Проект участка восстановления коленчатых валов газопламенным напылением

Перед напылением детали в обязательном порядке подлежат обезжириванию. Масло, жир, краска должны быть удалены с покрываемого участка поверхности и со смежных участков. Иначе при высокой температуре жирная пленка растекается по всей поверхности, препятствуя адгезии. Для обезжиривания используют органические растворители, например, тетрахлорэтилен, бензол, пиробензол и другие хлорированные углеводы. Пригодны также моющие составы, щелочные растворы и эмульсии (ГОСТ 9.402-80). Применение последних требует последующей промывки и сушки деталей. В некоторых случаях (для пористых подложек) необходимо дополнительно провести отжиг при температуре не более 500 С для выгорания масла. Хорошие результаты дает промывка растворителем с нагревом до 270-330 С, позволяющая вытеснить масло из пор.

Для повышения адгезии покрытий поверхности детали необходимо придать шероховатость. С этой целью применяют струйно-абразивную обработку, травление, электроискровые методы. Все чаще в последние годы используют нанесение подслоя из материалов, обладающих высокой адгезией к основному металлу.

Струйно-абразивная обработка наиболее гибкий метод. Ее преимущества связаны с возможностью равномерной обработки больших площадей, удаление с поверхности изделия оксидной пленки. Параметр шероховатости после обработки должен составлять Rz = 80...160 мкм. Шероховатость зависит от типа образца, давления воздуха, применяемого оборудования и твердости поверхности.

В качестве абразивов используют электрокорунд 12Л, 15А и др. зернистостью 53Н, 63Н, 80Н (ГОСТ 3647-80) или металлическую дробь ДКЧ, ДКК номеров 0,1; 0,2; 0,3; 0,5 (ГОСТ 11964-81). При прочих равных условиях, чем крупнее абразив, тем больше шероховатость. Абразивный материал не должен содержать загрязнений, следов ржавчины.

Обрабатывать каждый участок по времени рекомендуется до тех пор, пока дальнейший обдув не перестанет вызывать видимых изменений. Необходимо отметить, что активация поверхности таким образом вызывает ее наклеп.

Наклеп поверхности основы существенно влияет на ее активность при напылении. При этом прочность сцепления частицы с основой может как увеличиться, так и уменьшиться. Поэтому злоупотреблять струйно-абразивной обработкой не следует.

Для индикации масел удобно пользоваться быстросохнущими растворителями. Если капля растворителя после высыхания на поверхности оставляет отчетливое темное пятно, это обычно указывает на присутствие масла.

Детали, подготовленные к нанесению покрытий, не должны долго храниться, так как это также снижает прочность сцепления. Желательно, чтобы разрыв во времени не превышал 1-4 часов в условиях комнатной температуры (около 20 С) и низкой влажности (меньше 75 %).

Как часть процесса подготовки поверхности следует рассматривать предварительный нагрев, который проводят непосредственно перед нанесением покрытий. При соприкосновении плазменной струи с холодной поверхностью на ней конденсируются поры воды, поверхность моментально увлажняется. При ударе об увлажненную поверхность разогретых металлических частиц влага бурно испаряется под ними, препятствуя прочному сцеплению. Предварительный нагрев снижает также остаточные внутренние напряжения в покрытиях, так как приводит к расширению материала подложки.

Сцепление напыленного металла с горячими поверхностями прочнее, чем с холодными. В принципе, чем выше температура, тем прочнее адгезия. Однако излишний нагрев перед напылением приводит к окислению поверхности. Деталь никогда не следует нагревать так, чтобы она заметно изменила свой цвет.

1.11 Получение покрытий напылением

Основное преимущество напыления отсутствие структурных превращений и деформаций металла. Напылением получают покрытия толщиной до 2,0 мм. Деталь при этом не нагревается более 200...300 С [23].

Процесс нанесения покрытия следует начинать с настройки оборудования, устанавливая расходные характеристики рабочих газов и напыляемого материала. Покрытия наносят в несколько проходов, напыляя около 0,25 мм за один проход. Каждый новый проход нужно начинать с исходной точки. Для предотвращения нагревания изделий до температуры более 300 С следует постоянно контролировать их температуру. Такой контроль осуществляют термоиндикаторными карандашами. При достижении предельной температуры процесс необходимо прекратить и охладить деталь до температуры 50...100 С. При толщине покрытий более 1,5-2,0 мм возможно образование трещин, охлаждение в этом случае следует производить в термостабилизирующем агенте, например, асбестокрошке, песке и т. п.

Важно правильно установить подачу напыляемого материала. При слишком малой подаче порошок перегревается, окисляется. Покрытие в этом случае имеет темный, тусклый цвет, содержит избыток оксидов или шлака, при оплавлении обнаруживаются открытые поры и раковины. Помимо неправильной установки расхода, причиной малой подачи может быть повышенная влажность порошка и некруглая форма частиц.

Если подача порошка велика, то энергии струи недостаточно для его разогрева. Некоторые частицы не фиксируются на поверхности, уходят в отходы. Другие сцепляются с поверхностью, но распределяются неравномерно, плохо повторяют форму поверхности. После оплавления обнаруживается избыток пор шлака.

Прочность сцепления в значительной мере зависит от правильно выбранных технологических режимов нанесения покрытия.

Наилучшие результаты достигаются, если газовая горелка располагается перпендикулярно к поверхности. Исключение могут составлять случаи, когда по каким-либо причинам это обеспечить невозможно или подготовительная струйно-абразивная обработка производилась под другим углом. Но отклонение не должно составлять более 45^о [20] .

Оптимальная толщина напыленных покрытий. Правильный выбор толщины покрытия требует определенных знаний и аккуратности. Существуют по крайней мере три фактора, которые безусловно сказываются впоследствии на результате. К ним относятся: стоимость материалов, качество покрытия, затраты на механическую обработку.

Наплавочные порошковые материалы дороги и должны использоваться экономно. Снижение потерь порошка на 10 % позволяет снизить стоимость 1 покрытия в 2 и более раза. Уже поэтому нанесение покрытия толщиной большей, чем требуется очевидное расточительство.

Проволочные материалы в отличии от порошковых являются менее дорогими, поэтому дипломным проектом принимается установка, работающая с проволочными материалами. Это поможет снизить затраты на распыляемые материалы.

Стоимость механической обработки покрытий тоже высока. Для тонких покрытий легче выдерживать необходимые допуски, что дает экономию на материале и на шлифовке.

Сцепление с основой одно из основных требований к покрытию. Оно должно быть достаточно прочным, чтобы фиксировать покрытие на подложке. Применяемые материалы имеют отличный от материала основы коэффициент линейного расширения, достигающий больших значений, что является причиной появления в покрытиях остаточных напряжений. Наибольшую опасность представляют растягивающие напряжения, так как предел прочности материалов на сжатие почти на порядок выше предела прочности на растяжение [22].

Покрытия имеют свойства сжиматься в процессе их нанесения в связи с усадкой. Возникают касательные напряжения в месте контакта, появляется тенденция к отрыву от буртиков на краях проточки. На плоских поверхностях растягивающие напряжения приложены по касательным непосредственно к границе раздела. На криволинейных поверхностях имеются и растягивающие и сжимающие напряжения. Поэтому перед механической обработкой необходимо выдержать деталь в течений 24 часов после наплавки чтобы прочность сцепления должна быть достаточной, чтобы противостоять напряжениям.

1.12 Механическая обработка покрытий

Механическая обработка является завершающей операцией получения покрытий [31]. Проблема механической обработки связана с особенностями микроструктуры, наличием возможных дефектов, сложным химическим составом, характерной высокой твердостью. Наличие большого количества легирующих добавок и мелкодисперсных упрочняющих фаз вызывает упругие деформации и заметное упрочнение покрытий при резании. Это ускоряет износ обрабатывающего инструмента, механические свойства которого соизмеримы со свойствами покрытий. Низкая теплопроводность металла покрытий также осложняет условия резания. В связи с этим обработку ведут на режимах, параметры которых значительно ниже общепринятых, иными словами, с заниженной производительностью, даже по сравнению с легированными сталями аналогичной твердости. При этом используют точение, шлифование, фрезерование, сверление и другие известные методы. Важно, чтобы изделие с покрытием при обработке не подвергалось значительным деформациям и нагрузкам, вызывающим растягивающие напряжения.

Основным методом обработки покрытий принято считать шлифование. Несмотря на низкую производительность по сравнению с точением, шлифование очень часто оказывается единственно возможным методом.

Применяется плоское, круглое и бесцентровое шлифование с использованием СОЖ или сухое. В качестве инструмента используют круги из карбида кремния зеленого или корунда на керамической связке с размером зерна около 0,5 мм для чернового и 0,2 мм чистового шлифования.

Повысить скорость обработки в 3-6 раз можно, если использовать алмазные круги АСКМ для чернового и МО16, МВ1 для чистового шлифования. Шлифование следует производить с небольшими подачами при высоком числе оборотов.

Таблица 1.5 - Режимы и виды шлифования.

Режимы	Виды шлифования
	Круглое	Плоское	Алмазными кругами
Скорость круга, м/c	30-35	30-35	35-50
Скорость детали, м/мин	30-32	18-20	25-32
Поперечная подача, мм	0,01-0,02	1,8	0,08-1,5
Продольная подача, мм	1,2-1,5	-	1,0-1,5
Глубина резания, мм	-	0,1	-

Полировать покрытия не рекомендуется, так как абразивный материал набивается в поры и создает задиры при трении на поверхности сопрягаемых деталей.

1.13 Требования к покрытию

Покрытие должно быть сплошным, однородного цвета, без частиц нерасплавленного металла, без трещин, отслоений (вздутий). Шероховатость покрытия не более 80-100 мкм. Покрытие должно быть прочно сцеплено с основным металлом и не отслаиваться при испытании методом нанесения сетки царапин. Пористость покрытия не более 20 %. Контроль пористости покрытий, прочности сцепления проводят по ГОСТ 9.304-87 [31].



1.14 Тенденция развития ремонтной базы в стране. Зарубежный опыт

С начала 1990 года в стране резко упали объемы автомобильных грузовых перевозок. Отсутствие финансирования государственных предприятий, либерализация цен в экономике, в том числе и не энергоресурсы привели к массовому падению производства. Высокая инфляция ликвидировала оборотные средства автохозяйств, содержание крупных автохозяйств, на несколько сот машин, стало экономически не выгодным.

Зарубежный опыт показывает, что в рыночной экономике наиболее эффективными становятся фирмы, которые выбрали узкую специализацию. Это либо автоперевозки, а значит гараж на 5-20 машин, либо авторемонтные

работы, предприятие с наличием всего оборудования для ремонтных операций. Количество работающих на этих фирмах не превышает 25-50 человек. Во многих странах на уровне законодательства, через налоги и экономические льготы, поощряется создание именно таких, малых предприятий. Такой фирме легче приспособиться к любым изменениям на рынке. Здоровая конкуренция между этими фирмами подталкивает их к поиску и внедрению новых технологий и предоставлению больших услуг.

В настоящее время в стране большое количество грузовых автомашин находится в частных руках. Ремонт этих машин на крупных авторемонтных мастерских становится не выгодным в связи с большими накладными расходами ремонтного предприятия. Поэтому наличие мелких авторемонтных фирм с невысокими накладными расходами становится необходимостью [26].



1.15 Цели и задачи дипломного проекта

В настоящее время в производственных подразделениях РФ существует потребность в надежном и не требующем высокотехнологического оборудования способе восстановления чугунных коленчатых валов ЗИЛ-130. Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи:

- Спроектировать участок восстановления коленчатых валов газопламенным напылением участка;

- Разработать конструкторскую документацию;

- Выбрать оборудование и технологическую оснастку;

- Рассчитать режимы восстановления;

- Провести технико-экономический расчет;

- Описать требования техники безопасности при проведении работ.



2.Технологическая часть

2.1 Разработка технологического процесса восстановления чугунного коленчатого вала двигателя ЗИЛ-130

При ремонте двигателя ЗИЛ-130 все детали, бывшие в эксплуатации, подвергаются дефектовке. Выполнение работ по контролю технического состояния коленчатого вала включает: наружный осмотр коленчатого вала; измерение коренных и шатунных шеек; выявление величины и закономерности износа шеек; проверка коленчатого вала на прогиб; определение соостности коренных и шатунных шеек; определение скрученности коленчатого вала. А так же определение возможности восстановления коленчатого вала, если же не возможно назначить ремонтный размер шеек на перешлифовку по техническим условиям на ремонт.

Прежде чем коленчатый вал поступит в участок газопламенного напыления, его необходимо полностью промыть, масляные каналы вычистить от масляных отложений. Коленчатый вал не должен иметь биение более допустимого, грубых трещин и сколов.

Для более равномерного и качественного наложения наплавляемого слоя необходимо в технологический процесс восстановления внести предварительное шлифование, цель которого заключается: в постоянстве диаметров на всех шейках (как шатунных, так и коренных); придание поверхности необходимой шероховатости для наплавки [23]. Грязь, жировые и масляные пленки при сварочных и наплавочных работах приводят к образованию пор и трещин. По этому необходимо тщательно промыть коленчатый вал перед напылением. После напыления коленчатый вал требует проверки на биение, при необходимости готовые коленчатые валы не прошедшие операцию контроля по биению коренных шеек правят на прессе. для этого в технологический процесс введена операция правки. После газопламенного напыления, необходима операция финишного шлифования, целью которого является придание номинальных диаметров на шейках коленчатого вала и допустимой шероховатости

Технологический процесс восстановления коленчатых валов двигателя ЗИЛ-130 газопламенным напылением приведен в пункте 2.2.



2.2 Технологический процесс

Таблица 2.1 - Технологическая карта процесса восстановления коленчатого вала ЗИЛ - 130

№ перехода	Наименование операций, перехода.	Оборудование, инструмент.
005 1 2 010 1 2 3 4 5 6 7 015 1 2 3 4 020 1 2 3 4 5 6 7	Контрольная. Установить коленчатый вал первой и пятой коренными шейками на призмы. Проверить биение третьей коренной шейки и при биений более 0,05мм, браковать. Шлифовальная (подготовительная). Установить коленчатый вал в центра станка. Шлифовать коренные шейки (с 1 по 5) до Ш74,5 мм. Снять деталь. Установить вал в центросместители первой шатунной шейкой. Шлифовать шатунную шейку до Ш 65 мм. Повторить переходы 4 и 5 для 2, 3 и 4 шатунных шеек. Снять деталь. Моечная. Промыть деталь в щелочном растворе (ГОСТ 9,402-80) с нагревом до 270-330° С. Промыть деталь в бензоле. Сушить коленчатый вал. Наплавочная Заглушить отверстия масляных каналов. Установить коленчатый вал в центра стенда. Настроить подачу газов на пульте управления. Поднести пистолет-распылитель к первой коренной шейке. Нагреть шейку до температуры 50-100° С. Включить подачу распыляемого материала. Наплавить шейку.	Контрольная плита, призмы, индикатор. Кругло-шлифовальный станок, шлифовальный круг, центросместители. Моечная машина, ванна с бензолом, верхонки. Стенд газопламенной наплавки, установка газопламенного напыления «Техникорд ТОП-ЖЕТ/2», верхонки.
8 9 10 11 12 13 14 025 1 2 3 4 030 1 2 3 4 5 6 7	Повторить переходы с 4 по 7 для 3,4 и 5 коренных шеек. Снять предварительные замеры с коренных шеек вала. По мере необходимости повторить переходы с 4 по 7 для требующих шеек. Сместить коленчатый вал центросместителями первой шатунной шейкой. Повторить переходы с 3 по 7 и 9 для первой шатунной шейки. Повторить переходы с 10 по 11 для 2, 3, 4 шатунных шеек коленчатого вала. Снять деталь. Остудить деталь в течений 3 часов. Правка. Установить коленчатый вал в электропечь и нагреть до температуры 400 °С. Вынуть вал из печи и установить вал первой и пятой коренной шейками на призмы пресса. Проверить биение третьей коренной шейки и выправить вал до биения не превышающего 0,03 мм. Снять деталь. Шлифовальная. Установить коленчатый вал в центра станка. Шлифовать коренные шейки с первой по пятую до Ш75,00 мм. Снять деталь. Сместить центросместителями вал первой шатунной шейкой. Шлифовать шатунную шейку до Ш65,50 мм. Повторить переходы 4 и 5 для 2,3 и 4 шатунных шеек. Снять деталь.	Электропечь, призмы, индикатор, пресс. Круго-шлифовальный станок , шлифовальный круг, центросместители.
035 1 2 3 040 1 2 3 4 045 1 2 3	Контрольная. Установить коленчатый вал первой и пятой коренными шейками на призмы. Проверить биение третьей коренной шейки, при биений более 0,03мм править. Проверить диаметры шеек. Сверлильная. Установить коленчатый вал в приспособление на столе сверлильного станка. Рассверлить отверстие масленых каналов на всех шейках Ш7 мм. Снять фаски отверстий масляных каналов на всех шейках Ш12 мм. Снять деталь. Слесарная. Закрутить винты М10 в каналы для охлаждающей жидкости. Смазать коленчатый вал. Упаковать и отправить на слад.	Контрольная плита, призмы, индикатор, микрометр. Вертикально-сверлильный станок, приспособление, сверла. Винты М10, литол, упаковочная бумага.



2.3 Обоснование выбора расходных материалов

2.3.1 Рабочие газы

В настоящее время в качестве трансортирующего газа ипользуют кислород. В качестве горючего газа чаще всего применяется ацетилен. Ацетилен - ненасыщенный углеводород C2H2. Имеет тройную связь между атомами углерода, принадлежит к классу алкинов. Помимо ацетилена также применяются такие газы как пропан, бутан, МАПП и довольно новый газ МАФ - метилацетиленовая аленовая фракция.

В таблице 2.2 приведены сравнительные характеристики ацетилена, пролпана и газа МАФ.

Таблица 2.2 - Характеристики газов применяемых при газопламенном напылении.

Наименование показателя	МАФ	Ацетилен	Пропан
Безопасность, чувствительность к удару	Стабилен	Нестабилен	Стабилен
Предел взрываем ости в кислороде, %	2,5-60	2,3-93	2,4-57
Предел взрываем ости в воздухе, %	3,4-10,8	2,2-8,1	2,0-9,5
Предел допустимого давления в редукторе, кгс/см2	Баллон	Баллон	Баллон
Скорость сгорания в кислороде, мм/сек	4697	6097	3718
Склонность к обратному удару	Незначит.	Значит.	Незначит.
Токсичность	Незначит.	Незначит.	Незначит.
Реакция с обычными металлами	Избегать спл.сод.бол. 67% меди	Избегать спл.сод.бол. 70% меди	Незначит. Ограничения
Удельный вес при 15,60С(жидкость), кг/м3	575	-	513
Удельный вес при 15,60С(газ), кг/м3	0,55	0,91	0,54
Удельный вес при 15,60С(газ по воздуху), кг/м3	1,46	0,96	1,52
Температура пламени, 0С	2927	3087	2526
Низшая тепл. сгор.газа смеси при норм. условиях	21 200	12600	21795
Общая тепл. сгорания (после испарения)	49 000	50 000	51 000



В последнее время все чаще используется в качестве горючего газа метилацетиленовая аленовая фракция (МАФ-газ). Он обладает рядом преимуществ перед другими газами и прежде всего температурой горения, в случае использования в качестве окислителя кислорода, а также имеет большую теплотворную способность, не уступающую ацетилену. Этот газ эффективен при применении в традиционных методах газотермической обработки (сварка, резка), а также при получении газотермических покрытий, путем газопламенного напыления.

Характеристики МАФ-газа позволяют добиваться нанесения покрытий с высокими свойствами из различных материалов, в том числе из металлов и нано подобных материалов, напыляемых из проволок, порошковых проволок, шнуров, а также из различных композиционных материалов и керамики. Причем температура плавления материалов может быть довольно высока. Так при плавлении оксида алюминия, имеющего температуру плавления 2100⁰ С получаются покрытия высокого качества, зачастую превышающую качество покрытий нанесенных газоплазменной наплавкой. Это объясняется высокой скоростью потока частиц материала в газопламенной струе.

Сжиженный газ МАФ (Метилацетилен-алленовая фракция) представляет собой смесь метил ацетилена и аллен (пропадиена), стабилизированную, с целью безопасности изобутаном, изобутиленом, пропаном, пропиленом, бутадиеном или другими углеводородами в различных сочетаниях. МАФ обладает резко выраженным запахом, который обнаруживается уже при концентрации 1: 100 мг/м3. По токсичности газ относится к четвертой группе (малотоксичные). При высоких концентрациях (свыше ПДК=300 мг/м3) может вызвать анестезирующее действие. Пары МАФ не оказывают вредного влияния на слизистые оболочки, но попадание жидкой фракции на открытые участки кожи может вызвать обморожение. В отличие от пропана и природного газа МАФ имеет высокую теплоотдачу, как во вторичной, так и в первичной зонах пламени и в результате имеет большую эффективную мощность пламени по сравнению с другими газами. МАФ имеет температуру эффективной зоны пламени близкой к температуре пламени ацетилена (2927 С против 3087 С) и сохраняет передачу большого количества теплоты на нагреваемый металл на расстоянии 12 мм и более от самой точки пламени.

При использовании газа МАФ можно получить экономию на транспортных и прочих накладных расходах, он близок к ацетилену по параметрам горения, однако он дешевле и занимает гораздо меньший объем.

1 баллон газа МАФ (20 кг) равноценен 4 баллонам ацетилена или 160-200 кг карбида. В стандартный баллон ацетилена в среднем вмещается 5 кг ацетилена, в то время, как газа МАФ - 20 кг. Вес баллона, наполненного ацетиленом, составляет 87 кг, а вес баллона с МАФ - 43 кг. По эффективности использования МАФ превосходит ацетилен, так как при сравнимых температурах факела (3020°C у МАФ и 3087°С у ацетилена) МАФ обладает более высокой теплотворной способностью (расчётно). Меры безопасности при работе с этим газом соответствуют стандартным мерам, принятым при работе с пропан-бутановой смесью. Практическая переподготовка наплавщиков несложна и занимает, в зависимости от их квалификации, до 1 часа.

В результате анализа существующих газов, применяемых для газотермической обработки металлов дипломным проектом принимается метил-ацетиленовая аленовая фракция (МАФ газ). Выбор объясняется более высокими физико-химическими и экономическими свойствами этого газа.

2.3.2 Напыляемые материалы

В качестве напыляемых материалов при газотермической обработке деталей используются следующие материалы:

- порошковые материалы;

- шнуровые материалы;

- порошковые проволочные материалы;

- сплошные проволочные материалы.

Для восстановления изношенных поверхностей напылением и напылением с оплавлением широкое применение получили порошковые самофлюсующиеся сплавы системы Ni-Cr-В-Si, в которые нередко добавляют карбиды,

бориды тугоплавких металлов (вольфрам, ванадий, хром, молибден) для образования композиционных сплавов с более высокими физико-механическими свойствами.

В таблице 2.3 приведены наиболее распространенные и применяемые порошки для напыления.

Таблица 2.3 - Состав наиболее распространенных порошковых сплавов Отечественного и зарубежного производства, %

Страна	Марка сплава	С	В	Si	Ni	Сr	Fe	Прочие элементы	Твердость HRC
СССР,ТЗНТС	ПГ-10Н-01	0,6 1	2,8 3,4	4 4,5	Основа	14 20	34	-	55-62
	ПГ-10Н-04	До 0,1	1,2 1,8	2,3 2,8	»	-	0,2 0,6	-	HRB 89-96
	ПГ-12Н-01	0,3 0,6	1,7 2,5	1,2 3,2	»	8 14	1,2 1,3	-	35-40
	ПГ-12Н-02	0,4 0,8	24	3 5	»	10 16	3 5	-	45-50
	ПГ-12Н-03	0,5 1,5	2,5 4,5	3,5 5,5	»	12 18	3,5 5	-	55-62
	ПТ-НА-01	-	-	-	»	-	-	4-5 Аl	-
	ПТ-19Н-01	0,3 0,6	1,7 2,5	1,2 3,2	»	3,914	1,2 3,2	0,8-1,3 Аl	35-40
	ПГ-19М-01	-	-	-	-	-	4	Си - основа, 8,5-10,5 Аl	HRB 65-70

Основным недостатком порошковых материалов является их дороговизна. Также в отличии от способов напыления с применением проволочных и шнуровых материалов способ напыления порошковыми материалами, необходимо специализированное оборудование (пистолеты-распылители порошкового рода)

Гибкие шнуровые материалы предназначены для использования в системах газопламенно­го напыления, а также для ручной газопламенной наплавки и представляют собой получаемый экс­трузией композиционный материал шнурового типа, состоящий из порошкового наполнителя и органического связующего, полностью исчезаю­щего при нанесении покрытия - связующее суб­лимирует в процессе нагрева при температуре 400 °С без отложения на напыляемую поверх­ность. Прочность и эластичность гибких шнуров позволяет пользоваться ими так же, как и проволокой и наносить покрытия с помощью газопламенных аппаратов проволочного типа. Стабильная подача шнурового материала в высокотемпературную зону газового потока по оси струи, аналогично достигаемой при распылении стержней и проволок (не более 0,2%), а также правильный подбор состава компонентов порошковых смесей и размера частиц порошков гарантирует рас­плавление всех составляющих порошкового на­полнителя шнура, в том числе и керамики. По сравнению с традиционными методами газотермического напыления это обеспечивает повыше­ние адгезионной и когезионной прочности, сни­жение пористости покрытий, повышение коэф­фициента использования напыляемого материа­ла. При использовании гибких шнуровых матери­алов обеспечивается получение покрытий с за­данными свойствами, в том числе и из многокомпонентных механических смесей порошков различного гранулометрического состава.

Покрытия, полученные газопламенным напылением шнуровых материалов, представляют альтернативу плазменным покрытиям. Покрытия, полученные газопламенным напылением шеек валов шнуровыми материалами, показывают высокие эксплуатационные качества, однако высокая стоимость шнуров (35...45 долл. США за килограмм) сдерживает их широкое применение в ремонтном производстве. Стоимость шнуровых материалов, необходимых, например, для восстановления чугунного коленчатого вала, превышает стоимость отливки этой детали.

Как показал опыт, газопламенное и электродуговое напыление наиболее эффективно и экономически выгодно при использовании порошковых проволочных материалов. Проволочные материалы наиболее выгодны при применении в данных методах восстановления, в отличии от порошковых и шнуровых материалов, а эксплуатационные характеристики не уступают вышеперечисленным.

Дипломным проектом предлагается применение для восстановления шеек коленчатых валов ЗиЛ-130 проволоки с химическим составом 30Х8Т2ИУ. Эта проволока имеет высокие эксплуатационные характеристики, наиболее применяема при нанесении покрытий, а также имеет невысокую стоимость.

2.4 Обоснование выбора газопламенной установки

Дипломным проектом предлагается использовать для газопламенного напыления многофункциональную установку газопламенного напыления «Техникорд ТОП-ЖЕТ/2». Она предназначена для распыления металлических проволок диаметром от 1,5 до 4,0 мм и гибких шнуровых материалов диаметром от 3,0 до 5,0 мм и с целью нанесения покрытий для защиты поверхности деталей от различных видов изнашивания, кавитации, коррозионного воздействия различных сред, а также ремонта изношенных деталей с одновременным улучшением эксплуатационных свойств поверхности. [п. 1.6]

На рисунках изображена установка Техникорд ТОП-ЖЕТ/2 и ее составляющие.

Рисунок 2.1 - Установка Техникорд ТОП-ЖЕТ 2

Рисунок 2.2 - Пистолет - распылитель



Рисунок 2.3 - Пульт управления рабочими газами ПУ-03: 1- корпус; 2 - ротаметр (горючий газ); 3 - ротаметр (кислород); 4 - штуцер ввода сжатого воздуха; 5 - блок подготовки воздуха; 6 - регулятор давления и расхода сжатого воздуха; 7 - манометр сжатого воздуха; 8 - регулятор давления кислорода; 9 - манометр кислорода; 10 - кран регулирования расхода кислорода; 11 - регулятор давления горючего газа; 12 - манометр горючего газа; 13 - кран регулирования расхода горючего газа; 14 - штуцер входной горючего газа; 15 - штуцер входной кислорода; 16 - штуцер выхода горючего газа; 17 - штуцер выхода кислорода; 18 - штуцер выхода сжатого воздуха;

2.5 Обоснование выбора вращателя

Вращателем для газопламенного напыления является разработка конструкторской части - стенд для вращения валов, имеющих несколько осей вращения. Стенд имеет электродвигатель АИРС80 В8, номинальная мощность кВт, частота вращения вала об/мин; трехступенчатую коробку передач - передаточные числа коробки передач: U₁ = 3,5; U₂ = 2,26; U₃ = 1,45; U₄ = 1; средняя угловая скорость вторичного вала коробки передач на третей передаче -- = 8,7 с^-1.

2.6 Расчет количества проходов напыления

Поступившие на участок коленчатые валы будут иметь разные диаметры как шатунных, так коренных шеек. Не исключено, что часть валов пришедших на восстановление, достаточно будет одного прохода, чтоб вернуть деталь в номинальные размеры. В дипломном проекте рассматривается самый худший вариант, т.е. ниже допусков шестого ремонтного размера, поэтому для расчетов технологического времени восстановления коленчатого вала применяются диаметры:

- коренных шеек =72.5мм;

- шатунных шеек =63мм.

Количество проходов (оборотов шейки) определяется по формуле:

, (2.1)

где, -номинальный размер коленчатого вала, мм,

-фактический размер, мм,

-высота напыляемого слоя за один оборот шейки вала, мм, =0,025 мм

-припуск на шлифование, мм,

Припуск на шлифование должен быть оптимальным, это связано с тем, что наплавляемый слой прочный и износостойкий, шлифовать его сложно. Дипломным проектом принимается припуск на шлифование Z=0.6 мм.

Количество проходов (оборотов):

Для коренной шейки:

=75,0мм,

=72,5 мм,

Принимаю 148 проходов.

Для шатунной шейки:

=65,5мм,

=63 мм,

Принимаю 148 проходов.

2.7 Расчет времени на восстановление одного коленчатого вала

I. Определение времени необходимого для газопламенного напыления:

, (2.2)

где, - ширина шейки коленчатого вала, мм,

-диаметр обрабатываемой шейки коленчатого вала, мм;

n_пр. - количество проходов (оборотов);

-скорость напыления, мм/мин,

м/мин,

где: D - диаметр шейки, мм;

n - частота врашения шпинделя стенда, n = 52 об/мин;

для шатунной шейки:

для коренной шейки:

а) Наплавка шатунной шейки:

=63 мм,

=58 мм,

б) Первая коренная шейка:

=72,5 мм,

=31,5 мм,

в) Пятая коренная шейка:

=72,5 мм,

=45,5 мм,

г) Коренная шейка:

=72,5 мм,

=32 мм,

д) Время необходимое для газопламенного напыления:

е) Вспомогательное время наплавки :



где, -время на установку и снятие детали в центросместители, мин,

=3,6 мин,

-время на установку и снятие детали, мин, =0,35 мин (таб. 32 [24]),

-время, связанное с переходом, мин, =0,27 мин,

-время на заглушку отверстий, мин, =6,5 мин,

-время на нагрев детали, мин, =4 мин,

-время на подвод шатунной шейки, мин, =0,6 мин.

ж) Штучное время на операцию:

(2.5)

где, -поправочный коэффициент, зависящий от размера партий ,

=1,0 (таб. 40 [24]),

-время на обслуживание рабочего места, %, =4% (таб. 41[24]),

-время перерывов на отдых и личные надобности ,% ,

=4% (таб. 41[24]),

II. Сверлильная операция:

Рассверливание масслянных каналов на шейках коленчатого вала.

Инструмент: сверло Ш 7 мм и Ш 12 мм, сталь быстрорежущая.

Материал: сталь 45, НВ 270.

а) подача при сверлении:

Переход 1:

, (таб. 74 [24])

Переход 2:

, (таб. 74 [24])

б) скорость резания для каждого перехода:

Переход 1:

,

где, -табличная скорость резания, =23м/мин , (таб. 79 [24])

-коэффициент, зависящий от обрабатываемого материала.

=1,0 (таб. 80 [24])

-стойкость инструмента, =1,0 (таб. 81 [24])

-коэффициент отношения длины резания к диаметру, =0,8 (таб. 82 [24])

,

Переход 2:

,

где, =19 м/мин (таб.79 [24])

=1,0 (таб. 80 [24])

=1,0 (таб. 82 [24])

,

в) определение частоты вращения шпинделя:

,

Переход 1:

,

Переход 2:

,

Частота вращения по паспортным данным станка:

Переход 1: =600 об/мин,

Переход 2: =400 об/мин.

г) фактическая скорость резания:

,

Переход 1:

,

Переход 2:

.

д) минутная подача:

,

Переход 1:

,

Переход 2:

.

е) мощность необходимая для обработки:

,

где, -мощность двигателя станка, =1,9кВт,[паспортные данные]

-кпд станка, =0,9

мощность необходимая для резания

,

где, -табличная мощность резания ,

-коэффициент, зависящий от обработки материала.

-эффективная мощность двигателя,

,

Переход 1:

,

где, =0,6 кВт,(таб.109 [24])

=0,9 (таб.112 [24])

,

.

Обработка на таких режимах возможна.

Переход 2:

,



где, =4,3 кВт,(таб.109 [24])

=0,9 (таб.112 [24])

,

,

Обработка на таких режимах возможна.

ж) расчет основного времени:

,

где, -длина рабочего хода инструмента,

(2.13)

где, -глубина отверстия ,

-длина подвода, =2 мм (таб.120 [24])

Переход 1:

=8 мм,

Переход 2:

=2 мм,

з) вспомогательное время:

(2.14)

где, -вспомогательное время на установку и снятие детали,

=3мин [таб.121] ,

-время связанное с переходом, =0,1мин (таб.123 [24]) ,

-время на замеры, =0,08мин (таб.36 [24]),

-время на очистку приспособления от стружки, =0,15 мин (таб.122 [24]),

-включить, выключить станок, =0,02 мин (таб.124 [24]),

-время на изменение частоты вращения шпинделя,

=0,08 мин (таб.124 [24]),

-установить и снять инструмент, =0,17 мин (таб.124 [24]),

-время на вывод сверла, =0,11 мин (таб. 126 [24]),

-время на перемещение детали, =0,03 мин (таб.126 [24]),

-время на подвод и отвод инструмента, =0,03(таб.126 [24]).

и) основное время операций:

к) штучное время:

, (2.15)

где, -поправочный коэффициент , =1,23 (таб. 40 [24]),

-время на обслуживание рабочего места, %, =4%( таб. 41 [24]),

-время перерывов на отдых и личные надобности ,% ,

=4% ( таб. 41 [24]),

Все расчеты сведены в таблицу 2.4.

Таблица 2.4 - Сверлильная оперция.

Наименование режима	Переход 1: сверление канала Ш 7 мм.	Переход 2: рассверливание канала Ш 12 мм.
1.Подача, ,мм/об.	0,18	0,42
2. Скорость резания, ,м/мин.	18,4	19
3. Частота вращения шпинделя, ,об/мин.	681	378
4. Частота вращения шпинделя по паспортным данным, ,об/мин.	600	400
5. Фактическая скорость резания,,м/мин.	16,2	20,1
6. Минутная подача, ,мм/мин.	108	168
	Обработка на таких режимах возможна
7. Мощность обработки, ,кВт.	0,32	1,05
8. Глубина сверления, ,мм.	10	4
9. Основное время, ,мин.	0,09	0,02
10.Вспомогательное время, ,мин.	10,43
11.Штучное время, ,мин	15

III. Норматив на финишное шлифование коленчатого вала двигателя ЗИЛ-130 составляет 150 минут [27]. Принимаю время на предварительное шлифование 40 мин.

IV. Нормативное время на правку коленчатого вала ЗиЛ-130 составляет 20 минут [27].

V. Нормативное время на мойку коленчатого вала составляет 15 минут [27].

VI. время на контрольные операции и дефектовку коленчатого вала составляет 8 мин [27].

VII. Нормативное время на слесарные работы 5 мин. [27].

Время, требуемое на весь технологический процесс восстановление коленчатого вала, представлено в таблице 2.3.

Таблица 2.5 - Время технологического процесса восстановления коленчатого вала ЗиЛ - 130

Наименование операций.	Штучное время, мин.
005.Контрольная. 010. Шлифовальная. 015. Моечная. 025. Наплавочная. 030. Правка. 035. Шлифовальная. 040. Контрольная. 045. Сверлильная. 050.Слесарная.	8 40 15 140 20 150 8 15 5
Итого, :	401

2.8 Определение трудоемкости

Трудоемкость восстановления одного коленчатого вала:

,(2.16).



Общая годовая трудоемкость:

где, П - годовая программа участка восстановления коленчатых валов, шт,

П=1500 шт.

2.9 Расчет количества рабочих

Действительный годовой фонд рабочего времени в 2012 году:

,(2.18)

где , -количество праздничных дней в году, =12 дней;

-продолжительность рабочей смены, =8 часов;

-сокращение рабочей смены в праздничные дни, =1 час,

-количество праздничных дней в году, =9 дня,

-число рабочих дней отпуска, =24 дней,

-коэффициент потерь рабочего времени, =0,97-0,98

.

Потребное количество рабочих:

,(2.19)

Принимаю 6 человек, работа в одну смену.

2.10 Расчет и подбор оборудования

Количество основного оборудования:

, (2.20)

где, -действительный годовой фонд времени оборудования, чел/час

Годовой фонд рабочего времени единицы оборудования рассчитывается по формуле:

(2.21)

где, Д_р - число рабочих дней в году в участке, дни; Д_р=249

К_см - коэффициент сменности работы участка восстановления коленчатых валов;

Т_см - продолжительность смены, часы: 8 часов;

Ф_с - сокращенные часы в предпраздничные дни на 1 час, равны количеству предпраздничных дней;

К_п - коэффициент, учитывающий простои станков в ремонте, составляет 0,98 при работе в 1 смену

час.

Принимаю 5 единиц оборудования:

Установка и стенд для газопламенного напыления - 1 шт.;

Станок круглошифовальный - 3 шт.;

Станок сверлильный - 1 шт.

На оснований приведенных расчетов принимаю для технологического процесса восстановления коленчатых валов двигателя ЗИЛ-130 следующее оборудование и технологическую оснастку.

Оборудование и оснастка сведена в таблицу 2.6

Таблица 2.6 - Принятое оборудование участка восстановления коленчатых валов ЗиЛ - 130.

Тип оборудования.	Марка станка.	Набольший диаметр, и расстояние между центрами, мм.	Габаритные размеры, мм.	Кол-во.	Занимаемая площадь,
1.Стенд для газопламенного напыления	Собств. изг.	220х1335	2723х864х1524	1	2,35
2.Установка газопламенного напыления	«Техникорд ТОП-ЖЕТ/2»		480х450х950	1	0,22
3.Вертикально-сверлильный станок.	ГС 2112	400	740х410х960	1	0,3
4. Станок кругло-шлифовальный для коленвалов	3Д423	1600	3150x1730x1830	3	16,36
5.Вертикально гидравлический пресс.	ПВ-5	250	770х790х1750	1	0,6
6.Моечная машина.	L152	1400	2160х1800х2390	1	3,9
7.Верстак слесарный.			800х1200х600	1	0,96
8.Электропечь камерного типа.	НКО 8.10. 8\7		1000х800х800	1	0,8
9.Стеллаж для деталей.			1300х600х1000	4	0,78
10. Стеллаж.			600х300х1500	1	0,18
11.Рампа для баллонов с газом.			2000х1500х1500	1	3
12.Ларь для отходов.			700х700х600	1	0,49
Суммарная площадь, занятая оборудованием,	29,94



2.11 Площадь производственного помещения:

где , - суммарная площадь, занятая оборудованием,

Коб - коэффициент плотности расстановки оборудования. Коб =(4.0…4.5),

Площадь модернизируемого реально существующего участка равна F=130 м². Из этого следует, что строительных работ по расширению или перепланировке участка не требуется.

2.12 Определение необходимого количества порошковой проволоки на один восстанавливаемый коленчатый вал

Дипломнным проектом предлагается применение в качестве напыляемого материала порошковая проволока 30Х8Т2ИУ [2.3].

В расчетах рассмотрим наплавляемый слой как полый цилиндр для определения необходимого напыляемого объема.

,(2.23)

где , - ширина шейки, см,

- радиус шейки после напыления, см,

- радиус шейки до напыления с учетом проплавления основного металла, см,

-количество шеек.

Для шатунной шейки:

=5,8 см,

=3,27 см,

=3,1см,

=4

Для первой коренной шейки:

=3,15 см,

=3,805 см,

=3,575см,

=1

Для пятой коренной шейки:

=4,55 см,

=3,805 см,

=3,575 см,

=1

Для коренной шейки:

=3,2 см,

=3,805 см,

=3,575 см,

=3

Общий наплавляемый объем:



Масса наплавленного металла:

где , - плотность наплавляемого металла, =6,3,

2.13 Годовой расход материалов участка

2.13.1 Годовой расход проволоки:

2.13.2 Годовой расход заглушек:

где , -количество заглушек на один коленчатый вал, шт, =13шт.

2.13.3 Годовой расход газа

Горючий газ (МАФ):

,

где: - годовой расход горючего газа МАФ, м³;

- годовая программа, шт;

- расход рабочего газа, м³/час; =1,8 м³/ч;

- время наплавки одного коленчатого вала, мин; =43,58 мин.

2.13.4 Транспортирующий газ (кислород):



3 Конструкторская часть

Целью данного раздела дипломного проекта является разработка универсального привода для вращения деталей класса круглые стержни, с целью восстановления способом электродуговой металлизации.

3.1 Анализ конструкций

Устройство для обработки шатунных шеек коленчатых валов, содержащее опоры с вкладышами для установки вала по коренным шейкам и размещенные на корпусе упоры для углового ориентирования вала.

Изобретение относится к технологии машиностроения и может быть использовано при ремонте двигателей внутреннего сгорания.

Цель изобретения -- повышение точности установки шатунной шейки. Поставленная цель достигается тем, что устройство для обработки шатунных шеек коленчатых валов, содержащее опоры с вкладышами для установки вала коренными шейками и размещенные на корпусе упоры для углового ориентирования вала, снабжено установленными с возможностью фиксации на корпусе эксцентриковыми осями, на которых размещены упоры.

На рисунке 3.1 изображена передняя опора устройства для обработки шатунных шеек коленчатых валов(SU 1017472 A).



1 - опора; 2 - корпус; 3 - сменный вкладыш; 4-упоры; 5 - эксцентриковая ось; 6 - болт; 7 - призма; 8 - деталь.

Рисунок 3.1 -- Передняя опора устройства для обработки шатунных шеек коленчатых валов (SU 1017472 A)

Устройство состоит из передней опоры 1, устанавливаемой на шпиндель передней бабки шлифовального станка, и задней опоры, устанавливаемой на задней бабке. Передняя опора имеет корпус 2 со сменным вкладышем 3, соответствующем размеру коренной шейки коленчатого вала 8, призму 7 и болт 6 для крепления коленчатого вала, откидные подпружиненные упоры 4 для угловой ориентации вала (совмещения осей обрабатываемой шатунной шейки и шпинделя станка). Упоры установлены на корпусе с помощью эксцентриковых, осей 5, позволяющих производить регулировку упоров. Задняя опора устроена аналогично, но не имеет упоров.

Коленчатый вал устанавливается своими крайними коренными шейками на вкладыши 3 опор, упирается технологической площадкой на противовесе в один из упоров, что соответствует соосному положению одной из шатунных шеек и шпинделя станка, закрепляется с помощью призмы 7 и болта 6. После обработки шейки вал раскрепляют и производят переустановку его для обработки следующей шатунной шейки путем поворота вала на вкладышах до прощелкивания следующего упора 4 и затем обратного доворота до контакта упора и базовой поверхности лыски (технологическая площадка) и цикл повторяется.

Достоинством данного изобретения является то, что регулировка производится каждого упора в отдельности, что позволяет производить более точную установку шатунной шейки.

Недостатками устройства является низкая производительность установки детали за счет использования индикаторных приспособлений.

Центрирующее устройство к шлифовальному станку для обработки шатунных шеек (SU 560735 A).

Центрирующее устройство (SU 560735 A), показанное на рисунке 3.3 состоит из корпуса призмы 4, установленного и закрепленного в выемках правого и левого зажимных патронов 1.



1 - зажимной патрон; 2 - винт; 3 - стопорная шайба; 4 - корпус призмы; 5 - сменный подвижной вкладыш; 6 - деталь;7 - откидная крышка; 8 - скоба; 9 - подвижный сухарь;10 - круглая гайка.

Рисунок 3.2 -- схема центрирующего устройства, установленного в зажимном патроне станка

В верхней части корпуса призмы 4 (опорный элемент) в эксцентричной направляющей установлен сменный подвижный вкладыш 5, в котором наружная поверхность смещена относительно внутренней базовой поверхности. Последняя, смещена относительно оси вращения зажимного патрона 1 на величину радиуса кривошипа коленчатого вала.

В нижней части корпуса призмы 4 находится механизм перемещения вкладыша 5, состоящий из скобы 8, прикрепленной к вкладышу 5, внутри которой находится подвижный сухарь 9 с круглой поворотной гайкой 10. Винт 2 соединяется с круглой гайкой 10 и от продольного перемещения в корпусе призмы 4 стопорится шайбой 3.

С двух противоположных сторон корпуса призмы 4 закреплены радиусные планки, имеющие продольные вырезы на величину радиального перемещения вкладыша 5, в которые заходят головки винтов, удерживающих вкладыш 5 от выпадения из корпуса призмы 4.

На торце вкладыша 5 имеется градусная шкала, показывающая величину вертикального перемещения внутренней базовой поверхности вкладыша 3 относительно его наружной эксцентричной поверхности 4.

Коленчатый вал базовой шейкой укладывается на внутреннюю базовую поверхность вкладыша 5 и крепится в зажимном патроне 1 откидной крышкой 7.

Достоинством данного устройства является повышеная производительность центрирования обрабатываемой шейки коленчатого вала.

Это достигается тем, что опорный элемент предлагаемого устройства снабжен подвижным относительно него сменным вкладышем с цилиндрическими наружной и внутренней поверхностями, наружная поверхность которого выполнена эксцентрично по отношению к внутренней базовой поверхности и сопряжена с рабочей поверхностью опорного элемента, выполненной также эксцентрично по отношению к центрам станка. При этом внутренняя базовая поверхность сменного вкладыша образована радиусом, равным радиусу обрабатываемой поверхности, центр которой совмещен с линией центров станка. А также тем, что устройство снабжено механизмом перемещения сменного вкладыша с установленной на торце вкладыша нониусной шкалой, нулевая отметка отсчета делений которой нанесена на торце опорного элемента.

Недостатком данного устройства является дороговизна и сложность изготовления.

Устройство для обработки шатунных шеек коленчатых валов (SU 500033 A1). Изобретение относится к технологии машиностроения и может быть использовано на предприятиях по ремонту автотракторных двигателей.

Устройство состоит из передней опоры, установленной на передней бабке шлифовального станка и задней опоры, установленной на задней бабке станка.

Предложенное устройство для механической обработки шатунных шеек коленчатых валов снабжено механизмом фиксации упорной скобы в осевом направлении, выполненным в виде винтов, жестко связанных с прижимной планкой и взаимодействующих с установленными в корпусе зубчатыми колесами. На рисунке 3.3 изображена передняя опора.

На опоры коренными шейками укладывают обрабатываемый коленчатый вал, зажимают его с помощью призм 5 и винтов 4, обеспечивающих, кроме этого, передачу крутящего момента. Корпус 2 передней опоры укреплен на планшайбе шпинделя передней бабки станка.



1 - упорная скоба; 2 - корпус опоры; 3 - сменный вкладыш; 4 - винт; 5 - призма; 6 - прижимная планка; 7 - винт; 8 - винт; 9 - зубчатое колесо; 10 - противовес.

Рисунок 3.3 -- Передняя опора устройства для обработки шатунных шеек коленчатых валов (SU 500033 A1)

На корпусе соосно ему смонтирована опора, в выточке которой размешен сменный вкладыш 3. Вдоль другого паза опоры; выполненного концентрично выточке для сменного вкладыша 3, может перемешаться соосно обрабатываемому валу упорная скоба 1. Скоба 1 служит для установки обрабатываемого коленчатого вала по углу кривошипов и удерживается дуговой прижимной планкой 6. Последняя прижимается механизмом удержания, расположенным в корпусе 2 и состоящем из винта 7 и зубчатых колес 9, в которые при их повороте ввинчиваются винты, жестко связанные с прижимной планкой 6. Балансировка системы обеспечивается противовесом 10, закрепленным на корпусе винтами 8.

Задняя опора устроена аналогично передней, но в ней отсутствует упорная скоба для установки коленчатого вала по углу кривошипов и механизм удержания упорной скобы в необходимом положении. Коленчатый вал укладывают на вкладыши передней и задней опор так, чтобы шатунная шейка, имеющая медианное или близкое к нему угловое отклонение от положений остальных шатунных шеек и конструкторской базы оказалось бы против закрепленного на станине станка ориентирующего приспособления по опорной призме которого производится угловая ориентация коленчатого вала. Упорную скобу 1 перемешают до соприкосновения соответствующего базирующего упора этой скобы с технологической площадкой вала, служащей для его угловой ориентации.

После этого закрепляют упорную скобу прижимной планкой 6 посредство...