Проектирование технологического процесса восстановления головки цилиндра двигателя КамАЗ

Golovka_Bloka_Kamaza_A2.dwg

Наименование дефекта
Трещены захватывающие внутренние
полости под форсунку
поверхность сопряжения с блоком
Заделка эпоксидными смолами
Разрушение посадочных мест под сёдла
Повреждение и кавитационное
разрушение поверхности прилегания
Ослабление посадки сёдел
раковинына рабочих поверхностях
в случае невозможности
Ослабление посадки направляющих втулок
механические повреждения на поверхности
направляющих втулок клапанов
Прогорание или механическое повреждение
уплотнительного кольца
Р.Р. впускного клапана
РР вапускного клапана
Технические требования на устранение дефектов головки блока КамАЗ
Таблица категорийных размеров
Головка блока цилиндпров КамАЗ

Golovka_Bloka_Kamaza_A2.cdw

Наименование дефекта
Трещены захватывающие внутренние
полости под форсунку
поверхность сопряжения с блоком
Заделка эпоксидными смолами
Разрушение посадочных мест под сёдла
Повреждение и кавитационное
разрушение поверхности прилегания
Ослабление посадки сёдел
раковинына рабочих поверхностях
в случае невозможности
Ослабление посадки направляющих втулок
механические повреждения на поверхности
направляющих втулок клапанов
Прогорание или механическое повреждение
уплотнительного кольца
Р.Р. впускного клапана
РР вапускного клапана
Технические требования на устранение дефектов головки блока КамАЗ
Таблица категорийных размеров
Головка блока цилиндпров КамАЗ

PZ_TPV_Golovki_tsilindra_kamaz.doc

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра надёжности и ремонта машин
по дисциплине: «Основы технологии производства и ремонт автомобилей»
Тема: Проектирование технологического процесса восстановления головки цилиндра
Восстановление автомобильных деталей стало одним из важных показателей хозяйственной деятельности крупных ремонтных и специализированных предприятий. Создана фактически новая отрасль производства – восстановление изношенных деталей.
Техническая и экономическая эффективность восстановления деталей следует из того что по ряду наименований наиболее металлоемких и дорогостоящих деталей потребление восстановленных значительно больше чем потребление новых запасных частей.
В современных экономических условиях когда основная часть парка автотракторной техники выработала нормативный срок службы проблема ремонта изношенной техники на основе использования восстановленных деталей становится всё более актуальной.
Экономическая эффективность восстановления деталей объясняется не только сложной экономической обстановкой но и большими резервами в экономической сфере о чем свидетельствует опыт развитых капиталистических стран Западной Европы Англии и США в которых производству восстановления деталей уделяют большое внимание. Например по данным национальной ассоциации дилеров тракторных запчастей в США насчитывается около 500 предприятий восстановления изношенных деталей и узлов. Следовательно техническая и экономическая целесообразность восстановления деталей объясняется не бедностью а высокой экономической выгодой которая может быть чрезвычайно привлекательной при использовании современных технологий. Однако для применения достижений научно-технического прогресса необходимо владеть не только соответствующей информацией но и методологией проектирования технологических процессов восстановления и упрочнения деталей машин.
Методологические основы проектирования технологических процессов – это совокупность принципов методов и правил связанных между собой единой целью предусматривающей на основе системного анализа разнообразной информации принятие частных решений обеспечивающих заданные функциональные свойства деталей машин при минимальных экономических затратах.
Общая цель по технологическому обеспечению функциональных
(эксплуатационных) свойств деталей машин может быть реализована разными технологическими методами и материалами. Поэтому на одну и ту же деталь может разработано несколько вариантов технологических процессов обеспечивающих выполнение заданных технических требований к детали. Такая многовариантность технологических решений характерна на всех этапах проектирования ТПВ детали. В данной работе дана разработка ТПВ головки цилиндра двигателя КамАЗ 740 с учетом всех принципов и правил принятия технологических решений в соответствии с методологией проектирования изложенных в работах [1 2 4].
АНАЛИЗ ИСХОДНОГО СОСТОЯНИЯ ГОЛОВКИ ЦИЛИНДРА
1. Условия работы головки цилиндра в сборочной единице
Головка цилиндра представляет собой сложную отливку коробчатой формы в которой находится газораспределительный механизм. Головка цилиндра работает при высоких термических нагрузках. Особенно уязвимым сопряжением является сопряжение седло – головка клапана.
2. Анализ дефектов технических требований и определение категории технологической сложности восстанавливаемой детали
Рисунок 1.1 – Головка блока цилиндров КамАЗ
Ослабление посадки седла
- Выпускного клапана
Заменить седла. Обработать отверстие под категорийный размер
Ослабление посадки направляющих втулок клапанов
Заменить втулки . Обработать до ремонтного размера
Износ отверстий направляющих втулок клапанов
Обработать отверстия втулок под категорийный размер. Заменить втулки
Збоины на торцах кольца газового стыка нарушающие гермитичность
Обработать торцы кольца до выведения дефекта с одновременной обработкой поверхности К.
Карта1. Технические требования на устранение дефектов головки
Коробление поверхности сопряжения с блоком цилиндров
Не более 02 мм на всей длине
Более 02мм на всей длине при высоте не менее 1194мм
Фрезеровать « как чисто» включая дно камеры сгорания
Износ и раковины на фасках седел :
- Впускного клапана
Шлифовать до выявления дефекта.Заменить седла
2.2. Определения технологической сложности восстановления головки цилиндра
Анализ каждого дефекта (КТС) определяется по формуле
где УТС(Ф) и УТС(мах) -уровень сложности устранения каждого дефекта соответственно фактический и максимально-возможный которые определяются суммированием . Во всех случаях значения УТС(мах) равны семи баллам.
В зависимости от величины коэффициента КТС все детали согласно таблицы 1.3 распределены на три группы технологической сложности. По группе технологической сложности определяют предприятие на котором возможно восстановление детали или объем мероприятий по технологической подготовке производства.
Таблица 1.3. Группы деталей по технологической сложности
Детали малой технологической сложности восстанавливают механической обработкой в условиях ремонтных мастерских эксплутационных предприятий автотракторной техники.
Детали средней технологической сложности можно восстанавливать в крупных базах по обслуживанию автотракторной техники.
Для категории деталей высокой технологической сложности требуется специальное оборудование для осуществления процессов нанесения металлопокрытий термической обработки и объёмного деформирования. Поэтому такие детали восстанавливают на специализированных ремонтных предприятиях или на ремонтных базах.
Таблица 1.4.- Показатели технологической сложности устранения дефектов головки цилиндра двигателя КамАЗ
Показатели технологичности детали
Уровень показателей для дефектов
Необходимость изыскания и создания
припуска на компенсацию износа
Необходимость создания технологических
базовых поверхностей
Необходимость в модернизации способа
Требования к точности обработки
Требования к шероховатости поверхности
Требования к обеспечению сопротивления
Требования к обеспечению износостойкости
Уровень сложности дефекта УТС
Вывод: Головка цилиндра с данными дефектами относится к категориям средней технологической сложности поэтому её восстановление возможно в условиях ремонтной мастерской эксплуатационного предприятия.
Разработка технологического процесса восстановления головки блока
1. Обоснование и выбор оптимального способа восстановления детали
Выбор способа восстановления определяет все последующие технологические решения от которых зависит эффективность ТПВ детали. Методологически выбор проектного (рационального) способа восстановления детали целесообразно производить в два этапа.
Выбор рационального способа восстановления зависит от конструктивно-технологических особенностей рабочей поверхности деталей (формы и размера материала и термообработки поверхностной твердости и шероховатости) от условий ее работы (характера нагрузки вида трения) и износа а также от стоимости восстановления.
Для учета всех этих факторов рекомендуется последовательно пользоваться тремя критериями:
технологическим или применимости;
технико-экономическим (отношением себестоимости восстановления к коэффициенту долговечности).
Технологический критерий (критерий применимости) учитывает с одной стороны особенности подлежащих восстановлению поверхностей деталей а с другой — технологические возможности соответствующих способов восстановления.
На основании технологических характеристик способов восстановления устанавливают возможные способы восстановления различных поверхностей детали по технологическому критерию.
Для дальнейшего сокращения числа возможных способов восстановления пользуются критерием долговечности в соответствии с которым отбирают для последующего анализа только те из них которые обеспечивают межремонтный ресурс восстановленной поверхности детали не ниже минимально допустимого.
При выборе рационального метода восстановления по критерию долговечности обычно пользуются коэффициентом долговечности
где — ресурс восстановленной поверхности детали; — ресурс одноименной поверхности новой детали.
В общем случае коэффициент долговечности является функцией трех переменных:
где КН — коэффициент износостойкости; Кв — коэффициент выносливости; Кса — коэффициент сцепляемости.
Численные значения коэффициентов-аргументов определяют на основании стендовых и эксплуатационных испытаний новых и восстановленных деталей. Коэффициент долговечности численно принимают равным значению того коэффициента который имеет наименьшее значение.
Так при выборе способа наплавки применительно к деталям не испытывающим в процессе работы значительных динамических и знакопеременных нагрузок численные значения коэффициента долговечности определяются только численным значением коэффициента износостойкости а для деталей работающих в условиях динамических нагрузок решающим признаком может оказаться коэффициент выносливости. Для деталей восстановленных методами электролитического осаждения металлов и методами газотермического напыления (ДМ ГН и ПН) и работающих также в условиях динамических нагрузок решающим признаком может оказаться коэффициент сцепляемости.
Из числа способов отобранных по технологическому критерию к дальнейшему анализу принимают те которые обеспечивают коэффициент долговечности восстановленных поверхностей не менее 08.
Это обусловлено тем что ресурс капитально отремонтированной машины или агрегата не должен быть менее 80 % ресурса новой машины (агрегата) т.е. ресурс восстановленной детали в капитально отремонтированном агрегате тем более не должен быть меньше 80 % ресурса новой детали.
Если установлено что требуемому значению коэффициента долговечности для данной поверхности детали удовлетворяют два или несколько способов восстановления оптимальный из них выбирают по технико-экономическому критерию численно равному отношению себестоимости восстановления к коэффициенту долговечности для этих способов. Окончательно принимают тот способ который обеспечивает минимальный критерий:
где — технико-экономический критерий; — затраты на восстановление — коэффициент долговечности восстановленной поверхности.
где q — коэффициент учитывающий начисления на заработную плату; — часовая заработная плата производственных рабочих при восстановлении — стоимость машино-часа работы оборудования при восстановлении — время затрачиваемое на восстановление i-й поверхности детали j-м способом ч.
При обосновании способа затраты на восстановление i-й поверхности j-м способом также можно определить по формуле
где — себестоимость восстановления — удельная себестоимость восстановления — площадь восстанавливаемой поверхности см2.
В результате дефекации головки блока установлены основные дефекты детали и коэффициенты:
Определение способа восстановления дефекта
Выбор способа восстановления для дефекта № 3 (Износ отверстия под подшипники промежуточного вала)
Железнение (электролитическое);
Определяем себестоимость восстановления дефекта по выбранным способам
Дефект № 3 (Ослабление посадки седла):
Для окончательного выбора способа восстановления используем расчёт коэффициента КЭ :
Выбор способа восстановления для дефекта №3 (Износ отверстия под подшипники промежуточного вала):
Железнение (электролитическое):
Вывод: принимаем способ №2 (Установка дополнительной детали)
2. Разработка структуры маршрутно-технологического процесса картер КПП
Согласно общему назначению любого ТПВ детали его структура условно может быть разделена на четыре стадии [2]: 1 – подготовка детали к восстановлению детали; 2 – создание припуска для компенсации износа а также восстановление сплошности тела детали; 3 – упрочнение металла компенсационного слоя; 4 -– финишная механическая обработка.
Подготовительная стадия (А1) включает операции очистки и мойки а также дефектоскопии и контроля.
Стадия создания припуска для компенсации износа (А2) включает: наплавку гальванические процессы объёмное деформирование способы восстановления методом дополнительной ремонтной детали (ДРД) и т. п.
К стадии (А3) упрочняющей обработки относятся операции выполняемые для формирования физико-механических свойств поверхностного слоя восстанавливаемой детали (цементация закалка ППД азотирование и т. п.) а так же включает черновые операции механической обработки.
Операции чистовой механической обработки относятся к 4–й стадии (А4) Назначением этой стадии является обеспечить требуемые точность размеров и шероховатость поверхностей согласно требованиям рабочего чертежа на изготовление детали.
На всех стадиях ТПВ картер КПП в соответствии с планом (см. табл.2.2.) необходимо выполнить следующие операции.
Таблица 2.2. Обоснование плана операций ТПВ головки блока
Обеспечение чистоты поверхностей на уровне требования качества выполнения последующих операций
Определение соответствия точности размеров
Придание поверхности правильной геометрической формы и рабочего слоя
Создание припуска для компенсации износа
Обеспечение точности размера и шероховатости поверхности
Сборка блока цилиндров с картером КПП
Упрочняющая методом ППД обкаткой шариковой оправкой
Обеспечение размерной стабильности
Обеспечение соосности и точности размера шероховатости поверхности центрирующего отверстия
Защита деталей от коррозии при хранении
3 Разработка структуры маршрутного технологического процесса восстановления головки блока
На этом этапе проектирования обосновывается последовательность операций устранения дефектов составляющих маршрут. Для этого сначала составляют план операций устранения на каждый дефект. Затем производят объединение поддефектных технологий в единый технологический процесс руководствуясь при этом принципами концентрации и деференциации. В условиях единичного производства используют универсальные станки операции стремятся сделать максимально концентрированными. Весь разработанный маршрутно-технологический процесс описывается в маршрутной карте включая контроль и перемещение детали по всем операциям в технологической последовательности с указанием данных об оборудовании оснастке трудовых нормативов в соответствии с установленными формами.
Таблица 2.3 - Формирование структуры маршрутно-технологического процесса восстановления головки блока КАМАЗ
Очистка детали от загрязнения
Наличие смазки и ржавчины на рабочих поверхностях не допускается.
) Контрольно-дефектовочная.
Дефектовка и определение состояние детали в соответствия техническим условиям
Определение степени износа
Проточить поверхность под наружное кольцо для постановки дрд
Проточить до диаметра 120 мм на ширине 25мм
Устраняется следы износа
Проверка размерности
Штангенциркуль 100-150
Запрессовать кольцо (ДРД)
Пресс гидравлический ПГ 40
Проточить поверхность начисто в ДРД
Проточить до диаметра 120+0.035 мм на ширине 25мм
Удаление следов механической обработки
Машина моечная ОМ 5228
Проверка качества восстановления и размерности
Дефект№3 диаметр 120+0.035мм
Смазать консистентной смазкой
4 Обоснование выбора технологического оборудования
Общие правила выбора средств технического оснащения определены ГОСТ 14.301-83 с учётом типа производства вида изделия характера намеченной технологии возможности группирования операций максимального применения имеющегося стандартного оборудования равномерной загрузки.
Выбор модели станка определяется прежде всего возможностью обработки на нём деталей необходимых размеров и форм качества её поверхности. Если эти требования можно обеспечить обработкой на различных станках определённую модель станка выбирают из следующих соображений:
– соответствия его основных размеров габаритам обрабатываемых деталей и обеспечения точности обработки;
– производительности – заданному масштабу производства;
– возможности работы на оптимальных режимах резания;
– соответствие станка требуемой мощности при обработке;
– возможности механизации и автоматизации выполняемой работы;
– обеспечения наименьшей себестоимости обработки.
Для восстановления деталей в условиях ремонтных предприятий необходимо применять универсальное оборудование. Это позволяет использовать механическое оборудование для различной номенклатуры обрабатываемых деталей а также более полную его загрузку.
Оборудование: Горизонтально расточной станок 2620 Пресс гидравлический ПГ -40.
Приспособлении: Остнастка для закрепления блока на столе.
Инструмент: Штангенциркуль ШЦ 2 ГОСТ 166-89 Нутромер индикаторный НИ 100-150-001 ГОСТ 868-82
5 Обоснование выбора базовых поверхностей
Выбор технологических баз при разработке структуры технологического маршрута и формировании операции является сложной инженерной задачей которая для восстановления деталей приобретает особое значение так как приходится иметь дело с изношенными конструкторскими базовыми поверхностями.
Обоснование выбора технологических баз подкрепляется построением схем и расчётом технологических размерных цепей.
В основе выбора баз лежат следующие общие принципы.
Выбор схемы базирования обеспечивающей наименьшую погрешность установки.
Применения принципа совмещения баз (технологическую измерительную и конструкторскую)
Соблюдение принципа постоянства баз.
При расточной операции Для дефекта №3 базовой поверхностью является плоскость головки блока .
Расчет режима расточной операции
Требуется расточить цилиндрическую поверхность под установку ДРД (КОЛЬЦО) 122 мм и шириной 25 мм.
Рассчитываем глубину резания
Скорость резания определяется по эмпирическим зависимостям:
Скорость резания и частота вращения шпинделя. Для глубины резания резца проходного прямого с главным углом в плане j=45° для S=07 ммоб. Определяем поправочные коэффициенты для измененных условий резца. В данном примере необходимо учесть только поправочный коэффициент в зависимости от предела прочности обработанного материала .
V=16(0.10.130.160.20)*1.2= 26
где Сv – коэффициент зависящий от условий работы и механических качеств обрабатываемого материала и металла инструмента;
К – поправочный коэффициент характеризующий конкретные условия работы;
t – глубина резания мм;
Частоту вращения шпинделя токарно-винторезного станка определяем по формуле:
Устанавливаем действительные обороты станка n=70 обмин.
Машинное время наплавки одной поверхности определяют по формуле
где L=25 мм - ширина участка поверхности растачивания мм.
i =10 – число слоев (проходов).
Вспомогательное время на установку и снятие детали tву =02 мин
Вспомогательное время связанное с переходом tВП =012 мин
Время обслуживания рабочего места tопр =01мин
Подготовительно-заключительное время Тпз= 42 мин
Тн = to + tву + t.вn + topм + Тпзz
Тн =219+022+012+01+421=691 мин
Токарная обработка (чистовая) дефекта №3
Требуется расточить цилиндрическую поверхность под наружное кольцо внутреннего подшипника диаметром 120 мм и шириной 25 мм.
Для глубины резания резца проходного прямого с главным углом в плане j=45° для S=07 ммоб. Определяем поправочные коэффициенты для измененных условий резца. В данном примере необходимо учесть только поправочный коэффициент в зависимости от предела прочности обработанного материала .
Устанавливаем действительные обороты станка n=70 обмин.
Тн = to + tву + t.вn + topм + Тпзz
Тн =219+022+012+01+421=619 мин
В курсовой работе был разработан технологический процесс восстановления головки блока КАМАЗа-740 произведен анализ альтернативных способов устранения дефектов и на основании этого анализа определены способы восстановления дефектов в соответствии с заданием на работу.
Произведено нормирование технологических операций.
Библиографический список
Безбородов И.А. Методологические основы проектирования технологических процессов восстановления и упрочнения деталей машин Учебное пособие. Новосибирск 2006.- 126 с.
Безбородов И.А. Управление технологическим формированием свойств базовых деталей и их соединений при ремонте автотраторных двигателей Монография. Новосиб. гос. аграр. университет.- Новосибирск 2006.-184с.
Безбородов И.А. Устранение повреждений корпусных деталей сваркой. Учебное пособие. Новосиб. гос. аграр. университет.- Новосибирск 2004 -26с.
Справочник технолога авторемонтного производства Под ред. Г.А. Малышева. – М.: Транспорт 1977. – 432с.
Маталин М.А. Технология машиностроения –Л.: Машиностроение1985.-184с.
Справочник технолога машиностроения в 2-х томах.Т1 под ред. А. Г. Косиловой и Р.К.Мещерякова1985.-656с.
Масино М.А. Повышение долговечности автомобильных деталей при ремонте. –М.: Транспорт 1972 г.-148 с.
Какуевицкий В.А. Ресурсосберегающие технологии восстановления деталей автомобилей. – М.: Транспорт 1993.–176 с.
Митряков А.В. Технологическое проектирование механизированных и автооператорных линий железнения: Монография -Саратов: Сарат. политехн. ин-т1992. -184 с.
Оборудование для ремонта автомобилей Справочник под ред. М.М. Шахнеса М Транспорт1978 -284с.
Корсаков В.С. Основы технологии машиностроения. Учебник для вузов. М. Высшая школа 1974. –336с.