигателя

2.4 Выбор материалов и термической обработки зубчатых колес

2.5 Допускаемые контактные напряжения при расчете на выносливость

2.6 Допускаемые напряжения при расчете на выносливость зубьев при изгибе

2.7 Расчет на контактную выносливость активных поверхностей зубьев

2.8 Проверочный расчет

  • 2.9 Расчет зубьев на выносливость при изгибе
  • 2.10 Расчет вала
  • 2.11 Выбор и расчет подшипников
  • 2.12 Расчет шпонки под колесом
  • 2.13 Выбор и расчет муфты
  • 3. Безопасность жизнедеятельности на участке по ремонту ДВС
  • 3.1 Расчет вентиляции при наличии избытках тепла
  • 3.2 Охрана окружающей среды
  • 3.3 Инструкция по охране труда для слесаря по ремонту автомобилей
  • 4. Экономическая оценка проектных решений
  • 4.1 Расчет капитальных (единовременных) затрат
  • 4.2 Расчёт текущих затрат
  • 4.3 Расчет дохода, прибыли, рентабельности
  • 4.4 Расчет стоимости нормо-часа
  • 4.5 Расчет окупаемости капитальных затрат
  • Заключение
  • Список использованных источников

Введение

В настоящее время ежегодный прирост мирового парка автомобилей равен 10--12 млн. единиц, а его численность -- более 400 млн. единиц. Каждые четыре из пяти автомобилей общего мирового парка - легковые и на их долю приходится более 60% пассажиров, перевозимых всеми видами транспорта.

Помимо тех неоспоримых удобств, которые легковой автомобиль создает в жизни человека, очевидно общественное значение массового пользования личными автомобилями:

-- увеличивается скорость сообщения при поездках; сокращается число штатных водителей;

-- облегчается доставка городского населения в места массового отдыха, на работу и т.д.

Однако процесс автомобилизации не ограничивается только увеличением парка автомобилей. Быстрые темпы развития автотранспорта обусловили определенные проблемы, для решения которых требуется научный подход и значительные материальные затраты. Основными из них являются: увеличение пропускной способности улиц, строительство дорог и их благоустройство, организация стоянок и гаражей, обеспечение безопасности движения и охраны окружающей среды, строительство станций технического обслуживания автомобилей, складов, автозаправочных станций и других предприятий.

Норильск отличается крайне суровым климатом субарктического типа. Это один из наиболее холодных городов мира, существенно более холодный, чем Мурманск, находящийся почти на той же широте.

Зима долгая и холодная (средняя температура января около ?28°C), характерной особенностью которой является частое установление морозной погоды в совокупности с сильными и очень сильными ветрами. Период устойчивых морозов длится около 280 дней в году; при этом отмечается более 130 дней с метелями. С ноября по февраль оттепели исключены.

Климатическая зима длится с начала второй декады сентября по первую декаду мая. Снежный покров сохраняется от 7,5 до 9 месяцев в году.

Лето короткое (с конца июня по конец августа), прохладное (+10,7°C) и пасмурное; климатическое лето наступает лишь в отдельные тёплые годы.

Среднегодовая температура воздуха в Норильске равна ?9,8°C, годовой ход абсолютных температур -- 96 градусов. Среднегодовая относительная влажность воздуха -- около 76%. Норильск входит в пятерку самых ветреных населённых пунктов планеты.

Высокие темпы роста парка автомобилей c усложненной конструкцией, увеличение числа лиц, некомпетентных в вопросах обслуживания принадлежащих им транспортных средств, интенсификация движения на дорогах и другие факторы обусловили создание новой отрасли промышленности -- автотехобслуживания.

Система автотехобслуживания в настоящее время имеет достаточно мощный производственный потенциал. Дальнейшее укрепление этой системы должно предусматривать не только ввод в эксплуатацию новых объектов, но и реконструкцию старых объектов, интенсификацию производства, рост производительности труда и фондоотдачи, улучшение качества услуг за счет широкого внедрения новой техники и передовой технологии, рациональных форм и методов организации производства и труда.

Важнейшими направлениями совершенствования ТО и ремонта легковых автомобилей являются:

-- применение прогрессивных технологических процессов;

-- совершенствование организации и управления производственной деятельностью;

-- повышение эффективности использования основных производственных фондов и снижение материалоемкости и трудоемкости отрасли;

-- применение новых, более совершенных в технологической и строительной части проектов и реконструкция действующих станций технического обслуживания автомобилей с учетом фактической потребности по видам работ, а также возможности их дальнейшего поэтапного развития;

-- повышение гарантированности качества услуг и разработка мероприятий материального и морального стимулирования его обеспечения.

Общественный транспорт развит достаточно хорошо. Государственный извозчик имеет парк из МАЗов, а благодаря всё той же мегакорпорации может позволить себе терять по несколько машин за зиму (мороз в -45 МАЗы выдерживают, но если набить снегом по крышу салон...). Без конкуренции жить не даёт другой извозчик, чей капитал частный, а парк состоит из бюджетных ПАЗиков.

Пользоваться такси -- не пижонство в Норильске. 70-100 рублей в любую точку города -- средняя цена. Собственно, поток легковых автомобилей там чуть менее, чем полностью состоит из бомбил.

Характерной чертой городского движения, в связи со стопроцентным покрытием асфальтом всего, что можно и нельзя, является сквозная езда по дворам с бибиканьем пешеходам, чтоб валили в сторону и не мешали кататься.

Управление производственной деятельностью станций техобслуживания, улучшение условий труда, повышение эффективности трудозатрат и использование основных производственных фондов при рациональных затратах ресурсов также является одной из актуальных задач технической эксплуатации автотранспортных средств.

В связи с этими условиями между предприятиями автосервиса появляется жёсткая конкуренция.

Темой дипломного проекта является проектирование станции технического обслуживания с разработкой участка по ремонту ДВС.

Цель дипломного проекта -- проектирование станции технического обслуживания, с расширением комплекса услуг, на основе размещения на территории СТО участка по ремонту ДВС удовлетворяющей спрос потребителей на услуги по ремонту ДВС автомобилей, а также получение дополнительной прибыли.

1. Обоснование темы проекта

Самым более оптимальным решением в данном дипломном проекте создать СТО для легковых автомобилей и автомобилей среднего класса. Целесообразно ее строить в районе молокозавода в городе Норильске. Так как сервисное обслуживание автомобильного транспорта в городе Норильске было весьма слабо развито, и автовладельцам приходится обслуживать свои автомобили в "подпольно" - гаражных условиях. По оценке автомобильного транспорта в городе Норильске примерно 50% водителей ремонтируют автомобиль в гараже. И следуя из этого, предпосылками такого решения является отсутствие СТО с фирменным сервисом и ремонтом автомобилей различных марок в городе Норильске.

По принципу размещения предлагаемое СТО -- городское, в зависимости от вида выполняемых работ -- специализированное, по характеру производственной деятельности -- комплексное, по производственной мощности и размеру -- малое, по организационной правовой форме -- общество с ограниченной ответственностью.

На СТО планируются следующие виды работ;

Все виды обслуживания по сервисной книжке, а так же текущее сервисное и обслуживание:

а) промывка и продувка фильтра грубой очистки топлива;

-- техническое обслуживание генератора;

-- техническое обслуживание аккумуляторной батареи;

-- зарядка аккумуляторной батареи;

-- ультразвуковая чистка форсунок;

-- техническое обслуживание стартера.

б) Смазочно-заправочные работы:

-- проверка уровня и доливка масла в двигателе;

-- замена масла и масляного фильтра в двигателе (с промывкой/без промывки системы смазки);

-- проверка уровня и доливка охлаждающей жидкости;

-- замена охлаждающей жидкости;

-- проверка уровня и доливка масла в коробке передач;

-- замена масла в коробке передач (без промывки);

-- замена тормозной жидкости с прокачкой тормозной системы.

в) Контрольно-диагностические работы:

-- проверка электронной системы управления двигателем (ЭСУД);

-- проверка состояния ремня привода распределительного вала;

-- проверка состояния ремня привода генератора;

-- проверка рулевого управления;

-- проверка герметичности радиатора;

-- проверка топливного насоса;

-- проверка работы термостата;

-- проверка работы карбюратора;

-- проверка осмотром герметичности систем питания, охлаждения и тормозов, состояние шлангов и трубок;

-- проверка состояния шаровых пальцев подвески;

-- проверка состояния привода передних колес;

-- проверка осевого зазора в подшипниках ступицы передних и задних колес;

-- проверка установки углов передних колес;

-- проверка исправности датчика уровня тормозной жидкости;

-- проверка работоспособности системы зажигания;

-- диагностика стартера;

-- диагностика генератора.

г) Регулировочные работы:

-- регулировка натяжения ремня распределительного вала;

-- регулировка оборотов холостого хода двигателя;

-- регулировка стояночного тормоза;

-- регулировка карбюратора;

-- регулировка углов установки управляемых колес;

-- регулировка натяжения ремня привода генератора;

-- регулировка угла опережения распределителя зажигания;

-- регулировка сцепления;

-- подтяжка креплений узлов, агрегатов и деталей снизу автомобиля.

д) Текущий ремонт, ремонт механизмов автомобилей методом замены частей, узлов и агрегатов:

-- замена топливного насоса;

-- замена топливного фильтра тонкой очистки;

-- замена воздушного фильтра;

-- замена салонного фильтра;

-- замена термостата;

-- замена свечей зажигания;

-- замена тормозных колодок;

-- замена ремня привода генератора;

-- замена ремня привода распределительного вала;

-- замена подшипника ступицы;

-- замена шарового пальца;

-- ремонт рулевого механизма;

-- ремонт генератора;

-- ремонт стартера;

е) Ремонт двигателей:

-- компьютерная диагностика двигателя

-- снятие/установка двигателя;

-- разборка;

-- внутренняя мойка;

-- дефектовка;

-- замена поршней, компрессионных и маслосъемных колец;

-- замена коренных и шатунных вкладышей;

-- замена деталей газораспределительного механизма;

-- притирка клапанов;

-- регулировка клапанов;

-- замена сальников и прокладок;

Предлагается выполнить СТО специализирующееся на полном ремонте ДВС, так как необходимое оборудование для восстановления изношенных деталей, а именно, для восстановления коленчатых валов под ремонтный размер путем шлифования с последующим полированием, будет закупаться в специализирующих салонах и заводах.

1.1 Организационная структура управления

Организационная структура управления предприятия представлена на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 -- Организационная структура управления предприятия отверстия валов;

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

1.2 Технологический процесс восстановления коленчатых валов

Назначение, описание и оценка технологичности детали

Коленчатый вал представленный на рисунке 1.1. является основной силовой деталью двигателя, которая воспринимает нагрузки газов и сил инерции и передает их через маховик на трансмиссию автомобиля в виде крутящего момента. Коленчатый вал отливается из высокопрочного специального чугуна ВЧ 50-2 ГОСТ 7293-70 и состоит из шатунных и коренных шеек, щек и противовесов. Для уменьшения деформаций при работе двигателя вал сделан пятиопорным и с большим перекрытием коренных и шатунных шеек. Высокая усталостная прочность обеспечивается плавно выполненными переходами между шейками и щеками и тщательной обработкой напряженных мест. Высокая износостойкость шеек вала достигается большим диаметром шеек, благодаря чему уменьшаются удельные нагрузки в подшипниках поверхностной закалкой шеек токами высокой частоты на глубину 2--3 мм. Для уменьшения нагрузки от центробежных сил на коренные подшипники и уменьшения вибрации двигателя вал снабжен противовесами, отлитыми как одно целое с ним.

Рисунок 1.1 -- Коленчатый вал

Противовесы уравновешивают центробежные силы шатунной шейки, шатуна и поршня, которые возникают при работе двигателя. Для обеспечения работы двигателя без вибраций коленчатый вал динамически балансируют. При балансировке высверливают металл в противовесах. Неуравновешенный момент не должен превышать 1,5 Н·мм. В теле вала просверлены каналы, соединяющие 1, 2, 4 и 5-ю коренные шейки с шатунными. По этим каналам подводится масло для смазки шатунных подшипников. Технологические выводы каналов закрыты колпачковыми стальными заглушками, которые запрессовываются и зачеканиваются в трех точках. Вход и выход масла для смазки шатунного подшипника осуществляется в двух местах через горизонтальные сквозные каналы в шейках, Что способствует более равномерному изнашиванию шеек по окружности. Диаметральный зазор между шейкой и вкладышами коренных подшипников составляет 0,026--0,073 мм. Осевое перемещение коленчатого вала ограничено двумя упорными полукольцами. Они вставляются в гнезда блока цилиндров по обе стороны среднего коренного подшипника, причем с задней стороны ставится металлокерамическое полукольцо, а с передней стороны -- сталеалюминевое. Полукольца изготавливают двух размеров нормального и увеличенного на 0,127 мм.

1.3 Неисправности и анализ причин эксплуатационных отказов детали

Коленчатый вал является высоконагруженной деталью двигателя. В процессе эксплуатации двигатель машины подвержен различным нагрузкам, в том числе и неблагоприятным, это пуск двигателя в холодных условиях, не качественное смазочное масло, работа в запыленных условиях и т.д. Вследствие этих факторов трущиеся на этих поверхностях надиров, сколов, микротрещин, раковин рисунок 1.2, которые могут привести к поломке коленчатого вала и выходу из строя всего двигателя. Части коленчатого вала подвергаются повышенному износу, что в свою очередь приводит к появлению.

Рисунок 1.2 -- Сколы, микротрещины, раковины на шейках вала

Основными неисправностями коленчатого вала являются износ или задиры опорных шеек из-за повреждения вкладышей или втулок, а также деформация -- искривление вала из-за перегрева шеек рисунок 1.3. При деформации вала, например, из-за перегрева подшипников его геометрическая ось искривляется, и все поверхности получают биение относительно оси центров. В результате этого увеличиваются зазоры в подшипниках и нагрузки, в то время как условия смазки ухудшаются. Естественный износ шеек наблюдается при больших пробегах автомобиля и всегда достаточно мал -- обычно не более 0,05--0,08 мм. Овальность шеек редко превышает здесь 0,02--0,03 мм. При этом поверхность шеек становится негладкой, имеет многочисленные круговые риски, царапины. Поэтому даже в случае правильной геометрии вал с такими шейками не может быть установлен без ремонта.

Рисунок 1.3 -- Деформация коленчатого вала

Износ шеек после разрушения подшипников достигает от 0,5--3 мм. Овальность шеек при этом составляет примерно половину износа. Износ, как правило, имеет односторонний характер, что может существенно затруднить последующий ремонт. При ремонте вала должны быть выполнены следующие условия:

-- восстановлен (до исходного) рабочий зазор в соединениях с ответной деталью;

-- восстановлено взаимное расположение рабочих и вспомогательных поверхностей;

-- восстановлено качество рабочих поверхностей.

Пренебрежение хотя бы одним из указанных условий ведет к ускоренному износу и выходу из строя как самого вала, так и ответных деталей. Искривление оси опорных рабочих поверхностей вала увеличивает нагрузки на опоры и износ подшипников. Из-за несносности рабочих и вспомогательных поверхностей ускоряется износ элементов привода вала (цепи, ремни, натяжители), а также нарушается герметичность уплотнений вала. Низкое качество отремонтированной поверхности -- большая шероховатость и пониженная твердость, ускоряют износ вала и сопряженных с ним деталей.

1.4 Дефектация детали

Дефект №1 -- изгиб коленчатого вала. Изгиб коленчатого вала устраняется правкой, которая осуществляется на прессах или специальном оборудовании. Существует несколько различных способов правки, в том числе путем приложения к валу усилия, перпендикулярного оси, растягиванием или сжатием деформированных участков вала, а также созданием наклепа на поверхности вала. Правка методом статического изгиба в данном случае (вал чугунный) осуществляться не может, так как она способствует снижению усталостной прочности и пластичности вала, также в зоне галтелей шатунных шеек могут развиваться старые и зарождаться новые микротрещины, и возможен возврат прогиба. Наиболее оптимальный способ для правки чугунного коленчатого вала -- это способ чеканки. Снижение усталостной прочности не наблюдается, сохраняется высокая стабильность формы детали в эксплуатации. Чеканку галтелей выполняют клепальным пневматическим молотком КМП--14М, размеры которого должны соответствовать размерам галтелей. Перед чеканкой у вала определяют место и направление наибольшего изгиба, после чего его устанавливают на призмы максимальным прогибом вниз. Если максимальное биение находится в области третьей коренной шейки в плоскости кривошипа, то выполняют чеканку галтелей первой и второй шеек в зоне перекрытия коренной и шатунной шеек на дуге 40…50о. После чего проводят контроль биения вала. Если значение биения выше допустимого, то необходимо чеканить галтели третьей и четвертой шеек, а также пятой и шестой. Когда максимальный прогиб находится в плоскости, перпендикулярной кривошипам, правку вала осуществляют чеканкой двух симметрично расположенных галтелей относительно выпрямляемой шейки. Участок наклепа располагается под углом 45о к плоскости кривошипа.

Дефект №2; №3; №4; №5 -- износ коренных и шатунных шеек коленчатого вала износ посадочных поверхностей под шестерню и ступицу шкива; износ шпоночных канавок; износ посадочной поверхности под маховик.

Дефект №6; №7 -- износ резьбовых отверстий под болты крепления маховика; износ резьбы храповика. Данный вид износа не вызывает трудностей при восстановлении, так как в ходе дефектации было установлено, что повреждение резьбы составляет менее двух витков. Восстановление проводят прогонкой резьбы при помощи метчика под тот же размер.

Дефектация коленчатого вала проводится с целью определения его технического состояния, определения методов и средств ремонта, и включает:

-- измерение диаметров и овальности шеек (наибольший и наименьший размеры);

-- измерение биения поверхностей (направление и величина);

-- измерение размеров вспомогательных поверхностей (хвостовик и т.д.).

Перед дефектацией вал должен быть вымыт и просушен. Измерение диаметров шеек и хвостовика производятся микрометром. Опорные шейки измеряют в одной (произвольной) плоскости, за исключением визуально наблюдаемого одностороннего износа. В этом случае измеряют минимальные и максимальные размеры шеек, а также определяют направление износа. Измерить деформацию вала можно двумя способами на призмах и в центрах.

При измерении деформации на призмах вал крайними шейками опирается на призмы, установленные на проверочной плите, а с помощью магнитной стойки с индикатором измеряется биение других шеек и поверхностей. Также можно производить проверку в токарном станке, используя центры с углом 60о, изготовленные из мягкого материала. Поверхность центра должна быть достаточно гладкой, но иметь спиральную канавку небольшой ширины (около 0,5 мм) и глубины (0,1--0,2 мм) с шагом 5--7 мм. Один из центров зажимается в патрон шпинделя, а другой - в патрон, установленный в задней бабке станка. Вал зажимается центрами без люфтов, но так, чтобы его можно было вращать рукой. Сначала проверяется правильность установки вала, т.е. биение рабочих или вспомогательных поверхностей рядом с центрами.

Для этого на стол станка устанавливается магнитная стойка с индикатором, ножка которого упирается в проверяемую поверхность. Далее, вращая вал рукой, определяется биение. Оно не должно превышать 0,02--0,03 мм. Если биение больше, необходимо поправить центровые фаски на валу, иначе деформация вала будет определена с ошибкой. После того, как на краях вала биение проверено, необходимо проверить биение рабочих поверхностей, расположенных ближе к середине вала. Если биение больше 0,07--0,09 мм, вал следует править.

При деформации вала его ось, проходящая ранее через центры опорных шеек, изгибается. При этом искривляются и получают взаимное биение и другие поверхности -- хвостовик, поверхности под сальник и т.д. Наибольшее влияние на работоспособность вала и его подшипников оказывает взаимное биение опорных шеек.

Рисунок 1.5 -- Влияние биения опорных шеек вала на ресурс подшипников

Чем больше биение, тем выше нагрузки на подшипники скольжения и их износ и тем меньше их ресурс. Так, при биении шеек свыше 0,12--0,15 мм ресурс подшипников вала обычно не превышает 1000--2000 км пробега автомобиля рисунок 1.5.

В процессе дефектации деталей применяются следующие методы контроля: органолептический осмотр (внешнее состояние детали, наличие деформации, трещин, задиров, сколов и т.д.); инструментальный осмотр при помощи приспособлений и приборов (выявление скрытых дефектов деталей при помощи средств неразрушающего контроля); бесшкальных мер (калибры и уровни) и микрометрических инструментов (линейки, штангенинструменты, микрометры).

Контролю в процессе дефектации подвергаются только те элементы детали, которые в процессе эксплуатации повреждаются или изнашиваются.

1.5 Анализ способов восстановления дефектов чугунных коленчатых валов

Существует несколько технологий восстановления указанных дефектов коленчатых валов:

-- обработка деталей под ремонтный размер следующими способами

Способами напыления:

- детонационное напыление;

- плазменное напыление;

- газопламенное напыление;

- электродуговое напыление;

Способами наплавки:

- дуговая наплавка под слоем флюса;

- вибродуговая наплавка;

- наплавка порошковой проволокой;

- наплавка в среде углекислого газа;

- плазменная наплавка;

Обработка поверхностей детали под ремонтный размер эффективна в случае, если механическая обработка при изменении размера не приведет к ликвидации термически обработанного поверхностного слоя детали. Тогда у дорогостоящей детали соединения дефекты поверхности устраняются механической обработкой до заранее заданного ремонтного размера (в нашем случае шейки коленчатого вала), а другую (более простую и менее дорогостоящую деталь) заменяют новой соответствующего размера (вкладыши). В этом случае соединению будет возвращена первоначальная посадка, но поверхности детали, образующие посадку, будут иметь размеры, отличные от первоначальных. Применение вкладышей ремонтного размера позволит снизить трудоемкость и стоимость ремонта при одновременном сохранение качества. Ремонтные размеры и допуски на них устанавливает завод-изготовитель. Восстановление деталей под ремонтные размеры характеризуется простотой и доступностью, низкой трудоемкостью и высокой экономической эффективностью, сохранением взаимозаменяемости деталей в пределах ремонтного размера. Однако реализация способа связана со значительными затратами на приобретение заменяемых деталей, а в эксплуатации возможен повышенный износ подвижного сопряжения из-за снятия наружного более износостойкого слоя материала при обработке детали, наблюдается снижении усталостной прочности валов и увеличение удельного давления в спряжениях. Износ коренных шеек коленчатых валов увеличивается на 15-20%, начиная с третьего ремонтного размера, а усталостная прочность снижается на 25% при достижении последнего ремонтного размера. Недостатками являются также сложность комплектования и подбора деталей, необходимость большого количества измерительного инструмента и увеличение складских запасов.

Детонационное напыление. Детонационные покрытия формируются с помощью ударных волн, периодически инициируемых микровзрывами смеси кислорода и ацетилена. Данный механизм рисунок 1.6 -- двухфазный: сначала на поверхность шейки вала наплавляют более крупные мелкорасплавленные частицы, а затем -- непроплавленные, которые дают эффект горячего абразивного удара прессования, т.е. увеличивают плотность уже сформированного покрытия. Причем все это происходит при высоких скорости распространения детонационной волны (2000--4000 м/с) и температуре (2470--5770 К). Данный способ, по существу, универсальный: он обеспечивает получение покрытий из металлов (никеля, бронзы, меди и др.) и их сплавов, а также материалов обладающих высокими термической стойкостью, износостойкостью, твердостью. Как показали исследования, качество детонационного покрытия зависит не только от химического, но и от гранулометрического состава порошка.

Рисунок 1.6 -- Схема установки для нанесения детонационного покрытия

1 -- газопровод; 2 -- электрическая свеча; 3 -- источник тока; 4 -- порошковый дозатор; 5 -- трубка-створ; 6 -- подложка; 7 -- покрытие; 8 -- порошок

Например, при зернистости менее 40 мкм кинетическая энергия порошка может оказаться меньше необходимой для удовлетворительного сцепления покрытия с подложкой; при зернистости более 100 мкм частицы могут подлетать к подложке не расплавленными под воздействием энергии взрыва, что отрицательно влияет на адгезию покрытия. Высокая износостойкость покрытий из порошков на основе никеля объясняется не только твердостью нанесенного слоя, но и тем, что атом никеля имеет небольшой радиус и, как следствие, способен создавать большую плотность ионов на поверхности сплавов. Другими словами, напыленная из никелевого порошка поверхность обладает повышенными маслоудерживающими свойствами. Следует отметить и недостатки этого способа: во-первых уровень шума при работе детонационной установки -- 140 дБ, что выше предела допустимого техникой безопасности (80 дБ); Характеризуется высоким содержанием отработавших газов с содержанием оксидов углерода, азота и др. элементов; в результате воздействия непроплавленных частиц в конце двухфазного потока происходит отделение верхних слоев покрытия (эффект абразивного отделения); малая толщина покрытий 30-150 мкм и дорогостоящее оборудование.

Плазменное напыление. Довольно хорошо известный и освоенный способ восстановления валов. Его суть сводится к переносу металла (обычно используется специальный порошок) от анода к детали через ускоряющий катод рисунок 1.7. Электрическая дуга между анодом и катодом нагревает и превращает рабочее тело установки (обычно это аргон) в плазму с температурой несколько десятков тысяч градусов. Выходя из сопла установки с большой скоростью, плазма захватывает подаваемые в камеру установки (плазматрон) частицы порошка, которые приобретают в струе большую скорость и температуру.

При попадании на поверхность детали расплавившееся в струе частицы порошка сцепляются с поверхностью, застывают и образуют покрытие. Очевидно, что в процессе нанесения покрытия деталь нагревается и тем сильнее, чем больше толщина покрытия. Местный перегрев деталей (коленчатый вал), как правило, приводит их к деформации, причем, чем тоньше вал, тем больше деформация. Другим, еще более серьезным недостатком плазменного напыления является существенная разница между напыленным металлом (никель, титан и др.) и основным металлом вала (чугун).

Рисунок 1.7 -- Схема плазменного напыления

1 -- катод; 2 -- анод; 3 -- струя плазмы с расплавленными частицами покрытия; 4 -- деталь

Для нанесения покрытия обычно требуется "занижение" (предварительная обработка) поверхности, а это снижает прочность вала. Кроме всего прочего, напыленные металлы обычно плохо обрабатываются шлифованием -- шлифовальный круг "заслаивается", его небходимо часто править, а качество шлифованной поверхности снижается. Повторное восстановление вала также затруднено, поскольку обычно требуется снимать напыленный ранее слой до основного металла.

Газопламенное напыление. Другой вариант напыления -- когда нагрев порошка происходит в струе пламени ацетиленокислородной горелки рисунок 1.8.

Рисунок 1.8 -- Схема газопламенного напыления

1 -- подача порошка для покрытия; 2 -- ацетиленокислородная горелка; 3 -- струя пламени с расплавленными частицами порошка; 4 -- восстанавливаемая деталь

Частицы порошка расплавляются и, попадая на деталь, образуют покрытие. Технологический процесс газопламенного напыления покрытий: нагрев поверхности детали (коленчатого вала) до 200-250оС; нанесение подслоя, который дает основу, необходимую для наложения основных слоев; нанесение основных слоев, позволяющих получить покрытия с необходимыми физико-механическими свойствами. В зависимости от назначения и материала детали, условий эксплуатации, контактов сопрягаемых поверхностей при восстановлении деталей используют следующие методы газопламенного напыления покрытий:

- без последующего оплавления -- используется для восстановления деталей с износом до 2,0 мм на сторону без деформации, не подвергающихся в процессе эксплуатации ударам.

- с одновременным оплавлением -- используется для восстановления деталей с местным износом до 3-5 мм, работающих при знакопеременных и ударных нагрузках.

- с последующим оплавлением -- дает возможность восстанавливать детали типа вала с износом до 2,5 мм на сторону.

Недостатками данного метода являются -- малая производительность, большая стоимость напыляемых материалов и плюс обладает всеми недостатками предыдущего способа.

Электродуговое напыление. Процесс электродугового напыления осуществляется специальным аппаратом, который действует следующим образом рисунок 1.9. С помощью протяжных роликов по направляющим наконечникам непрерывно подаются две проволоки, к которым подключен электрический ток. Возникающая между проволоками дуга расплавляет металл. Одновременно по воздушному соплу в зону дуги поступает сжатый газ под давлением 0,6 МПа. Большая скорость движения частиц металла (120-300 м/с) и незначительное время полета, исчисляемое тысячными долями секунды, обуславливают в момент удара о деталь ее пластическую деформацию, заполнение частицами пор поверхности детали, сцепление частиц между собой и с поверхностью, в результате чего образуется сплошное покрытие.

автомобиль ремонт двигатель шлифование

Рисунок 1.9 -- Схема электродугового напыления

1 -- деталь; 2 -- поток расплавленных частиц металла проволок; 3 -- проволока;

Последовательным наслаиванием расплавленного металла можно получить покрытие, толщина слоя которого может быть от нескольких микрон до 10 мм и более. Особенностью электродугового напыления является образование нескольких максимумов в факеле распыления. Это связано с тем, что струя сжатого воздуха рассекается электродными проволоками на два или три потока, в зависимости от числа проволок, подаваемых в очаг плавления. В каждом из этих потоков образуется своя ось максимальной концентрации распыленных частиц. Покрытие наносят ручными аппаратами ЭМ-3, ЭМ-9 и ЭМ-14 и станочными ЭМ-6, МЭС-1, ЭМ-12. Проволока подается в зону горения воздушной турбинкой в ручных аппаратах или электродвигателем в станочных. Помимо недостатков описанных выше способов напыления данный способ рисунок 1.9 не дает высокой прочности сцепления покрытия с деталью. Наблюдается также выгорание легирующих элементов напыляемого металла. Однако в отличие от предыдущих способов здесь может быть использована проволока из легированных сталей, т.е. покрытие по своему составу не будет сильно отличаться от материала детали.

Дуговая наплавка под слоем флюса рисунок 1.10.

Рисунок 1.10 -- Схема дуговой наплавки под слоем флюса

1 -- флюс; 2 -- электрод (проволока); 3 -- деталь

Суть наплавки заключена в переносе металла проволоки на восстанавливаемую деталь при горении электрической дуги. Дуговая наплавка под слоем флюса значительно более сложная как по подготовке поверхности, так и по самой технологии наплавки. Сущность наплавки заключается в защите электрической дуги и расплавленного металла от вредного влияния атмосферного воздуха слоем сварочного флюса. Сварочная дуга при дуговой наплавке под флюсом горит между электродом и деталью в газовом пузыре в оболочке из расплавленного флюса. Сварочная проволока, основной металл и флюс плавятся одновременно. Часть легирующих элементов при плавлении выгорает. Использование флюса уменьшает разбрызгивание и угар металла, позволяет применять токи большей плотности, чем при ручной наплавке покрытыми электродами, замедляет процесс затвердевания металла, создает благоприятные условия для выхода газов из шва, уменьшает потери тепла сварочной дуги на излучение и на нагрев потоков окружающего воздуха. Флюсы применяют в процессе наплавки в виде зерен. Расплавленные флюсы взаимодействуют с оксидными пленками, обволакивают зону наплавки и изолируют ее от кислорода и азота воздуха. Флюсы действуют как химические реагенты, образуя с оксидами легкие химические соединения с низкой температурой плавления. Образовавшиеся шлаки всплывают на поверхность расплавленного металла.

Однослойная наплавка под флюсом. Для наплавки применяли проволоку разных марок, в том числе пружинную 2 класса ГОСТ 1071-81, ОВС, НП-ЗОХГСА, Св-08, Св-10Х13, Св-12ГС ГОСТ 792-67 и другие. Наплавку производили под флюсами АН-348А, ОСЦ-45, АН-15, АН-20 ГОСТ 9087-81 без примешивания и с примешиванием к флюсу графита, феррохрома, ферромарганца, ферромолибдена, алюминиевого порошка и других компонентов для получения наплавленного металла мартенситной структуры с твердостью HCR 56…62 без пор и трещин.
Наплавку производили при разном шаге, прямой и обратной полярности, разных напряжений дуги и индуктивности сварочной цепи, скорости подачи электродной проволоки и вращения детали. Все разновидности однослойной наплавки под флюсом не дали положительных результатов. Наплавленный металл имел неоднородную структуру и твердость, содержал поры, трещины и шлаковые включения.
Двухслойная наплавка проволокой Св-08 под легирующим слоем флюса. Лучшие результаты из многочисленных вариантов двухслойной наплавки получаются при использовании малоуглеродистой проволоки Св-08 диаметром 1,6 мм и легирующего флюса АН-348А (2,5 части графита, 2 части феррохрома №6 и 0,25 частей жидкого стекла). Металл первого слоя имеет аустенитное строение и твердость HRC 35-38. Второй слой имеет мартенситное строение и твердость HRC 56-62 и содержит небольшое количество пор. Недостатком этого способа наплавки является образование большого количества трещин в наплавленном слое, вызывающих повышенный износ сопряженных вкладышей. Усталостная прочность чугунных коленчатых валов двигателей, восстановленных двухслойной наплавкой под легирующим флюсом, снижается на 26--28%. Сильный нагрев вала также является существенным недостатком данного способа, практически не позволяющем использовать его для валов двигателей.
Вибродуговая наплавка. Устранить перегрев вала позволяет вибродуговая наплавка. Она отличается тем, что электродная проволока совершает колебания относительно детали с частотой 50-100 Гц и амплитудой 1-3 мм с периодическим касанием наплавляемой поверхности. В зону наплавки подают охлаждающую жидкость. Вибрация электродной проволоки обеспечивает чередование короткого замыкания, горение дуги и холостого хода. Электрод и деталь оплавляются за счет дугового разряда.
Перенос металла, образующегося в виде капли на конце электрода в период горения дуги, происходит преимущественно во время короткого замыкания. Возникновение дугового разряда при разрыве сварочной цепи способствует использование энергии электродвижущей силы самоиндукции, которая совпадает по направлению с напряжением источника тока. На рисунке 1.11 показана принципиальная схема вибродуговой установки с электромеханическим вибратором.
Рисунок 1.11 -- Схема установки для вибродуговой наплавки
1 -- насос; 2 -- бак; 3 -- деталь; 4 -- мундштук; 5 -- механизм подачи; 6 -- кассета; 7 -- вибратор; 8 -- реостат; 9 -- дроссель
Деталь 3, подлежащая наплавке, устанавливается в центрах токарного станка. На суппорте станка монтируется наплавочная головка (ОКС-6569 или ОКС-1252), состоящая из механизма 5 подачи проволоки с кассетой 6, электромагнитного вибратора 7 с мундштуком 4. Для питания дуги используют источники постоянного тока с жесткой внешней характеристикой (генераторы АНД-500/250, выпрямители ВС-300 и ВС-600, преобразователи ПД-305 и ПСГ-500).
К наплавляемой поверхности детали, которая вращается в центрах токарного станка, роликами подающего механизма из кассеты через вибрирующий мундштук подается электродная проволока. Из-за колебаний мундштука, вызываемых эксцентриковым механизмом, проволока периодически прикасается к поверхности детали и расплавляется под действием импульсных электрических разрядов, поступающих от генератора. Вибратор создает колебания конца электрода с частотой 110 Гц и амплитудой колебания до 4 мм (практически 1,8--3,2 мм), обеспечивая размыкание и замыкание сварочной цепи.
При периодическом замыкании электродной проволоки и детали происходит перенос металла с электрода на деталь. Вибрация электрода во время наплавки обеспечивает стабильность процесса за счет частых возбуждений дуговых разрядов и способствует подачи электродной проволоки небольшими порциями, что обеспечивает лучшее формирование наплавленных валиков. Электроснабжение установки осуществляется от источника тока напряжением 24 В. Последовательно с ним включен дроссель 9 низкой частоты, который стабилизирует силу сварочного тока. Реостат 8 служит для регулировки силы тока в цепи. В зону наплавки при помощи насоса 1 из бака 2 подается охлаждающая жидкость (4-6%-ный раствор кальцинированной соды в воде), которая защищает металл от окисления.
Качество соединения наплавляемого металла с основным зависит от полярности тока, шага наплавки, угла подвода электрода к детали, качества очистки и подготовки поверхности, подлежащей наплавлению, толщины слоя наплавки и др. Высокое качество наплавки получают при токе обратной полярности ("+" на электроде, "--" на детали), шаге наплавки 2,3-2,8 мм/об и угле подвода проволоки к детали 15-30о. Скорость подачи проволоки не должна превышать 1,65 м/мин, а скорость наплавки 0,5-0,65 м/мин. Структура и твердость наплавленного слоя зависят от химического состава электродной проволоки и количества охлаждающей жидкости.
Если при наплавке используется проволока Нп-80, то валик в охлаждающей жидкости закаляется до высокой твердости (26-55 HRC). Вибродуговая наплавка под слоем флюса имеет ряд преимуществ: дает возможность наплавлять металл только на изношенную часть, что уменьшает трудоемкость последующей механической обработки; получать наплавленный слой без пор и трещин. Для вибродуговой наплавки под слоем флюса можно применять проволоки марки Нп-80 и флюса АН-348А твердость наплавленного слоя составляет 36-38 HRC. Для увеличения твердости наплавленного слоя до 52-54 HRC к флюсу добавляют по 2% феррохрома и серебристого графита.
Недостатком вибродуговой наплавки является уменьшение до 30% сопротивление усталости наплавленных деталей. Этот показатель можно улучшить термообработкой. При нагреве детали до 150--200оС усадка уменьшается на 15--20% и настолько же повышается сопротивление усталости. Термообработка повышает сопротивление усталости до 80% (по сравнению с сопротивлением усталости новой детали).
Наплавка порошковой проволокой. Дуговая наплавка проводится порошковой проволокой рисунок 1.12, содержащей легирующие добавки, обеспечивающие с одной стороны, высокие механические свойства покрытия (твердость и прочность сцепления), а с другой защиту металла от окисления при наплавке. Используют два типа порошковой проволоки: для наплавки под флюсом и для наплавки открытой дугой без дополнительной защиты.
Режимы наплавки принимаются в зависимости от марки проволоки и диаметра детали. Разбрызгивание электродного материала во время наплавки порошковой проволокой уменьшается при применение постоянного тока низкого напряжения (20--21 В) от источника питания с жесткой внешней характеристикой.
Порошковые проволоки марок ПП-АН122 и ПП-АН128 при наплавке открытой дугой имеют по физико-механическим свойствам наплавленного металла и технологичности некоторые преимущества перед другими материалами: можно увеличить силу тока, т.е. производительность процесса в два раза и более; отпадает операция отделения шлаковой корки от детали после наплавки; наплавленный металл имеет структуру мартенсита и твердость HRC 56-60.
Рисунок 1.12 -- Схема наплавки порошковой проволокой
2 -- электрод проволока; 3 -- деталь; 5 -- ролики подачи проволоки
Существенным недостатком этого способа наплавки является сильный нагрев и деформация вала, образование пор, раковин и трещин в наплавленном слое. Износостойкость наплавленных шеек находится на уровне не наплавленных. Усталостная прочность восстановленных чугунных коленчатых валов снижается. В связи свыше перечисленными недостатками этот способ восстановления чугунных коленчатых валов рекомендовать нельзя.
Наплавка в среде углекислого газа. Этот способ восстановления деталей отличается от наплавки под флюсом тем, что в качестве защитной среды используется углекислый газ. Сущность способа наплавки в среде углекислого газа рисунок 1.13 заключается в том, что электродная проволока из кассеты непрерывно подается в зону сварки.
Рисунок 1.13 -- Схема наплавки в среде углекислого газа
1 -- мундштук; 2 -- электродная проволока; 3 -- горелка; 4 -- наконечник; 5 -- сопло горелки; 6 -- электрическая дуга; 7 -- сварочная ванна; 8 -- наплавленный металл; 9 -- наплавляемая деталь
Ток к электродной проволоки подводится через мундштук и наконечник, расположенной внутри газоэлектрической горелки. При наплавке металл электрода и детали перемещается. В зону горения дуги под давлением 0,05-0,2 МПа по трубке подается углекислый газ, который, вытесняя воздух, защищает расплавленный металл от вредного воздействия кислорода и азота воздуха.
К достоинствам способа относятся -- меньший нагрев детали; возможность наплавки при любом пространственном положении детали; возможность наплавки деталей диаметром менее 40 мм. К недостаткам способа можно отнести -- повышенное разбрызгивание металла (5-10%), необходимость применения легированной проволоки для получения наплавленного металла с требуемыми свойствами, открытое световое излучение дуги.
Плазменная наплавка. Характеризуется использованием высокотемпературной плазменной струи рисунок 1.14.
Рис. 1.14 -- Схема плазменного генератора
1 -- электрод-катод; 2 -- сопло; 3 -- наплавочная проволока; 4 -- восстанавливаемая деталь; 5 -- реостат
Наплавляемый материал подают в плазменную струю. Плазменная струя представляет собой частично или полностью ионизированный газ, обладающая свойствами электропроводности и имеющая высокую температуру Она создается дуговым разрядом, размещенном в узком канале специального устройства, при обдуве электрической дуги потоком плазмообразующего газа.
Плазменную струю получают путем нагрева плазмообразующего газа в электрической дуге, горящей в закрытом пространстве. Температура струи достигает 10000-30000оС, а скорость в 2-3 раза превышает скорость звука. В качестве плазмообразующего и транспортирующего газа используется аргон. В этом способе обеспечивается локальный нагрев при наплавке с глубиной проплавления 0,25-0,35 мм, укорачивание коленчатого вала при наплавке отсутствует, качество наплавленного слоя высокое. Недостаток -- высокая стоимость применяемого оборудования и оснастки, малая производительность.
Электроконтактная приварка ленты. Из перечисленных выше способов видно что, наилучшие результаты дают способы наплавки с жидкостным охлаждением, подаваемым в зону сварки. Одним из наиболее удачных среди них является наварка ленты на вал. Данный способ аналогичен широко известной роликовой сварке рисунок 1.15.
Рис. 1.15 -- Схема электроконтактной приварки ленты
1 и 3 -- ролики; 2 -- деталь; 4 -- трансформатор; 5 -- прерыватель тока

Навариваемая лента прижимается к валу медными роликами. В месте контакта ленты с валом при прохождении электрического тока в несколько тысяч ампер происходит расплавление металла с его одновременным пластическим деформированием за счет прижатия роликом ленты к валу. Слой приваривают ко всей поверхности детали перекрывающими точками за счет регулирования силы и частоты тока. Перекрытие точек достигают вращением детали с частотой, пропорциональной частоте импульсов и скорости продольного перемещения сварочной головки.

Импульсы сварочного тока получают с помощью прерывателей, используемых в контактных сварочных машинах. Для уменьшения нагрева детали и улучшения условий закалки приваренного слоя в зону приварки подают охлаждающую жидкость. Преимущество приварки металлического слоя с охлаждением рабочей зоны заключается в отсутствии нагрева и деформации детали, нанесении на стальную или чугунную поверхность регулируемого по толщине слоя, создание необходимого припуска на обработку, обеспечение закалки слоя непосредственно в процессе приварки, исключение выгорания легирующих элементов, применение различных сочетаний присадочных материалов. Лента для приварки может быть как стальная, так и специальная -- порошковая. Практика показала, что порошковая лента здесь не дает каких-либо ощутимых улучшений качества процесса, например, таких, как увеличенные толщина слоя, прочность сцепления с валом, твердость и износостойкость наваренной поверхности. Поэтому использование дешевой стальной ленты более оправдано.

Толщина навариваемой ленты -- около 0,5 мм. Способ допускает сварку последовательно двух-трех слоев ленты. Большое число слоев может быть наварено с промежуточным шлифованием и низким отпуском металла для снятия напряжений. Обычно при толщине ленты 0,5 мм удается поднять диаметр на 0,25--0,30 мм при одном слое наварки. Это связано с неровной поверхностью шейки после наварки, из-за чего после шлифования в больший размер на поверхности могут остаться точечные дефекты -- раковины. У отверстий для смазки обычно происходит уменьшение слоя металла -- металл как бы проваливается в отверстия. Для того, чтобы у отверстий поверхность после шлифования была ровной иногда приходится увеличивать количество слоев наварки.

После наварки отверстия засверливают сверлом с твердо-плавными пластинами. Необходимо полностью очистить края от наваренного металла, т.к. имеет свойство, крошится. Шейки валов подверженные абразивному изнашиванию, упрочняют путем создания на трущихся поверхностях в виде композиционного покрытия опорных контактных площадок из особо твердых материалов, закрепленной в более мягкой связующей матрице.

Твердость, износостойкость и прочность сцепления ленты с деталью зависят от марки стали ленты. Высокую твердость обеспечивают ленты из хромистых и марганцевых сталей. Однако мы не можем выбрать этот способ, так как он обеспечивает восстановление только наружных цилиндрических поверхностей, а заварку шпоночного паза не обеспечит.

Таким образом, из всех перечисленных выше способов восстановления шеек чугунных коленчатых валов видно, что наилучшие результаты дает способ вибродуговой наплавки.

В отличие от других способов как обработка деталей под ремонтный размер (не подходит, если износ шеек превышает последний ремонтный размер, а к остальным изношенным поверхностям вообще не подходит), методов напыления (которые вызывают перегрев вала и его деформацию, а также малая прочность сцепления и выгорание легирующих элементов из напыляемого материала) или способов наплавки без жидкостного охлаждения (которые также вызывают сильный нагрев и деформацию вала) вибродуговая наплавка обладает следующими преимуществами:

-- не происходит деформации вала за счет непрерывного охлаждения;

-- минимальная зона термического влияния;

-- позволяет получать покрытия высокой твердости (HRC 52-54) и износостойкости;

-- возможность получения любой толщины слоя при наплавке;

-- возможность наплавки валов малого диаметра (20--30 мм);

-- высокая производительность процесса;

-- возможность получения наплавленного слоя без пор и трещин.

Так как на предприятии отсутствует ремонт ДВС в полном объеме, а именно ремонт коленчатых валов, поэтому предлагается разработать технологический процесс восстановления коленчатых валов.

Для осуществления качественных ремонтных операций требуется произвести подготовку ремонтных поверхностей мойкой, так как грязь, жировые и масляные пленки приводят к образованию пор и трещин. Часто поступающие в ремонт валы из-за больших нагрузок, испытываемых во время эксплуатации, имеют повышенную деформацию. Для исправления этого дефекта требуется предусмотреть операцию правки. Шлифовку коренных шеек вала производят в центрах станка. Выполнение технологических требований по биению коренных шеек, каждый переход шлифовки производят за одну установку в центрах станка. Для этого в технологический процесс введена операция правки центровых фасок. Обработку шеек вала производят за два раза, черновым и чистовым шлифованием.

Обработка отверстий масляных каналов производится перед чистовым шлифованием, чтобы не испортить номинальные размеры на слесарных операциях. При необходимости готовые коленчатые валы, не прошедшие операцию контроля по биению коренных шеек, правят на прессе. Для этого в технологическом процессе должна быть предусмотрена повторная операция правки.

Восстановление номинальных размеров фланца маховика, шейки под шкив вентилятора и резьбы в отверстии под храповик производят токарным и слесарным способом. Для выполнения технических требований по шероховатости Ra 0,2 шейки коленчатых валов подвергают суперфинишу. Для предотвращения появления следов ржавчины коленчатые валы консервируют смазкой.


Подобные документы

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.