Анализ технологического процесса изготовления детали "клапан"

Размещено на http://www.allbest.ru/

Анализ технологического процесса изготовления детали «клапан»

1. Принцип работы детали «КЛАПАН»

Впускной клапан --элемент механизма газораспределения ДВС, который отвечает за пропуск в рабочую камеру сгорания топливно-воздушной смеси или только воздуха (для дизельных ДВС или моторов с непосредственным впрыском). Впускной клапан ГРМ осуществляет открытие доступа в цилиндр двигателя, а затем перекрывает доступ перед тем моментом, когда начнется такт сжатия.

Основное назначение механизма газораспределения - управление процессами впуска свежего заряда и выпуска отработавших газов. Механизм газораспределения в 4-тактных двигателях состоит из распределительного вала с приводом к нему, кулачный шайб (на валу), толкателей, штанг, рычагов, клапанов - впускных и выпускных; в 2-тактных двигателях газораспределения осуществляется самим поршнем чрез продувочные и выпускные окна в цилиндре или через окна (продувка) и клапаны в крышке (выпуск). Передаточное отношение чисел оборотов распределительного вала к коленчатому валу составляет у 4-тактных двигателей 1:2 (так как открытие клапанов происходит один раз за два оборота коленчатого вала), тогда как у 2-тактных 1:1.

Нужные фазы клапанного газораспределения, т.е. моменты открытия и закрытия клапанов, а также законы движения клапанов определяются соответствующими профилями кулачных шайб, углом их заклинивания и кинематической схемой клапанного привода.

Фазы продувки и выпуска у бесклапанных 2-тактных двигателей определяются высотой окон и кинематикой шатунно-мотылевого механизма.

1.1 Клапаны впускные и выпускные

Основными деталями клапанного комплекта являются (рис.1): клапан, корпус клапана, направляющая втулка, пружина и ее тарелка.

Клапаны во время работы подвергаются воздействию высоких температур, а также значительным динамическим нагрузкам. Температуры впускных клапанов достигают 300-400 С, а выпускных - 600-800 С; в особо тяжелых условиях работают выпускные клапаны, подвергающиеся воздействию протекающих с большой скоростью горячих газов, вызывающих эрозию и газовую коррозию клапана.

Теплоотвод от клапанов осуществляется в основном через опорное седло клапана и направляющую втулку стержня. В форсированных деталях для лучшего отвода тепла иногда применяют пустотелые клапаны, залиты на ? металлическим натрием, имеющим низкую температуру плавления (97С) и высокую температуру кипения (880С). Заливка клапана натрием снижает температуру тарелки на 15-20%.

Клапаны располагаются в крышке чаще всего вертикально, что обеспечивает пониженный износ стержня и направляющей втулки; реже применяется наклонное расположение клапанов. Клапаны открываются внутрь цилиндра, благодаря чему достигается плотно прилегании их к седлу при наличии высоких давлений газа в цилиндр; при небольших давлениях, а также при разрежении в цилиндр (во время процесса всасывания) плотность прилегания клапана к седлу обеспечивается натяжением пружины.

Для получения хорошего наполнения цилиндра проходные сечения клапанов должны быть возможно большими.

Клапаны устанавливают либо непосредственно на крыше (см. рис. 1.а), либо помещают их в отдельный литой корпус (см. рис. 1,б); последняя конструкция сложнее, однако она позволяет производить смену клапанов без разборки крышки и охлаждаются водой. Непосредственная установка клапанов в крышки позволят увеличить диаметр тарелки клапана примерно на 20% и применятся главным образом в двигателях быстроходного типа.

Количество клапанов у 4-тактных тихоходных двигателей, обычно два - один впускной и один выпускной.

При скорости поршня свыше 7-8 м/сек целесообразно переходить на четыре клапана; обще проходное сечение клапанов при этом увеличивается, а теплоотвод от клапанов (особенно выпускных) улучшается благодаря относительному уменьшению диаметра клапана. Для улучшения наполнения цилиндра (при четырех клапанах) иногда диаметр впускных клапанов делают на 15-20% больше диаметра выпускных.

У 2-тактных двигателей с прямоточно-клапанной продувкой в зависимости от скорости поршня и особенностей конструкции двигателя применяют 1,2,3 или 4 выпускных клапана.

Клапаны делают цельными или составными: чаще всего применяется цельная конструкция (см. рис. 1), которую изготовляют из кованных или штампованных стальных заготовок, причем тарелка клапана получается путем высадки материала. В быстроходных двигателях иногда применяют сварную конструкцию стержня и тарелки, изготовленных из различных материалов. В тихоходных двигателях встречаются составные конструкции клапанов (рис. 2 а, б), например, стальной стержень и опорная тарелка из жароупорного чугуна.

В верхней части стержня делают конус а одну в или несколько б выточек для фиксации опорной тарелки пружины (рис. 3) посредством разрезного сухаря г с конической наружной поверхностью. В малооборотных двигателях малой передней мощности ставят обычно одну пружину; в мощных двигателях - две и больше; в больших форсированных двигателях устанавливают концентрически две (или даже три) пружины различного диаметра (см. рис. 1), причем навивка пружины должна быть сделана в разные стороны.

В быстроходных двигателях с непосредственным приводом клапана от кулачка тарелка пружины ввертывается в нарзанно отверстие полого стержня клапана (рис. 4), что позволяет регулировать зазор между клапаном и кулачком.

Тарелка 2 фиксируется особым замком 3, который прижимается к тарелке клапанными пружинами; верхняя поверхность тарелки должна быть цементирована и отшлифована.

Переход от стержня к нижней тарелке клапана (грибку) должен быть выполнен с большим радиусом закругления и тщательно обработан, так как в этом месте обычно возникают наибольшие напряжения в клапане (рис. 5). Тарелка клапана имеет коническую фаску, которая садится на опорное седло; обычно принимаемый угол конуса в 45 обеспечивает самоцентрирование клапана и надежно уплотни его.

Форма тарелки клапана определяет его жесткость, обтекаемость и устойчивость конической фаски в работе. В тихоходных двигателях используют плоскую форму тарелки в быстроходных двигателях применяют для впускных клапанов так называемую «тюльпанную» форму (рис. 5,б), а для выпускных клапанов - выпуклую (грибовидную) форму тарелки (рис. 5, в).

Внутренний диаметр клапанной тарелки d, определяющий проходное сечение клапана (см. рис. 1, а), составляет при двух клапанах в крышке d=(0,3…0,4)D, а при четырех клапанах d=(0,27…0,34) D. Ход клапана обычно лежит в пределах b=(0,24…0,70) d. Диаметр стержня d=(0,15…0,30) d.

Опорным седлом клапана служит непосредственная крышка, корпус клапана или особо опорное кольцо (см. рис. 1.6). Опорное кольцо вставляется в корпус клапана (см. рис. 2,б), а в корпус крышки запрессовывается, ввертывается или завальцовывается

Начало подъема клапанов и момент посадки их на седло должны осуществляться плавно (с минимальными скоростями) во избежание возникновения ударов при работе клапанов. Для обеспечения плотной посадки клапана на опорное седло должен быть предусмотрен регулировочный зазор, гарантирующий сохранении некоторого минимального зазора при всех режимах работы двигателя.

Основными дефектами работы клапанов в эксплуатации являются: пропуски клапанов, выгорание поверхности фаски, зависание клапанов, обрыв тарелки клапана.

2. Анализ технологических процессов получения клапанов

Материалом для клапанов служат стали разнообразных марок. Пусковые клапаны, учитывая содержание влаги в пусковом воздухе, изготовляют из нержавеющей стали 2 13.

Название сплава расшифровывается как хромоникелевая конструкционная легированная сталь. За качество стали 40ХН отвечает ГОСТ 4543-71, который относит его к классу высокопрочных сталей для применения в конструкционных целях (хромоникелевый стальной сплав с легирующими элементами). То есть для получения изделий, применяемых при машиностроении и строительстве. Внедрение никеля в состав сплава - улучшает показатель химической устойчивости.

Для улучшения отвода тепла выпускные клапаны иногда изготовляют полыми и заполняют металлическим натрием, который при работе двигателя находится в жидком состоянии (температура плавления натрия 97.7)

Заготовками для клапанов служат поковки и штамповки. Тарелки образуют путем высадки материала.

Стержень клапана иногда подвергают правке между двумя широкими плоскими плитами, движущимися в разные стороны.

Основное требование, предъявляемое к механической обработке клапана, - обеспечить строгую соосность конуса тарелки и направляющей части стержня. Проверяют соосность индикатором в специальном приспособлении. Клапан укладывают на призмы и слегка прижимают к ним пружиной и роликами. Вращение клапану передается от шпинделя, снабженного маховичком и резиновой подушкой. Осевое давление воспринимается упором. Биение допускается не более 0.01 - 0.02 мм. На этом же приспособлении может быть проверено биение торца, если его перпендикулярность к стержню необходима п условиям работы клапана.

Направляющую часть стержня выполняют с допуском Х, а у выпускных клапанов - с допуском типа ТХ, чтобы избежать заедания при значительном нагреве. Соответствующие отверстия в корпусе или в направляющей втулке имеют допуск А.

Высокие требования предъявляют к частоте обработки направляющей части клапана (V9) и к конусу (V8). Конусов дальнейшем притирают к седлу на месте.

При мелкосерийном производстве клапан точат и шлифуют обычно с установкой в центрах станка.

В условиях серийного производства используют высокопроизводительные бесцентровые шлифовальные станки. Заготовка вращается между двумя кругами: шлифующим, скорость которого равна 30-40 м/сек. Деталь поддерживается направляющей линейкой. установочной базой служит сама обрабатываемая поверхность.

Тарелку обтачивают на многорезцовом токарном станке: если днище тарелки имеет сферическое очертание, его обтачивают по копиру. При обточке тарелки стержень закрепляют в цанговом патроне. Окончательно стержень шлифуют также на бесцентровом шлифовальном станке.

Рабочий конус тарелки шлифуют на шлифовальном станке с поворотной бабкой, базой служит стержень клапана.

Заготовками для клапанов служат поковки и штамповки. Тарелки образуют путем высадки материала. Для данного клапана используем Сталь 40ХН содержит в среднем 0,4% углерода, Х - указывает содержание хрома в стали примерно 1%, Н - указывает содержание никеля в стали примерно 1%.

Одним из критериев оценки вида заготовки есть коэффициент использования материала, он определяется отношением объема готовой детали к объему заготовки:

, где - обьем детали; - обьем заготовки.

Необходимо, чтобы выполнялось условие

3. Разработка технологического процесса методом ОМД

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано при изготовлении клапанов для двигателя внутреннего сгорания. Согласно первому варианту способа заготовку устанавливают в матрицу с получением выступающей части, длина которой не более чем в три раза превышает диаметр заготовки. Затем формируют тарелку клапана путем торцовой раскатки выступающей части пуансоном, который устанавливают под углом к оси матрицы, составляющим 0,5-15o. По второму варианту способа заготовку устанавливают в матрицу, выполненную с отверстием диаметром, равным диаметру ножки клапана, и конической поверхностью в центральной части. Тарелку клапана формируют торцовой раскаткой заготовки пуансоном, установленным под углом к оси матрицы. В процессе торцовой раскатки производят выдавливание ножки клапана в отверстие матрицы. В результате обеспечивается получение клапана с макроструктурой, характеризующейся равномерным распределением волокон параллельно контуру тарелки клапана.

4. Назначение термической обработки

клапан эксплуатация термический технологический

Термическую обработку впускных клапанов можно проводить с использованием тепла после штамповки. При таком способе осуществляют: 1) непосредственную закалку в масле после штамповки с предварительным подстуживанием до 800-850° С или без подстуживания и отпуск при 600-630° С; 2) изотермическую закалку по режиму: штамповка поковок, перенос их в изотермическую среду (щелочь или селитру) с температурой 390-500° С, выдержка 15 мин, охлаждение в воде, промывка в растворе хромпика и окончательная промывка в проточной воде. Наиболее, целесообразным является первый вариант как более простой.

Выводы

Деталь «клапан» играет важную роль в работе системе сгорания. А их параметры играют большую роль в мощности двигателей. Поэтому это ответственная деталь, используемая в двигателях внутреннего сгорания, изготовление которых играет важную роль в автомобилестроении. Данная деталь может быть получена различными методами, среди которых обработка металлов давлением, которая предпочтительна в серийном и массовом производстве и механической обработкой, в условиях мелкосерийного производства.

Размещено на Allbest.ru