Проектирование технологического процесса сборки и изготовления головки цилиндра

Содержание

СОДЕРЖАНИЕ

Раздел 1. Разработка технологической схемы сборки узла сборочной единицы

1.1.  Назначение узла. Выявление основных технологических задач                                     

1.2.  Анализ технологичности конструкции                                                                              

1.3.  Расчет размерной цепи двумя методами                           6                           

1.4.  Разработка и обоснование технологической схемы общей сборки                                

1.5.  Разработка и обоснование технологических схем и эскизов узловой сборки                

1.6.  Разработка технологического процесса сборки с выбором оборудования, 

инструментов, техническим нормированием времени и определением суммарной 

трудоемкости сборки узла                                                                                                           

Раздел 2. Проектирование технологического маршрута изготовления детали

2.1.  Назначение детали в узле. Анализ технических требований чертежа детали              

2.2. Отработка конструкции детали  на технологичность                                                      

2.3.  Обоснование выбора материала детали: критерии выбора условия эксплуатации, возможные варианты материала  

2.4.  Выбор и обоснование метода получения заготовки              18                                                 

2.5. Маршруты обработки основных поверхностей детали, их обоснование                       19 

2.6.  Разработка общего маршрута изготовления                                  

2.7.  Разработка технологических наладок для 1й - 2х операций  с выбором режущих инструментов, обоснованием и расчетом режимов обработки         

Список литературы                                                                                26 

Разработка технологического процесса сборки сборочной              единицы

  1.1      Назначение изделия .Анализ технических требований на сборку, выявление основных технологических задач: разработка схем контроля по основным параметрам.

      Сборочная единица “Головка цилиндра” является составной частью одноцилиндрового дизельного двигателя и предназначена для регулирования фаз газораспределения посредством впускного и выпускного клапанов, а также обеспечения герметичности цилиндра. Изделие представляет собой корпус головки (поз. 1), выполненный из алюминиевого сплава с запрессованными в него сёдлами клапанов  (поз.12,13)  и направляющими втулками (поз.11,14) . Клапаны ( впускной (поз.2) и выпускной (поз.3) могут свободно перемещаться вдоль направляющих втулок. Пружины (поз. 7) упруго поддерживают клапаны, обеспечивая их самовозвращение. Корпус головки имеет впускной и выпускной каналы, представляющие собой отверстия с криволинейной осью, через которые происходит соответственно поступление в камеру сгорания смеси и выхлоп отработанных газов из неё. В местах контакта втулок и корпуса головки находятся маслоотражающие колпачки, предотвращающие попадание масла в цилиндр. Также в корпус головки завёрнуты шпильки для крепления подводящих и отводящих устройств.

С помощью газораспределительного механизма (в частности распределительного вала ) происходит попеременное опускание клапанов вдоль втулок. При этом происходит наполнение цилиндра смесью и выхлоп газов из него . Пружины обеспечивают самовозвращение клапанов в исходное положение.

    Условия эксплуатации:

- температура 800900 (поддерживается системой охлаждения)

-давление во впускном канале: 0.4 МПа; в выпускном : атмосферное

-Характер нагрузок: нагрузки динамические, знакопеременные, вследствие работы кривошипношатунного механизма, а также ударов самих клапанов.

-Среда неагрессивная : взвешенные в очищенном воздухе частицы дизельного топлива (размер частиц 0.0020.005мм) 

Исходя из условий эксплуатации к конструкции сборочной единицы предъявляются    следующие технические требования:

Притереть стык клапанов с сёдлами до появления непрерывного пояска шириной не менее 1 мм. Требование назначено для обеспечения герметичности стыка клапан-седло. При невыполнении данного требования произойдет несвоевременное проникновение смеси в камеру сгорания , а также несвоевременный выход газов из неё, что приведёт к нарушению фаз газораспределения. Требование контролируется заливкой керосина в каналы и проверкой (визуальной) его проникновения через стык клапан-седло. Требование обеспечивается притиркой стыка с использованием абразивного материала (абразивная паста на основе: микропорошок 25А  М7Н  ГОСТ  2881890 и масло моторное М8В ГОСТ 1054178) 

2 Утопание клапанов относительно поверхности А 1.0-1.5 мм. Назначено для обеспечения безопасной работы клапанов в строго определённом диапазоне, при нарушении пределов которого возможны соударения клапанов с поршнем и выход из строя газораспределительного механизма. При невыполнении возможна поломка клапанов . Данное требование контролируется на приспособлении, изображённом на схеме контроля. Требование обеспечивается выполнением деталей сборки в рамках заданных допусков, а также пригоночными работами. 

Притирку клапанов производить до установки маслоотражательных колпачков. Требование назначено для облегчения работ по притирке клапанов, а также для сохранения в надлежащем состоянии колпачков . При невыполнении колпачки будут мешать своими резиновыми уплотнениями свободно перемещаться клапанам вдоль втулок, а также произойдёт истирание и выход из строя самих уплотнений. Контроль визуальный, обеспечивается сборщиком.

Допускается проверка герметичности стыков клапанов поз. 2 и 3 с сёдлами пневматическим прибором давлением 0.59 МПа +20 %. Давление воздуха подавать со стороны поверхности А. Утечки воздуха не допускается.                            Требование назначено для обеспечения контроля герметичности стыка клапан-седло и регламентирует величину давления воздуха при проверке и направление его подачи. При невыполнении  герметичность может быть проконтролирована неверно: давление может быть избыточным или недостаточным. Требование контролируется прибором (манометром), расположенном на стенде. Требование обеспечивается на стенде (испытательный стенд СТ453), который представляет собой компрессорную установку с возможностью закреплять на ней изделие и обеспечивать герметичный контакт головки и подводящей системы.

Основными технологическими задачами, возникающими при сборке головки являются: 1.Обеспечение точного прилегания  клапанов к сёдлам по всей поверхности стыка. 

Обеспечение герметичности стыка

 2.1 Анализ технологичности конструкции сборочной единицы

Сборочная единица “Головка цилиндра” представляет собой набор деталей и узлов собираемых механически в полноценное, структурно-завершённое изделие, сборка которого не требует высокой квалификации рабочего и не вовлекает сложного оборудования.  В конструкции изделия предусмотрено минимальное количество деталей и составных частей, при котором обеспечивается его работоспособность: в изделии 15 деталей и одна сборочная единица- колпачок маслоотражательный (1 СБ20). Обеспечено удобство сборкиразборки: в основном соединения с гарантированным зазором(клапан-втулка), есть соединения с натягом(головкаседло, головка-втулка), нет неразъёмных соединений, есть соединения с упругими элементами - пружинами, резьбовые соединения (шпильки поз.15). Также  сокращены до минимума пригоночные работы(к ним относятся действия по притирке клапанов к сёдлам).Данные пригоночные работы осуществляются на простом, доступном оборудовании.  Хорошо обеспечена возможность  замены деталей, имеющих  быстроизнашиваемые поверхности ( в процессе работы возможен износ по трущимся поверхностям  клапанов: по стержню клапана, а также изнашивается тарелка клапана; поэтому допускается возможность выпрессовки старых втулок и сёдел и запрессовке на эти места новых, а также замены самого клапана ).  Не в полной мере  соблюдён принцип унификации: впускной и выпускной клапаны имеют разные диаметры тарелок, вследствие этого сёдла тоже разных диаметров. Из стандартных деталей в сборке только шпильки и пружины. Все детали и узлы взаимозаменяемы, при выходе  из строя на их места устанавливаются запасные части. Не предусмотрена возможность механизации и автоматизации сборочных работ: сборка производится с соблюдением комплектности, не допускается раскомплектование клапанов и головки после притирки . Обеспечен удобный доступ к местам контроля . Контроль осуществляется простыми по конструкции и доступными средствами (калибры, индикаторы, визуальный контроль), например утопание клапанов может быть проконтролировано калибром, равномерный поясок на поверхности клапана после притирки может быть проконтролирован универсальными измерительными средствами .   Обеспечен свободный подход элементов сборочного оборудования (пуансон пресса не задевает выступающих частей  конструкции изделия, головка шппильковёрта может свободно перемещаться). В целях повышения точности установки предусмотрены специальные элементы в конструкции являющиеся сборочными базами ( например поверхность сёдел поз.12,13 является базовой для клапанов). Совмещены конструкторские, сборочные, установочные и измерительные базы:  поверхность А(см. чертеж) является сборочной, установочной и измерительной . На основании изложенного можно считать конструкцию данного изделия технологичной для условий серийного производства.

1.5.  Разработка и обоснование технологических схем и эскизов узловой сборки

Рассматриваемый узел представляет собой “Колпачок маслоотражательный”(1СБ20), который предохраняет внутреннее пространство головки цилиндра от проникновения масла. Данный узел  собирается обособленно от изделия “Головка цилиндра”(СБ1). Его составными частями являются металлический  корпус - базовая деталь( поз.20)  и резиновая  манжета(поз.2). В процессе сборки данного узла манжета устанавливается на корпус по посадке с натягом. Наличие данного узла позволяет снизить трудоемкость общей сборки, т. к. собирается параллельно с ней.

1.6.  Разработка технологического процесса сборки с выбором оборудования, 

инструментов, техническим нормированием времени и определением суммарной 

трудоемкости сборки узла. 

     На основании разработанной технологической схемы  был составлен технологический процесс сборки. Исходя из  принципа однородности и законченности действий на одном рабочем месте, выявлены операции. Определена схема установки и закрепления  базовой детали, выбрано оборудование (пневматический пресс, шпильковёрт и т.д) . Далее произведён расчёт сил запрессовки, а также по нормативным данным рассчитаны операционные времена.  

    Эскизы представлены на листе 1.  Подробное описание маршрута  технологического процесса сборки изложено в маршрутной карте.

Расчёт сил запрессовки  при запрессовке втулок(поз.11,14) и сёдел клапанов( поз.12,13) в операциях 015 и 020.

Раздел 2 Проектирование технологического маршрута изготовления детали.

  2.1 Назначение детали в узле. Анализ технических требований чертежа детали, выявление основных технологических задач, разработка схем контроля по основным параметрам точности.

    Деталь представляет  собой корпус, отлитый  из алюминиевого сплава АК9М2КТ6 ГОСТ 158393, в конструкции которого  предусмотрены ребра охлаждения,  впускной и выпускной каналы, а также посадочные места для запрессовки сёдел и направляющих втулок клапанов.    Данная деталь “Головка цилиндра” является корпусной  для сборочной единицы “Головка цилиндра”.  Впускной и выпускной каналы направляют потоки горючей смеси в цилиндр, а также  направляют и отводят отработанные газы из цилиндра.  

Анализ технических требований: 

   1.Допуск перпендикулярности осей всех резьбовых отверстий, кроме оговорённых особо, относительно поверхностей  на которых они расположены, 0.2 мм на длине 100мм. 

Назначено для обеспечения точности расположения осей резьбовых отверстий в заданных границах. При невыполнении могут возникнуть трудности с закреплением элементов конструкции изделия , находящихся в данных резьбовых отверстиях. Контролируется специальным приспособлением.  Требование обеспечивается  станком, на котором будет производиться обработка, а также жёсткостью технологической системы.

  2.Шероховатость литейных поверхностей  Rz320. Назначено для обеспечения шероховатости поверхности заданной величины. При невыполнении во впускном и выпускном каналах могут возникать вредные завихрения, что приведёт к неправильной работе головки .Контролируется профилометром или образцами шероховатости. Обеспечивается методом литья, которым получалась заготовка.

    3.Впускной и выпускной каналы проверить на герметичность давлением 0.1 МПа в течение 1 мин в водяной ванне давлением 0.1 МПа . Появление пузырьков воздуха через толщины и стенки литья не допускаются.  Назначено для обеспечения герметичности .При невыполнении требования на работающем двигателе может находиться негерметичная головка цилиндра , при этом она не будет выполнять своих функций. Контролируется на стенде. Обеспечивается на этапе заготовительного производства при изготовлении заготовки. Далее представлена схема контроля.

4.Отклонение от перпендикулярности  оси отв. ∅13Н8 и базовой поверхности А не более 0.05 мм на 100 мм длины.

Данное требование назначено для обеспечения перпендикулярности отверстия для посадки втулки  и базовой плоскости . Если не выполнить данное требование произойдёт перекос клапана при работе , что может вызвать сильный износ клапана и его втулки. Следствием этого может быть нарушение работы головки. Требование обеспечивается   сверлильным станком, на котором будет производиться обработка.

5.Допуск параллельности нижней привалочной плоскости головки относительно базовой плоскости А равен 0.03 мм на длине 100 мм. Требование назначено для обеспечения параллельности указанных поверхностей. При невыполнении требования может быть затруднена последующая обработка детали, а именно, при фрезеровании отверстий под сёдла клапанов произойдёт перекос фрезы. Контролируется приспособлением, далее представлена схема контроля.  Обеспечивается фрезерованием.

  Исходя из анализа технических требований можно выделить следующие технологические задачи: 1.Соблюдение герметичности впускного и выпускного каналов.  2. Обеспечение заданной шероховатости и чистоты поверхности отливки внутри каналов. 

3.Выдерживание отклонений взаимного расположения поверхностей в заданных пределах.

2.2 Отработка конструкции детали  на технологичность для заданного типа производства

1. Деталь имеет сложную конфигурацию, сочетая в себе большое количество фасонных поверхностей ( ребра охлаждения, поверхности впускного и выпускного каналов). Конструкция детали максимально упрощена, но при этом предусматривает большой объем механической обработки. Деталь имеет  надёжные базовые поверхности.

Для соблюдения принципа постоянства баз , а также для удобства базирования при обработке используются искусственные базы.

2.Практически все требования точности, заданные конструктором   оправданы и соответствуют условиям эксплуатации, нет завышенных требований: преимущественно

 8-ой квалитет,  параметр шероховатости не выше Ra0.63.

3. В конструкции детали соблюдены принципы стандартизации и унификации. Размерная унификация: большинство размеров из нормального ряда; элементная унификация: фаски,  

проточки. Это позволяет при обработке использовать стандартный инструмент и оборудование.  

4. Деталь обладает значительной жёсткостью (имеет почти кубическую форму), также размерные соотношения детали подразумевают применение жесткого инструмента и высокопроизводительных методов обработки..

5. Обеспечено удобство подвода инструмента при обработке: обрабатываемые поверхности находятся снаружи, нет скрытых и труднообрабатываемых поверхностей. Также предусмотрена сквозная обработка отверстий (отверстия  под посадку втулок клапанов).

6. Выполнены специфические требования , предъявляемые к детали при использовании высокопроизводительных методов( применение ЧПУ): обработка производится при минимальном количестве установов на станке,  максимально возможно типизированы диаметры отверстий, симметричные участки не выполнены одинаковыми по форме и размерам, что не позволит произвести обработку на станке с ЧПУ изменив лишь знак. Исправить последний недостаток не представляется возможным в силу конструктивных различий между впускным и выпускным каналами. 

7.  Предусмотрена возможность параллельной обработки (например боковые поверхности головки можно фрезеровать параллельно набором фрез на горизонтально-фрезерном станке ).

Исходя из изложенного можно считать конструкцию детали технологичной для серийного типа производства.

2.3.  Обоснование выбора материала детали: критерии выбора , условия эксплуатации, возможные варианты материала.

    Деталь “Головка цилиндра” входит в состав одноцилиндрового дизельного двигателя внутреннего сгорания, эксплуатационные свойства которого подразумевают его предельно низкую массу, т.е . материал детали должен иметь малую плотность и одновременно с этим прочным.  Материал должен иметь  хорошую теплопроводность, чтобы эффективно отводить тепло от нагретого цилиндра. Также для материала детали важно свойство коррозионной стойкости для безотказной работы в атмосферных условиях, при котором    он не взаимодействует  с окружающим воздухом. Немаловажную роль играет стоимость материала детали  в условиях серийного производства и доступность его на рынке. 

     Условия эксплуатации представляют собой  сложное нагруженное состояние. К ним можно отнести  совокупность знакопеременных (силы разного направления в тактах впуска, выпуска), ударных нагрузок ( удары при воспламенении смеси в цилиндре и работе кривошипношатунного механизма), а также сил  давления во впускном канале. Температурный режим  80900С  поддерживается системой охлаждения .

   Исходя из назначения  и  анализа условий эксплуатации  изделия можно выделить следующие критерии выбора материала детали:  материал должен быть легким, прочным , иметь хорошую теплопроводность,  коррозионностойким и дешевым.  Такими  материалами могут быть алюминиевые сплавы. 

Сплавы с высоким содержанием Zn (свыше 3%) систем AlSiZn (АЛ11) и AlZnMgCu(АЛ24) имеют повышенную плотность и пониженную коррозионную стойкость, но обладают хорошими литейными свойствами и могут применяться без термической обработки. Сплавы с высоким содержанием Си (свыше 4% ) - двойные сплавы AlСи (АЛ7) и сплавы тройной системы AlCuMn с добавкой Ti (АЛ19) по жаропрочности превосходят сплавы первых трёх групп, но имеют несколько пониженные коррозионную стойкость, литейные свойства и герметичность.

Сплавы системы AlCuMgNi и AlCuMgMnNi (АЛ1, АЛ21) отличаются высокой жаропрочностью, но плохо обрабатываются.

Свойства литейных сплавов существенно меняются в зависимости от способа литья;они тем выше, чем больше скорость кристаллизации и питание кристаллизующегося слоя. Как правило, наиболее высокие характеристики достигаются при кокильном литье. Свойства отдельно отлитых образцов могут на 2540% превосходить свойства кристаллизовавшихся наиболее медленно или плохо питаемых частей отливки. Некоторые элементы, являющиеся легирующими для одних сплавов, оказывают вредное влияние на другие. Кремний снижает прочность сплавов систем AlMg и ухудшает механические свойства сплавов систем AlSi и AlCu. Олово и свинец даже в десятых долях процента значительно понижают температуру начала плавления сплавов. Содержание железа регулируется в зависимости от способа литья: оно максимально при литье под давлением и в кокиль и сильно снижено при литье в землю. Уменьшением вредных металлических и неметаллических примесей в сплавах с применением чистой шихты и рафинирования, введением малых добавок Ti, Zr, Be, модифицированием сплавов и их термической обработкой можно существенно повысить свойства фасонных отливок из А.с. Рафинирование осуществляется: продувкой газом (хлором, азотом, аргоном); воздействием флюсов, содержащих хлористые и фтористые соли; выдерживанием в вакууме или сочетанием этих способов. 

Таким образом для изготовления детали целесообразно выбрать алюминиевый сплав АК9 (АЛ4), который по своему  назначению и свойствам удовлетворяет условиям эксплуатации.

 2.4  Выбор и обоснование метода получения заготовки: критерии выбора, схема .       

    Технологическая характеристика материала детали

Сплав АК9(АЛ4) обладает хорошими литейными свойствами :  низкая усадочная пористость, высокая жидкотекучесть, незначительная усадка. Наряду с этим практически невозможна обработка давлением этого материала: возможно образование трещин, и, как следствие значительное снижение прочности.

 Форма детали 

   Деталь     “Головка цилиндра” – корпусная, имеющая сложные внутренние каналы,  на внешней поверхности множество ребер, предназначенных для охлаждения головки, а также другие фасонные поверхности, усложняющие изготовление заготовки.

  Исходя и сложности формы детали возможно изготовление заготовки литьём.

Требуемая точность изготовления, шероховатость поверхностей  

Большая часть поверхности заготовки обрабатывается механически и не требует высокой точности изготовления, но существуют необрабатываемые  элементы конструкции детали, имеющие  требования шероховатости (например,  поверхности впускного и выпускного каналов имеют шероховатость Rz320).  Требования точности могут удовлетворить следующие методы литья: литье в песчано-глинистые формы, литье под давлением.   

Тип производства

Тип производства – серийный. При данном типе производства, экономически более оправданным является литьё в песчано-глинистые формы.

Исходя из  типа производства степени сложности детали, заготовку можно изготавливать литьём в песчано-глинистые формы с ручной формовкой в стержнях. 

 2.5-2.6 Маршрут обработки основных поверхностей детали, их обоснование.

  

    На первой операции механической обработки производим подготовку постоянных баз для последующих операций механической обработки . В качестве черновой базы принимаются боковые и нижняя поверхность заготовки. Далее , базируясь на них обрабатываются четыре отверстия,  два из которых выполняются по IT8. Эти отверстия далее будут служить базовыми для последующей обработки (цилиндрический и срезанный пальцы)  

   На основании конструкторской документации был разработан маршрут обработки основных поверхностей детали, выбрано оборудование и инструмент. Данный технологический процесс представлен в маршрутной карте.