Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

В современном машиностроении применяются различные конструкционные материалы.

Однако и до настоящего времени чугун является одним из основных конструкционных материалов. Например, вес чугунных отливок составляет до 50% веса машин.

Это обусловливается простотой и относительной дешевизной изготовления чугунных деталей, хорошими литейными свойствами чугуна, его высокой износостойкостью, малой чувствительностью к концентраторам напряжений, способностью гасить вибрацию и т. д.

Одной из актуальных задач стоящих перед организациями, эксплуатирующих автомобильную и автотракторную технику, является продление срока службы отработавших деталей, в том числе и чугунных. Сварка и наплавка чугуна широко применяется при ремонте вышедшего из строя различного оборудования.

Однако она связана со значительными трудностями. Это связано с тем, что металл шва и околошовной зоны очень склонен к образованию твердых непластичных структур (ледебурита, мартенсита) и трещин вследствие больших скоростей охлаждения при сварке и наплавке, низкой прочности чугуна и почти полного отсутствия пластичности. Это осложняет решение многих вопросов, связанных с разработкой сварочных материалов (электродов, проволоки, флюсов и др.) для сварки чугуна.

Горьковский автомобильный завод широко применяет в двигателях своих автомобилей детали из чугуна.

Одной из них является коленчатый вал.

Целью дипломного проекта является разработка технологического процесса восстановления чугунных коленчатых валов двигателя ЗМЗ - 53А позволяющего избежать выше перечисленных недостатков с возможностью применения в небольших ремонтных подразделениях МПС РФ.

Большую работу по изучению процессов, протекающих при сварке и наплавке чугуна, провели исследователи: Доценко Г. Н., Доценко Н. И., Луппиан Г. Э. и др. Работы этих исследователей использованы в дипломном проекте.

чугунный коленчатый вал шлифовка

1. Литературный обзор и обоснование темы дипломного проекта

1.1. Описание изделия и технические условия на ремонт чугунного коленчатого вала

Чугунные коленчатые валы в автомобильных двигателях стали применять с 1960 года [3]. Высокопрочные чугуны по ГОСТ 7293-85 делятся на два класса: перлитные (ВЧ 45-0; ВЧ 50-1,5; ВЧ60-2) и ферритные (ВЧ 40-0; ВЧ 40-6). Большое применение нашли чугуны перлитного класса благодаря высокой прочности и износостойкости.

В табл. 1.1 приведены сведения о прочностных свойствах высокопрочного, серого, модифицированного, ковкого чугунов и стали 45.

Из табл. 1.1. видно, что основные механические свойства перлитного высокопрочного чугуна примерно такие же, как и у стали 45 и значительно выше, чем у других чугунов. При этом себестоимость отливок из высокопрочного чугуна в 2-2,5 раза ниже по сравнению с себестоимостью отливок из ковкого чугуна и поковок стали 45 [3].

Усталостная прочность.

Применение высокопрочного чугуна взамен стали 45, для изготовления коленчатых валов стало возможным благодаря его высокой усталостной прочности. Соотношение по усталостной прочности для стальных и чугунных образцов гладких и коленчатых валов одинаковой формы представлены в табл. 1.2 [2].

По данным табл. 1.2. у образцов гладких валов, изготовленных из высокопрочного чугуна, предел усталостной прочности на 18% меньше, чем у образцов изготовленных из стали 45; у коленчатых валов, изготовленных из тех же металлов, эта разница равна всего 4%. Объясняется это тем, что усталостные трещины вызывающие разрушения чугунных коленчатых валов, возникают в местах концентрации напряжений на галтелях, а высокопрочный чугун сохраняет присущую всем чугунам малую чувствительность к концентрации напряжений.

Износостойкость.

Высокую износостойкость высокопрочного чугуна с перлитной основой, не уступающую закаленной стали 45, большинство исследователей [4] объясняют наличием на его поверхности вскрытых графитовых включений, которые служат смазкой, а освободившиеся полости являются накопителями дополнительной смазки, необходимой при пуске и остановке двигателя.

При сравнении стальных и чугунных коленчатых валов в опубликованных работах [5,7] указывается, что при твердости стальных шеек HRC 56 их износостойкость равна износостойкости шеек чугунного коленчатого вала, при твердости шеек менее HRC 56 - меньше и при твердости более HRC 56 - больше износостойкости шеек чугунного коленчатого вала.

Технические условия на ремонт.

У коленчатых валов, поступающих на сборку, масляные каналы и грязеуловители должны быть тщательно очищены от шлама.

Шатунные шейки должны иметь диаметр - 60,00-0,013 мм.

Коренные - 70,00-0,013 мм.

Овальность и конусность шеек коленчатого вала не должны превышать 0,01 мм.

Чистота поверхности шеек должна соответствовать 5 квалитету Ra 0,2-0,4

Длина передней коренной шейки должна быть в пределах 30,45-30,90 мм.

Длина шатунной шейки 52,0-52,2 мм.

Радиусы галтелей шатунных шеек должны быть в пределах 1,2-2,0 мм, коренных 1,2-2,5 мм.

При вращении вала, установленного в призмы на крайние коренные шейки, биение не должно превышать:

а) для средней коренной шейки - 0,02 мм.

б) для шейки под распределительную шестерню - 0,03 мм.

в) для шейки под ступицу шкива вентилятора - 0,04 мм.

г) для шейки под задний сальник - 0,04 мм.

д) фланца по торцу - 0,04 мм.

Не параллельность осей шатунных и коренных шеек - не более 0,012 мм на длине каждой шейки.

1.2. Дефекты и неисправности чугунного коленчатого вала

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 части коленчатого вала подвергаются повышенному износу, что в свою очередь приводит к появлению на этих поверхностях надиров, сколов, микротрещин, раковин, которые могут привести к поломке коленчатого вала и выходу из строя всего двигателя.

1.3. Современные технологии восстановления чугунных коленчатых валов.

В настоящее время чугунные коленчатые валы используются в двигателях автомобилей горьковского автомобильного завода, марки автомобилей ГАЗ-53А, ГАЗ-66, «Волга», «Газель». В некоторых автохозяйствах парк этих машин составляет до 80% от всего количества машин. Перестройка народного хозяйства и структурные изменения в нашей стране привели к разукрупнению автохозяйств, появлению мелких парков машин со смешанной формой собственности. Одной из задач, вставшей перед этими автохозяйствами, становится поддержание машин в рабочем состоянии при ограниченных финансовых ресурсах. По этому процесс восстановления изношенных деталей является на сегодняшний день актуальной задачей.

Существует несколько технологий восстановления чугунных коленчатых валов [3]:

Шлифовка под ремонтные размеры.

Один из часто применяемых способов восстановления работоспособности коленчатых валов. Преимущества этого способа в его технологической простоте. Из оборудования требуется наличие кругло шлифовального станка и типовой оснастки к нему. Но у этого способа имеется и ряд недостатков. Потеря взаимозаменяемости деталей, потребность в деталях (вкладыши) с ремонтными размерами, наличие складских площадей под них.

Вибродуговая наплавка в жидкости.

При этом способе качество наплавленного металла зависит от многих факторов и резко ухудшается при изменении режимов наплавки и химического состава электродной проволоки. Поэтому даже при хорошо отлаженном процессе восстановления на шейках чугунных коленчатых валов часто встречаются поры и трещины. Количество пор увеличивается по глубине слоя, поэтому восстановленные чугунные коленчатые валы шлифуют лишь до третьего ремонтного размера, а затем выбраковывают. Усталостная прочность чугунных коленчатых валов, восстановленных вибродуговой наплавкой в жидкости, снижается на 35-40% [6]. Однако благодаря двукратному запасу прочности в эксплуатации наблюдается незначительное количество их поломок. Но применение этого способа наплавки для восстановления чугунных коленчатых валов двигателей грузовых автомобилей из-за значительного снижения усталостной прочности становиться не приемлемым.

Вибродуговая наплавка в водокислородной среде [9].

При этом способе восстановления наплавленный металл имеет структуру троостита, переходящую в сорбитообразный перлит с твердостью слоя HRC 42-48. Такой металл по износостойкости уступает высокопрочному чугуну, тем не менее, коленчатые валы восстановленные этим способом, обеспечивают срок службы двигателей соответствующий пробегу автомобиля 50-60 тыс. км. Сведений об усталостной прочности чугунных коленчатых валов, восстановленных наплавкой в водокислородной среде, не имеется. В целом эксплуатационные свойства таких валов изучены не достаточно, но из-за низкой в сравнении с высокопрочным чугуном износостойкости наплавленного металла этот способ наплавки не может быть рекомендован к повсеместному использованию.

Однослойная наплавка под флюсом.

Этот способ наплавки исследовался в НИИАТе и КАЗНИПИАТе [3]. Для наплавки применяли проволоку разных марок, в том числе пружинную 2 класса ГОСТ 1071-81, ОВС, НП-30ХГСА, 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.

Этот способ наплавки разработан в НИИАТе [3]. 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 ЗМЗ 53-А, восстановленных двухслойной наплавкой под легирующим флюсом, снижается на 26- 28% т.е. меньше, чем при вибродуговой наплавке в жидкости. Наличие на поверхности шеек большого количества трещин не позволяет рекомендовать этот способ для широкого применения.

Двухслойная наплавка порошковой проволокой.

Этот способ разработан в Казахском научно-исследовательском институте автомобильного транспорта в 1966 году [3]. Наплавленный металл второго слоя имеет структуру мартенсита и твердость HRC 56-60. Существенным недостатком этого способа наплавки является образование пор, раковин и трещин в наплавленном слое. Износостойкость наплавленных шеек находится на уровне не наплавленных. Усталостная прочность восстановленных чугунных коленчатых валов снижается на 44%. В связи с выше перечисленными недостатками этот способ восстановления чугунных коленчатых валов рекомендовать нельзя.

Наплавка в среде углекислого газа.

Способ наплавки разработан в НИИАТе [3]. Шейки чугунных коленчатых валов наплавлялись проволокой разных марок, в том числе Нп-2Х13, ОВС, Св-12ГС, Нп-30ХГСА, Св-08 и другими. Во всех случаях структура наплавленного металла была неудовлетворительной, в слое имелись поры и трещины. Наименьшее количество дефектов на поверхности шеек получается при наплавке проволокой Нп-2Х13, наплавленный металл при этом имеет структуру аустенита с карбидной сеткой и неравномерную по длине твердость, колеблющуюся от HRC 51-60. Износ шеек чугунных коленчатых валов, наплавленных в углекислом газе проволокой Нп-2Х13, был больше не наплавленных шеек. Усталостная прочность при этом способе снижается на 45-50%. Из-за указанных недостатков такую наплавку применять нецелесообразно.

Плазменная металлизация [10].

Среди новых технологических процессов большой интерес для процесса восстановления деталей автомобилей представляет способы нанесения металлопокрытий с использованием плазменной струи в качестве источника тепловой энергии. Наиболее перспективным способом восстановления деталей нанесением износостойких металлопокрытий является плазменное напыление с последующим оплавлением покрытия. При этом в металле оплавленного покрытия доля основного металла минимальна. Покрытие обладает высокой износостойкостью, без пор и трещин. Процесс является высокопроизводительным. Недостатком этого способа является высокие начальные капиталовложения в оборудование. В нынешних условия при отсутствии оборотных средств у предприятий этот недостаток не позволяет рекомендовать способ к повсеместному использованию.

9. Лазерный способ восстановления[10].

Этот способ не может быть рекомендован к использованию на данном этапе в силу высокой стоимости оборудования и высокой требовательности к обслуживающему персоналу и культуре производства.

10. Наплавка под легирующим флюсом по оболочке [3].

Этот способ восстановления чугунных коленчатых валов разработан в НИИАТе и позволяет получить наплавленный металл без пор и трещин при более высокой, по сравнению с другими способами, усталостной прочности восстановленных чугунных коленчатых валов. Достоинством этого способа является отсутствие пор и трещин, высокие прочностные характеристики и простое, доступное по цене, оборудование.

Сущность способа восстановления чугунного коленчатого вала с применением защитных металлических оболочек:

Сущность способа заключается в следующем. Деталь обвертывают, металлической оболочкой из листовой стали, плотно прижимают оболочку к поверхности детали с помощью специального приспособления и сваркой в среде углекислого газа прихватывают ее в стыке. После удаления приспособления производят автоматическую наплавку детали под флюсом по металлической оболочке непосредственно.

Известно [12], что для устранения трещин в наплавленном металле необходимо уменьшить в нем содержание углерода, кремния, марганца, серы и фосфора. Поскольку высокопрочный чугун содержит значительное количество этих элементов, при экспериментах применяли оболочку из стали 08 и проволоку Св-08, содержащие их в небольшом количестве.

При наплавке под флюсами АН-348А, ОСЦ-45, АН-15, АН-20 лучшее формирование слоя и меньшее количество дефектов получилось при использовании флюса АН-348А. С увеличением толщины [3] оболочки глубина проплавления высокопрочного чугуна уменьшается (Рис.1.6), соответственно уменьшается поступление в наплавленный металл углерода, кремния, марганца и других элементов. Поэтому для получения наплавленного металла мартенситной структуры с твердостью HRC 56-62 во флюс добавляли графит и феррохром, обеспечивая содержание в наплавленном металле углерода 0,6-0,8% и требуемое количество хрома.

При толщине оболочки 0,8 мм трещины и поры в наплавленном металле отсутствовали, в то время как при обычных способах наплавки высокопрочного чугуна при содержании углерода 0,6-0,8% трещин и пор избежать не удается.

Роль оболочки в устранении пор и трещин.

С увеличением толщины оболочки уменьшается глубина проплавления чугуна и соответственно количество образующейся окиси углерода, вызывающей образование пор. При толщине оболочки 0,8 мм и более небольшое количество окиси углерода успевает выделиться из расплавленного металла и пор в нем не наблюдается. Устранению трещин при наплавке по оболочке способствует два фактора: уменьшение поступления в наплавленный слой кремния, марганца, магния и уменьшение величины и скорости нарастания растягивающих напряжений в наплавленном валике в период его кристаллизации благодаря уменьшению сил сопротивления усадок валика за счет перемещения или пластической деформации оболочки. Доказано [13], что образование горячих трещин происходит в период нахождения расплава в твердожидком состоянии при определенной величине и скорости нарастания внутренних напряжений.

Процесс усадки наплавленного металла происходит следующим образом. При наплавке часть металла, Т.Ж (Рис. 1.8), находится в твердожидком состоянии и при усадке уменьшается в радиальном А, тангенциальном Б и осевом направлениях. Усадке валика в радиальном направлении А чугун не препятствует. Усадке в тангенциальном направлении Б препятствует ранее наплавленный валик по контуру аб, чугун по контуру бвг и оболочка по контуру гд. При наплавке по винтовой линии в наплавленном металле в основном возникают кольцевые трещины, поэтому рассматриваем процесс усадки валика в осевом направлении В. Сопротивление усадке валика в осевом направлении по контуру зи незначительно, поскольку разница в температуре на границе твердожидкого и твердого металла невелика и их усадка происходит почти одновременно. Поэтому усадке валика в направлении В препятствует только чугун по контуры вг и оболочка по контуру гд.

При усадке валика в начале происходит упругая деформация оболочки и чугуна. Поскольку чугун почти не обладает упругими свойствами [1], скорость нарастания растягивающих напряжений со стороны оболочки в несколько раз меньше, чем со стороны чугуна. После достижения предела текучести, происходит пластическая деформация оболочки и чугуна, поэтому внутренние напряжения в них не превзойдут предела текучести т.е.

, (1.1)

, (1.2)

где , - напряжения в оболочке и чугуне;

, - пределы текучести оболочки и чугуна.

Остальные напряжения в валике будут равны отношению суммы усилий сопротивления усадке со стороны чугуна и оболочки к площади поперечного сечения валика.

Для случая с закрепленной оболочкой, напряжения в валике можно выразить уравнением:

(1.3)

где Н - высота валика, мм;

- глубина проплавления чугуна при наплавке без оболочки, мм;

- толщина оболочки, мм;

R - коэффициент, учитывающий разность теплофизических свойств чугуна и оболочки;

Таким образом, для уменьшения внутренних напряжений в наплавленном слое металла и для предупреждения образования трещин в нем, необходимо применять оболочки с низким пределом текучести и высокой пластичностью. Такими свойствами обладает малоуглеродистая сталь. При наплавке по оболочке толщиной 0,8-0,9 мм глубина проплавления чугуна уменьшается с 2,4 мм до 1,0 мм [3]. Соответственно величина остаточных напряжений уменьшается примерно в 2,4 раза.

Мартенситную структуру наплавленного металла можно получить путем: термообработки, охлаждением слоя жидкостью в процессе наплавки либо путем введения в наплавленный металл легирующих элементов, через флюс [14] или проволоку. Сущность последнего способа заключается в следующем. С увеличением содержания углерода в стали, твердость образующего мартенсита увеличивается и достигает HRC 60-62 при 0,6-0,8% углерода [12]. Углерод одновременно снижает точки начала и конца мартенситных превращений в область отрицательных температур. Поэтому при увеличении его содержания более 0,8% твердость наплавленного металла снижается за счет увеличения в нем остаточного аустенита. С увеличение содержания легирующих элементов, хрома или марганца, в наплавленном слое кривые превращения сдвигаются вправо, что приводит к уменьшению критической скорости закалки при охлаждении детали на воздухе. Стойкость образованного мартенсита против отпуска увеличивается, поэтому при недостаточном количестве легирующих элементов может произойти отпуск ранее наплавленных валиков (швов) вследствие значительного нагрева слоя в процессе наплавки. Точки начала и конца мартенситных превращений снижаются в область отрицательных температур, поэтому чрезмерное увеличение легирующих элементов приводит к увеличению количества остаточного аустенита в наплавленном металле и снижению твердости последнего. Стойкость аустенита в зоне мартенситных превращений повышается, поэтому при охлаждении наплавленного металла для превращения аустенита в мартенсит требуется больше времени. При наплавке это явление способствует увеличению количества остаточного аустенита и снижению твердости наплавленного металла.

В соответствии с выше изложенным для получения наплавленного металла мартенситной структуры с твердостью порядка HRC 60-62 в нем должно содержаться 0,6-0,8% углерода и определенное количество легирующих элементов, зависящее от термического цикла наплавленного слоя. В нашем случае целесообразно применять хром. Некоторые другие легирующие элементы, например марганец, способствуют образованию трещин в наплавленном слое.

Опыты по получению металла с мартенситной структурой проводились в следующем порядке [3]. Сначала к флюсу примешивали графит с целью получения в наплавленном металле 0,6-0,8% углерода, затем к тому же флюсу с найденным количеством графита примешивали феррохром для получения мартенситной структуры при охлаждении наплавленного металла на воздухе.

Углерод и легирующие элементы в наплавленный металл можно вводить также применением порошковой проволокой, легирующего или керамического флюса, легированной проволоки и легированной оболочки.

По результатам опытов в табл. 1.3 представлены данные экспериментальных наплавок коленчатых валов двигателей ЗМЗ-53А.

Как видно из табл. 1.3, наиболее высокая твердость металла со структурой мартенсита получается при наплавке под легирующим флюсом, содержащим 4% графита и 3,5% феррохрома. При этом наплавленный металл содержит 0,8% углерода, 1,8% хрома, 1,79% марганца, 0,65% кремния и в незначительном количестве другие элементы.

Эксплуатационные испытания на износостойкость проводились следующим образом [3]. Испытывали чугунные коленчатые валы двигателя ЗМЗ-53А, у которых по две шатунных и по две коренных шейки были наплавлены под легирующим флюсом по оболочке. Часть шеек наплавляли под легирующим флюсом с меньшим количеством феррохрома, в результате они имели твердость HRC 50-60, остальные шейки имели твердость HRC 50-62. Наличие шеек с таким диапазоном твердости позволило определить зависимость между твердостью и износостойкостью наплавленного металла относительно высокопрочного чугуна. Чугунные коленчатые валы обрабатывались в соответствие с механическими требованиями завода и устанавливали на капитально отремонтированные двигатели.

Двигатели эксплуатировали в обычных условиях без разборки до появления технических неисправностей, после чего их снимали с автомобилей, разбирали и замеряли диаметры и толщины вкладышей.

В табл. 1.4 приведены данные по относительному износу наплавленных шеек по девяти коленчатым валам со сроком службы, соответствующим пробегу автомобиля 50-70 тыс. км.

Из табл. 1.4 видно, что наплавленные шейки с твердостью более HRC 56 изнашиваются меньше, а с твердостью менее HRC 56 изнашиваются больше не наплавленных чугунных шеек. Поскольку при оптимальном составе легирующего флюса твердость наплавленного металла колеблется в пределах HRC 56-62, износостойкость восстановленных чугунных коленчатых валов получается не ниже новых.

Данные по износостойкости вкладышей с шейками тех же валов, см. табл. 1.4, приведены в табл. 1.5.

Как видно из табл. 1.5, износ вкладышей, сопряженных с наплавленными шейками, меньше, чем с не наплавленными.



Испытанию на статическую прочность подвергали новые коленчатые валы и восстановленные наплавкой. Результаты приведены в табл. 1.6.

Как видно из табл. 1.6, при всех способах наплавки происходит снижение прочности восстановленных чугунных коленчатых валов.

Испытанию на усталостную прочность проводились не машине УП-50 конструкции ЦНИИТМАШ на натуральных образцах. Машина УП-50 предназначена для возбуждения и поддержания, заданных по величине переменных изгибающих напряжений. Результаты испытаний на усталостную прочность приведены в табл. 1.7.

Как видно из табл. 1.7, усталостная прочность при любом способе наплавки снижается. Наименьшее снижение усталостной прочности 10-15% происходит при наплавке под легирующим флюсом по оболочке. Наибольшее снижение усталостной прочности при наплавке в углекислом газе подтвердилось поломкой экспериментального чугунного коленчатого вала в эксплуатации.

1.4 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 [11], 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.

1.5 Задачи дипломного проекта

В настоящее время в производственных подразделениях МПС РФ существует потребность в надежном и не требующем высокотехнологического оборудования способе восстановления чугунных коленчатых валов ГАЗ - 53А. Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи:

Требуется разработать технологический процесс включающий в себя:

Выбор оборудования и технологической оснастки;

Расчет и выбор режимов восстановления;

Техническое нормирование операций;

Технологическую документацию;

Проектирование участка;

Разработку и расчет приспособлений;

Технико-экономический расчет;

Технику безопасности при проведении работ.

2. Проектирование технологического процесса восстановления чугунного коленчатого вала двигателя ЗМЗ-53А

2.1 Разработка маршрутного технологического процесса

Для осуществления качественных наплавочных операций требуется произвести подготовку ремонтных поверхностей мойкой. Грязь, жировые и масляные пленки при сварочных и наплавочных работах 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. Выполнения 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. Защитные оболочки устанавливаются на подготовленные поверхности шеек вала. Шейки вала должны иметь шероховатость не ниже Ra 1,25. Для этого шейки вала шлифуют на 1 мм меньше последнего ремонтного размера. Закрепление оболочек к шейкам вала производят сваркой. После закрепления оболочек требуется наплавить галтели шеек и после этого наплавить шейки вала. Обработку шеек вала под ремонтные размеры 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 0,32 шейки коленчатых валов полируют. Для удаления жировых и масляных пленок, а также грязи и стружки коленчатые валы моют. Для предотвращения появления следов ржавчины коленчатые валы консервируют смазкой.

Технология восстановления чугунных коленчатых валов двигателя ЗМЗ-53А автоматической наплавкой под легирующим флюсом по оболочке приведена в табл. 2.1.

Таблица 2.1.

	Технология
	Восстановления чугунного коленчатого вала двигателя ЗМЗ-53А
	автоматической наплавкой под легирующим флюсом по оболочке
	Материал - чугун магниевый высокопрочный ВЧ - 50-1,5
	Твердость НВ 196 - 203. Твердость шеек наплавки НRС 56 - 62.
	1 Мойка
	Промыть коленчатый вал в горячем растворе каустической соды	Моечная машина
	2 Слесарная
1	Установить коленчатый вал в тиски
2	Отвернуть пробки грязеуловителей	Верстак слесарный
3	Снять и перевернуть коленчатый вал	тиски, ключи
4	Повторить переход 2 для остальных шатунных шеек
5	Снять деталь
	3 Очистка грязеуловителей
1	Установить коленчатый вал в тиски	Верстак слесарный
2	Выбить грязь из двух грязеуловителей	тиски, ключи
3	Перевернуть коленчатый вал
4	Выбить грязь из двух оставшихся грязеуловителей	Металлический ерш
5	Снять деталь
6	Поставить коленчатый вал на установку для промывки грязеуловителей	Установка для
7	Промыть грязеуловители	промывки грязеуловителей.
8	Снять деталь
	4 Мойка
	Промыть коленчатый вал в горячем растворе каустической соды	Моечная машина
	5 Контроль
1	Установить коленчатый вал первой и пятой коренными шейками на призмы	Контрольная плита
2	Проверить биение третьей коренной шейки и при биении более 0,2 мм красить красной краской; такой вал подлежит правке на прессе	Призмы, индикатор, краска, кисть
3	Снять деталь
	6 Правка
1	Установить вал в электропечь и нагреть до 400 градусов С	Электропечь
2	Вынуть вал из печи и установить вал первой и пятой коренными шейками на призмы пресса	Призмы, индикатор
3	Проверить биение третьей коренной шейки и выправить вал до биения не превышающего 0,2 мм	Пресс
4	Снять деталь
	7 Центровка
1	Установить вал фланцем в патрон, а шейку под шестерню в люнет	Токарный станок, патрон 3х кулачковый
2	Выставить вал, обеспечив биение третьей коренной шейки не более 0,2 мм	Люнет, индикатор
3	Проверить резцом центровую фаску под углом 30 на глубину 3 мм	Резец ВК 8
4	Снять деталь
	8 Шлифование шатунных шеек под наплавку
1	Установить вал в центросмесители по 1 и 4 шатунной шейкам	Кругло-шлифовальный станок
2	Шлифовать 1 и 4 шейки до диаметра 57,5 мм	Центросмесители
3	Повторить переходы 1 и 2 для 2 и 3 шатунных шеек	Шлифовальный круг
4	Снять деталь	ЭСТ-25 (60) К
	9 Шлифование коренных шеек под наплавку
1	Установить вал в центра станка	Кругло-шлифовальный станок
2	Шлифовать все коренные шейки до диаметра 67,5 мм	Центра
3	Снять деталь	Микрометр 50-75 мм
	10 Прихватка оболочек к коренным шейкам
1	Надеть оболочку на 1 шейку вала	Металлическая
2	Вставить вал с оболочкой в зажимные кольца стенда	оболочка
3	Выставить оболочку	Стенд для зажима
4	Опустить вал	Полуавтомат А547р
5	Включить пневмокамеру
6	Прихватить оболочку
7	Выключить пневмокамеру
8	Поднять вал
9	Повторить переходы 1 - 8 для остальных коренных шеек
	11 Контроль
	Легким постукиванием металлического стержня проверить	Металлический
	плотность прилегания оболочек. При не плотном прилегании	стержень
	зубилом удалить оболочку и надеть новую.
	12 Заварка стыка оболочки
1	Положить коленчатый вал на стол для прижатия оболочек	См. опер. 10
2	Проварить стыки оболочек
	13 Прихватка оболочек к шатунным шейкам
	Повторить все переходы операции 10	См. опер. 10
	14 Контроль
	Повторить переходы операции 11	См. опер. 11
	15 Заварка стыка
	Повторить переходы операции 12
	16 Слесарная
	Завернуть пробки в грязеуловители	См. опер. 2
	17 Наплавка галтелей коренных шеек в углекислом газе
1	Установить вал на станок шейкой под шкив вентилятора	Установка для
	в патрон и отверстием во фланце в центр задней бабки	наплавки валов
2	Очистить шейки от грязи и масла	Мундштук для
3	Наплавить левые галтели всех коренных шеек	наплавки валов
4	Повернуть мундштук на 180 градусов	Патрон
5	Наплавить правые галтели всех коренных шеек
6	Снять деталь
	18 Наплавка галтелей шатунных шеек в углекислом газе
1	Установить вал в центросмесители	Центросмесители
2	Наплавить левые галтели 1 и 4 шейки	Мундштук для
3	Повернуть мундштук на 180 градусов	наплавки валов
4	Наплавить правые галтелей 1 и 4 шатунных шеек	Установка для
5	Повторить переходы 1,2,3,4 для 2 и 3 шатунных шеек	наплавки валов
6	Снять деталь
	19 Наплавка коренных шеек под флюсом
	Флюс АН 348 +3,5% феррохрома +4% графита
1	Установить вал шейкой под шестерню в патрон и	Установка для
2	отверстием во фланце в центр задней бабки	наплавки валов
3	Очистить шейки от грязи и ржавчины
4	Зачистить места прихваток и наплавки галтелей	Наждачное полотно
5	Пробить бородком оболочки над отверстиями масляных
	каналов	15% жидкого стекла
6	Закрыть отверстия масляных каналов графитовой пастой	85% графита
7	Наплавить шейку до диаметра 72,9 -1,1 мм
8	Повторить переход 7 для остальных шеек
9	Снять деталь
	20 Наплавка шатунных шеек
1	Установить коленчатый вал в центросмесители
2	Очистить шейки от грязи и ржавчины
3	Зачистить места прихваток и наплавки галтелей
4	Пробить бородком оболочки над отверстиями масляных
5	Закрыть отверстия масляных каналов графитовой пастой	См. опер.19
6	Наплавить 1 шатунную шейку до диаметра 62,9-1,1 мм
7	Повторить переход 6 для 4 шейки
8	Повторить переходы 1-6 для 2 и 3 шатунных шеек
9	Снять деталь
	21 Предварительное шлифование шатунных шеек
1	Установить коленчатый вал в центросмесители по 1 и 4
	шатунным шейкам
2	Шлифовать 1 шатунную шейку до диаметра 60,8-0,2 мм	См. опер.8
3	Повторить переход 2 для 4 шатунной шейки
4	Повторить переход 1 и 2 для 2 и 3 шатунных шеек
5	Снять деталь
	22 Контроль
	Проверить качество наплавленного слоя; поры, раковины,
	трещины и шлаковые включения не допускаются; на
	бракованных шейках сошлифовать металл и наплавить
	новый под легирующим флюсом по оболочке
	23 Предварительное шлифование коренных шеек
1	Установить коленчатый вал в центр станка
2	Шлифовать коренные шейки до диаметра 70,8-0,2 мм	См. опер. 9
3	Снять деталь
	24 Контроль
	Проверить качество наплавленного слоя; поры, раковины,
	трещины и шлаковые включения не допускаются; на
	бракованных шейках сошлифовать металл и наплавить
	новый под легирующим флюсом по оболочке
	25 Обработка отверстий масляных каналов
1	Установить коленчатый вал в коренные постели блока	Вертикально-
	двигателя ЗМЗ 53А на столе сверлильного станка	сверлильный станок
2	Раз зенковать отверстия масляных каналов на всех	Технологический
	шатунных шейках	блок двигателя
3	Раз зенковать отверстия масляных каналов на всех	ЗМЗ-53А
	коренных шейках	Сверло диаметром
4	Продуть отверстия	14 мм
5	Снять деталь
	26 Контроль
	Проверить качество раззенковки масляных отверстий
	27 Окончательное шлифование шатунных шеек
1	Установить коленчатый вал в центросмесители
2	Шлифовать 1 шатунную шейку до диаметра 60-0,013 мм
3	Повторить переход 2 для 4 шатунной шейки	См. опер. 8
4	Повторить переходы1,2,3 для 2 и 3 шатунных шеек
5	Снять деталь
	28 Окончательное шлифование коренных шеек
1	Установить коленчатый вал в центра кругло-шлифовального
	станка	См. опер. 9
2	Шлифовать коренные шейки до диаметра 70-0,013 мм
3	Снять деталь
	29 Контроль
1	Установить коленчатый вал 1 и 5 коренными шейками на
	призмы	Призмы
2	Произвести наружный осмотр. Поры, трещины, раковины и	Индикатор
	шлаковые включения не допускаются	Скобы
3	Проверить диаметры шеек
4	Проверить твердость на 1 коленчатом вале из партии
	Твердость должна быть НRС 56-62
5	Проверить биение 3 коренной шейки, шейки под
	распределительную шестерню, шейку под шкив вентиля-
	тора, торцевое биение фланца.
	30 Правка
1	Установить коленчатый вал крайними шейками на призмы	Пресс
2	Проверить биение 3 коренной шейки	Приспособление
3	Править коленчатый вал, биение не более 0,05 мм	для правки
4	Снять деталь	Индикатор
	31 Исправление фланца крепления маховика
1	Торцевать торцовую поверхность фланца со стороны	Патрон 3х кулачковый
	маховика как чисто, обеспечив биение торца не	Люнет
	более 0,04 мм	Индикатор
2	Проверить резцом центровую фаску 60 градусов на	Резец подрезной ВК8
	глубину 2,5 мм	Резец проходной ВК8
3	Снять фаску 3 x 45 по кромке фланца	Фаскомер
4	Снять деталь
	32 Исправление отверстия во фланце под подшипник
1	Закрепить шейку коленчатого вала под распределительную	Патрон 3х кулачковый
	шестерню в патрон и 5 шейку вала в люнет	Люнет
2	Выверить биение по средней шейке. Биение не должно
	превышать 0,05 мм	Индикатор
3	Расточить отверстие под ремонтную втулку до диаметра	Резец расточной ВК8
	44+0,05 на длину 13 мм	Нутромер
4	Притупить острые кромки	Шабер
5	Снять деталь
	33 Слесарная
1	Закрепить коленчатый вал в тиски	Слесарный верстак
2	Запрессовать ремонтную втулку с размерами :	Оправка, молоток
	Наружный диаметр 44,06 +0,02 мм	Тиски, медные
	Внутренний диаметр 38,5 +0,5	прокладки
	Линейный размер 13 -0,3 мм
3	Снять деталь
	34 Расточка отверстия
1	Закрепить коленчатый вал за шейку под ступицу шкива в	Индикатор
	патрон и 5 шейкой в люнет	Резец расточной ВК8
2	Выверить биение по средней шейке. Биение не должно	Резец проходной ВК8
	превышать 0,05 мм	Нутромер
3	Расточить отверстие во втулке под номинальный размер	Фаскомер
	до диаметра 40 -0,012,-0,028 мм
4	Снять фаску 2,5 x 60 градусов по кромке втулки
5	Снять вал
	35 Восстановление шейки под шкив вентилятора
1	Установить вал фланцем крепления маховика в патрон, 1	Патрон 3х кулачковый
	коренной шейкой в люнет, хвостовик поджать центром	Люнет
2	Выверить биение по средней шейке. Биение не должно	Индикатор
	превышать 0,05 мм
3	Произвести накатку наружной поверхности шейки под шкив	Накатка-рифление
	вентилятора	прямое
4	Проточить шейку под ступицу шкива вентилятора до	Резец проходной ВК8
	номинального диаметра 38 +0,020, +0,003 мм	Скоба
5	Снять деталь
	36 Прогонка резьбы в отверстии под храповик при срыве
	резьбы до пяти ниток
1	Закрепить коленчатый вал в тиски	Верстак слесарный
2	Прогнать резьбу М27x2 в отверстии под храповик по всей	Тиски, медные
	длине	прокладки
3	Снять коленчатый вал	Метчик М27x2
4	Проверить качество прогонки резьбы	Вороток
	37 Нарезка ремонтной резьбы в отверстии под храповик
	при срыве резьбы более пяти ниток
1	Закрепить коленчатый вал фланцем в патрон и 1 шейкой	Патрон 3х кулачковый
	в люнет	Люнет
2	Выверить биение по средней шейке. Биение не должно	Индикатор
	превышать 0,05 мм
3	Рассверлить отверстие с сорванной резьбой до диаметра	Сверло диаметром
	27,7 +0,1 на длину 38 мм	27,7мм
4	Рассверлить отверстие до диаметра 31мм на глубину 6 мм	...

Подобные документы

• Ремонт коленчатых валов

  Условия работы, нагрузки коленчатых валов, природа усталостных разрушений. Виды повреждений и причины отказа, дефекты коленчатых валов судовых дизелей. Технологические методы восстановления и повышения износа. Определение просадки и упругого прогиба вала.
  
  дипломная работа [3,2 M], добавлен 27.07.2015
  

• Электроконтактная наплавка

  Технологические варианты электроконтактной наплавки. Наплавка сварочной проволокой. Наплавка порошковых материалов в металлической оболочке. Проведение испытаний порошкового материала на растяжение и сжатие. Недостатки метода и возможности их устранения.
  
  курсовая работа [10,7 M], добавлен 15.06.2009
  

• Изготовление коленчатых валов

  Служебное назначение и требование к точности коленчатых валов. Материал и способы получения заготовок для коленчатых валов. Механическая обработка коленчатых валов. Токарная обработка коренных шатунных шеек. Обработка внутренних плоскостей и смазочных кан
  
  реферат [16,5 K], добавлен 07.11.2004
  

• Разработка технологии восстановления изношенных рольгангов. Машины непрерывного литья заготовок. Наплавка

  Методика исследования и анализ показателей эксплуатационной надёжности основных элементов рабочего рольганга обжимного стана. Наплавка посадочных мест под подшипники и уплотнения. Определение фиктивной силы удара при взаимодействии слитка с роликом.
  
  курсовая работа [1,1 M], добавлен 20.01.2011
  

• Ремонт коленчатых валов

  Описание возможных дефектов работы коленчатого вала. Особенности наиболее рациональных способов восстановления дефектов. Разработка схемы и методики технологического процесса восстановления детали. Определение норм времени на выполнение операции.
  
  контрольная работа [144,7 K], добавлен 23.01.2014
  

• Восстановление карданного вала

  Выбор способов восстановления различных поверхностей деталей. Проектирование маршрутов и операций по восстановлению деталей. Порядок вибродуговой наплавки, плазменная наплавка, процесс гальванического наращивания. Обработка деталей после наплавки.
  
  курсовая работа [1,5 M], добавлен 15.08.2010
  

• Плазменно-дуговая сварка и наплавка

  Виды и схемы плазменно-дуговой сварки, обеспечение качественного формирования металла сварного шва. Плазменная наплавка проволокой (прутками). Сварка вагона-цистерны из нержавеющей стали с использованием плазмотрона. Материалы сварных конструкций.
  
  курсовая работа [2,4 M], добавлен 13.04.2013
  

• Расчет устройства для наплавки валов

  Анализ организации технического сервиса машин на предприятии. Разработка технологического процесса восстановления вала диска и расчет устройства для наплавки валов. Расчет деталей устройства на прочность. Экономическое обоснование проекта, расчет затрат.
  
  дипломная работа [355,0 K], добавлен 02.04.2011
  

• Проектирование технологического процесса ремонта деталей транспортных и технологических машин

  Дефект деталей (износ или срыв резьбы) и способы их восстановления: наплавка электродной проволоки, точение вала, нарезание резьбы. Подбор диаметра электродной проволоки и силы сварочного тока. Выбор параметров режима резания при токарной обработке.
  
  курсовая работа [162,1 K], добавлен 16.11.2010
  

• Наплавка покрытий - сущность, специфика и современные методы

  Применение наплавки для повышения износостойкости трущихся поверхностей в машиностроительном производстве. Технологические процессы лазерной обработки металлов. Технология нанесения покрытий лазерным оплавлением предварительно нанесенного порошка.
  
  реферат [682,4 K], добавлен 22.02.2017
  

• Характеристика наплавки

  Наплавка – нанесение расплавленного металла на поверхность изделия, нагретую до оплавления или до определенно температуры. Изнашиваие поверхности деталей – процесс постепенного изменения размеров тела при трении. Способы легирования наплавленного металла.
  
  контрольная работа [323,6 K], добавлен 26.11.2010
  

• Проект технологии восстановления ведомого вала редуктора ВОМ трактора Т150-К

  Проектирование технологии восстановления вала ротора электродвигателя для трактора. Создание технологического процесса дефектации, маршрута восстановления детали. Выбор рационального способа, расчет себестоимости. Ремонтные материалы и оборудование.
  
  курсовая работа [165,8 K], добавлен 17.05.2012
  

• Разработка технологии и оборудования для восстановления уплотнительных поверхностей клина корпуса задвижки

  Характеристика материала изготовления клина задвижки. Выбор способа восстановления поверхности (наплавка), контроль качества. Описание установки EFCO-CW1000. Выбор материалов. Последовательность операций сборки. Источник питания (Total Arc 3000).
  
  курсовая работа [1,4 M], добавлен 28.05.2016
  

• Технологический процесс восстановления коленчатого вала ЗМЗ-53

  Описание детали, принцип работы и возможные неисправности. Выбор средств измерения. Определение дефектов деталей и коэффициентов повторяемости. Построение гистограммы распределения износов. Выбор способа восстановления. Расчет режимов нанесения покрытия.
  
  курсовая работа [516,5 K], добавлен 20.08.2010
  

• Наплавка покрытий

  Определение и общая характеристика способа наплавки покрытий. Подготовка материалов и заготовок к наплавке. Классификация и применение электродуговой наплавки. Ее технологические особенности и расчеты. Сущность электродуговой наплавки под слоем флюса.
  
  реферат [918,4 K], добавлен 16.03.2012
  

• Технология производства биметаллов

  Физические основы и способы изготовления биметаллов. Электрошлаковая и многослойная дуговая наплавка, электрошлаковая и диффузионная сварка. Способы получения биметаллов литьем, прокаткой. Изготовление биметаллической заготовки прессованием и волочением.
  
  курсовая работа [1,7 M], добавлен 05.12.2013
  

• Определение критериев работоспособности топливных форсунок, коленчатых валов, электронных блоков управления

  Определение статистической вероятности безотказной работы устройства. Расчет средней наработки до отказа топливных форсунок. Изучение зависимости от пробега автомобиля математического ожидания износа шатунных шеек коленчатого вала и дисперсии износа.
  
  контрольная работа [211,1 K], добавлен 26.02.2015
  

• Разработка технологического процесса восстановления коленчатого вала автомобиля

  Обоснование размера производственной партии. Выбор способа восстановления дефектов коленчатого вала автомобиля ЗИЛ-131. Схемы технологических процессов. Определение припусков на обработку, годовой трудоёмкости. Оборудование и приспособления участка.
  
  курсовая работа [35,2 K], добавлен 25.09.2013
  

• Восстановление поверхности под подшипник

  Разработка технологии восстановления детали. Расчет режимов выполнения основных технологических операций и техническое нормирование при наплавке. Расчет режимов резания и норм времени при точении и шлифовании. Черновое и чистовое точение детали.
  
  контрольная работа [186,3 K], добавлен 14.11.2012
  

• Разработка технологического процесса восстановления ступицы шкива коленчатого вала

  Назначение ступицы шкива коленчатого вала и анализ технологического процесса ее изготовления. Анализ условия работы ступицы шкива коленчатого вала, видов и процессов ее изнашивания. Анализ дефекта детали и технологических способов восстановления.
  
  курсовая работа [172,1 K], добавлен 26.12.2011
  

• главная
• рубрики
• по алфавиту
• вернуться в начало страницы
• вернуться к началу текста
• вернуться к подобным работам