Техпроцесс ремонта гильзы цилиндров дизельного двигателя Д-260 (технологическая часть дипломного проекта)

4. Проектирование технологического процесса
восстановления гильзы цилиндров

4.1. Анализ конструкции и дефектов
Гильза цилиндров является ответственной и важной деталью двигателя и в процессе эксплуатации она испытывает высокие силы трения, температуру, давление, в результате которых изменяется ее формы и размеры.
Ресурс двигателя в значительной мере определяется состоянием гильз цилиндров. При контроле гильзы цилиндров необходимо учитывать, что наибольший износ внутренней рабочей поверхности при нормальных условиях эксплуатации двигателя наблюдается в зоне остановки первого компрессионного кольца в верхней мертвой точке.
Рабочая поверхность гильз является направляющей при движении поршня и вместе с ним и головкой блока цилиндров образует замкнутое пространство, в котором происходит рабочий цикл двигателя. Для плотного прилегания поршня и поршневых колец к гильзе и уменьшению сил трения между ними внутреннею полость тщательно обрабатывают с высокой степенью точности (8-й квалитет точности), поэтому ее называют зеркалом.
Сопряжение гильзы с поршнем и поршневыми кольцами должно быть таким, что бы предотвращалась утечка газов из цилиндра в картер
Овальность и конусность гильзы, установленной в блоке цилиндров, должна быть 0,02 мм. Гильза цилиндров дизельных двигателей выбраковывают при наличии трещин, глубоких рисок, износе внутренней поверхности более 0,35 мм, износе бурта по высоте более 0,3 мм.
Технические требования к поверхностям гильзы цилиндров дизельных двигателей:
− диаметр верхних посадочных поясков – 125,95 – 125,99 мм;
− диаметр нижних посадочных поясков – 124,95 – 124,99 мм;
− высота опорного бурта – 9,150 – 9,120 мм;
− овальность посадочных поясков – 0,03 мм;
− биение посадочных поясков – 0,05 мм.

Технические требования на дефектацию детали (гильза цилиндров) отображены в таблице 2.1.



Таблица 2.1
Технические требования на дефектацию детали (гильза цилиндров)


Наименование детали или сборочной единицы Обозначение
 Гильза цилиндра 245-1002021
 Материал Твердость
 Чугун специальный
ГОСТ 3443-87 229...269 НВ
No дефекта Обозначение Возможный дефект Способ
установления дефекта и контрольный инструмент Размеры, мм Заключение
    по чертежу допуска-емые 
1 − Трещины, изломы, пробоины. Осмотр. Дефектоскоп ПМД-70  
Не допускаются 
Браковать
3 1 Продольные риски, надиры следы коррозии на внутренней поверхности 
Осмотр



 
Не допускаются Ремонтировать. Установка ремонтной детали
4 2 Износ, овальность, конусообраз-ность внутренней поверхности 
Нутромер 100-160 ГОСТ 9244-75 

 

Расточить, хонинговать, вставить
свертную втулку, хонинговать
5 3 Износ поверхности опорного бурта 
Микрометр МК 25-2 




Установка ремонтной детали
 

Продолжение таблицы 2.1
6 4 Износ поверхности верхнего посадочного пояска 
Микрометр МК 175-2 




Ремонтировать. Газопламенное
напыление
7 5 Износ поверхности нижнего посадочного пояска 
Микрометр МК 175-2 



Ремонтировать. Газопламенное
напыление
8 6 Отложение накипи следы
коррозии на наружной
поверхности Осмотр
 Не допускаются Химическая вытравка


4.2 Определение применимости способов восстановления

В настоящее время ремонтные предприятия располагают достаточно большим количеством проверенных практикой способов восстановления деталей. К ним относятся способы замены детали ремонтного размера, дополнительных деталей, пластической деформацией, электрическим и газотермическим покрытием, наплавкой и другими. Однако не все из указанных способов восстановления детали являются рациональными.
Для выбора более рационального способа необходимо правильно оценить применимость способа к данной детали.
Для устранения каждого дефекта (группы или комплекса одинаковых дефектов) должен быть выбран рациональный способ, т. е. технически обоснованный и экономически целесообразный. Правильно выбранный способ восстановления увеличивает послеремонтный ресурс и снижает экономические затраты на капитальный ремонт двигателей.
Рациональный способ восстановления деталей определяют, пользуясь критериями: технологическим (применяемости) и техническим (долговечности).

Технологический критерий.
Характеризует принципиальную возможность применения нескольких способов восстановления, исходя из конструктивно-технических особенностей детали или определенных групп деталей.
К числу конструктивно-технических особенностей относятся гео-метрическая форма и размеры, материал, термическая или другой вид поверхностной обработки, твердость, шероховатость поверхности и точность изготовления детали, характер нагрузки, вид трения и износа, размеры износа.
Сварка, механизированные способы наплавки, обработка под ре-монтные размеры и постановка дополнительных деталей применимы для восстановления практически всех групп деталей . Однако этими способами трудно устранить повреждения в деталях из алюминиевых и цинковых сплавов, где наиболее эффективно использование аргоно-дуговой сварки.
Таким образом, способы устранения дефектов деталей, выбран-ные по технологическому критерию, в первую очередь обеспечивают восстановление размеров и формы изношенных деталей. Однако свойства поверхности можно восстанавливать не всеми способами.
Оценивает каждый способ (выбранный по технологическому признаку) устранения дефектов детали с точки зрения восстановления (иногда и улучшения) свойств поверхностей, т. е. обеспечения работоспособности за счет достаточной твердости, износостойкости и сцепляемости покрытия восстановленной детали.
Для каждого выбранного способа дается комплексная качествен-ная оценка по значению коэффициента долговечности Kд, определяемому по формуле [7]:

(4.1)
где Ki, Кв и Кс - коэффициенты износостойкости, выносливости и сцепляемости покрытий .
Установив рациональный способ устранения дефектов(группы дефектов) детали , приступаем к проектированию технологического процесса восстановления детали.
Выбор рациональной технологии восстановления гильзы блока цилиндров двигателя Д-260 .
При выборе способа восстановления мы будем руковадствоватся тем что
гильзу блока цилиндров мы восстанавливаем при внутреннем диаметре больше 110,76 мм когда неприменим способ ремонтных размеров.
По технологическому критерию для дефектов 1и 2, как основной способ, принимаем вставку всвертной втулки из ст. У10А Данный способ не требует предварительного нагрева детали. В результате этого мы восстанавливаем гильзу до номинального значения.
Кд = 1,0х0,87х1,0 = 0,87
Отсюда видно, что при данном способе после восстановления уменьшается ресурс работы гильзы блока цилиндров на 13%.
По технологическому критерию для дефектов 3,4,5 как основной способ восстановления принимаем нанесение на поверхностный слой металла (полуавтоматическая наплавка проволокой ПАНЧ-12) после чего надо проточить до номинального размера.
Кд =1,3 х 1,1х0,6=0,86
Отсюда видно, что при данном способе после восстановления уменьшается ресурс работы гильзы блока цилиндров на 14%.
По технологическому критерию для дефекта 6 применяем химическое вытравливание наружной поверхности.
По результатам расчетов видно, что восстановления гильзы блока цилиндров под номинальный размер способ - дополнительной ремонтной детали который является рациональным способом восстановления.

4.3 Выбор технологических баз
Технологическая база – поверхность детали, посредствам которой производится ее ориентация на станке. При выборе баз необходимо учитывать:
 по возможности выбирать те базы, которые использовались при изготовлении детали;
 базы должны иметь минимальный износ;
 базы должны быть жёстко связаны точными размерами с основными поверхностями детали, влияющими на работу в сборочной единице.
В качестве технологических баз при механической обработке внутренней поверхности используют посадочные пояски диаметром 125 мм, 126 мм (опорная база). Поверхности детали, выбранные в качестве технологических баз, обеспечивают постоянство и единство баз, т.к. они тоже являются технологическими базами при изготовлении детали. Схема установки детали показана на рисунке (2.1).





Рисунок 2.1 Схема базирования

4.4 Разработка технологических операций ремонта
гильзы блока цилиндров.

После определения всех видов дефектов корпуса редуктора и характера их появления, необходимо выбрать и обосновать последовательность их устранения. Далее необходимо сделать обоснованный выбор оборудования, приспособлений и инструмента, установить режимы обработки и пронормировать полученный технологический процесс.
Маршрут восстановления детали должен обеспечивать оптимальную последовательность операций, как с технологической точки зрения, так и с экономических позиций, то есть необходимо непосредственно на восстановление (в виде затрат на электроэнергию, пар, сжатый воздух, и т. д., заработной платы, компенсации неоправданного износа инструмента и оборудования), минимизировать потери времени, уменьшить материальные затраты.
При разработке маршрута следует руководствоваться следующими правилами:
1) первыми выполняются операции по восстановлению или изготовлению технологических баз;
2) последовательность механообработки зависит от системы постановки размеров на чертеже. Прежде всего, обрабатывают поверхность, относительно которой на чертеже скоординированы другие поверхности детали;
3)чистовую и черновую обработки со значительными припусками надо выделять в отдельные операции;
1) каждая последующая операция должна улучшать качество поверхности.
В соответствии с вышеизложенными требованиями принимаем следующий технологический маршрут:
Слесарная → токарная → наплавочная → токарная → расточная → →заготовительная → слесарная → раскаточная → термическая → →хонинговальная → контрольная
Контрольная операция предусматривает измерение размеров контролируемых и восстанавливаемых поверхностей, контроль отклонений формы и расположения поверхностей. Контролировать отклонение от прямолинейности, наличие трещин.

4.5 Выбор режущего, мерительного инструмента и приспособлений на операции ремонта
При выборе оборудования для каждой технологической операции необходимо учитывать назначение обработки, габаритные размеры деталей, размер партии обрабатываемых деталей, расположение обрабатываемых поверхностей, требования к точности и качеству обрабатываемых поверхностей.
Для предварительного чистового растачивания используем отделочно-расточной станок 2Е78П. Характеристики станка приведены в табл. 2.6. Для расточки используется расточной резец 2140-0001 ГОСТ 6743-61 с углом в плане 60 с пластинами из твёрдого сплава ВК6.

Таблица 2.6 Краткая характеристика станка 2Е78П
Характеристика Единицы
измерения Значение
Максимальный диаметр обрабатываемой детали над станиной мм 320
Число оборотов шпинделя мин-1. 12,5; 25; 40; 75; 115; 150; 250; 310; 350; 290; 410; 450
Подача суппорта:  
продольная мм/об. 0,080,19
поперечная мм/об. 0,040,95
Количество ступеней подач суппорта - 24
Мощность электродвигателя кВт 3
КПД - 0,85

После токарной операции следует хонинговать рабочую поверхность гильзы, для предания ей соответствующей шероховатостьи Ra=0,32. Чистота обрабатываемой поверхности должна соответствовать классу 9. Для хонинговальной операции применяем вертикально-хонинговальный станок 3А833. Характеристика станка приведена в табл. 2.7. Для хонингования используем хонинговальную головку, бруски АСН63×50 ГОСТ 8635-74.

Таблица 2.7 Краткая характеристика станка 3А833
Характеристика Единицы
измерения Значение
Наибольший диаметр обрабатываемого отв. мм 145
Наименьший диаметр обрабатываемого отв. мм 67,5
Число оборотов шпинделя мин-1. 155; 210; 245; 270; 320; 380; 400
Скорость возвратно-поступательного движения мм/мин. 8,1-15,5
Мощность электродвигателя кВт 2,8
КПД  - 0,75

Выбор технологической оснастки
Для расточки используется расточной резец 2140-0001 ГОСТ 6743-61 с углом в плане 60 с пластинами из твёрдого сплава ВК6.
Конструктивные параметры резца:
L=250 мм (длина);
B=25 мм (высота);
C=30 мм (ширина);
60 (угол в плане);
ВК6 (вольфрамокобальтовый сплав, кобальта 6%).

Затем в последующей операции, хонинговании, используем хонинговальную головку – бруски АСН63×50 ГОСТ 8635-74.



4.6 Расчет технологических режимом и норм времени

4.6.1 Расчет припусков
Определение ремонтного размера:

Dрем.=Dизм.+2Z, (2.5)

где Dизм. – диаметр ремонтируемой гильзы, мм. Принимаем равным 111,6 мм;
2Z – припуск на механическую обработку, мм.


2Z = Z'+Z", (2.6)

где Z' – припуск на расточку, мм;
Z" – припуск на хонингование, мм.

Расточная
Определение припуска на расточку гильзы цилиндра:
 Для расчета припуска на расточку гильзы цилиндра определяем погрешности, возникающие при данном типе обработки.
Минимальный промежуточный припуск на расточку гильзы цилиндра [3,с.57]:
2Zmin =2(Rz+T+√ (ρ 2+ ε 2)),  (2.7)
где Rz - высота микронеровностей поверхности, мкм;
T- глубина дефектного поверхностного слоя, мкм;
ρ - суммарные отклонения расположения, мкм;
ε - величина погрешностей установки заготовки при выполняемом технологическом переходе, мкм.
Максимальный промежуточный припуск на расточку гильзы цилиндра:

2Zmax = 2Zmin+δр-δв,  (2.8)

где δр - допуск на размер, мм;
δв - допуск на размер на выполняемом переходе, мм.

Для удобства определения промежуточных припусков перед их расчетом исходные и расчетные данные заносим в таблицу 2.4 [3,с.66]:


Таблица 4.2 Припуски, допуски и промежуточные размеры при расточке  

Наименование технологической операции
 Точность обрабатываемой поверхности, кв. Допуск на размер, мм, δр Элементы припуска, мкм. Промежуточные припуски, мм
   Rz T ρ ε 2Zmin 2Zmax
Расточка гильзы 9 0,22 30 245 357 350 0,035 0,2


Суммарное значение отклонений при базировании гильзы цилиндра:

ρ = √( ρдеф 2+ ρэкс 2),  (2.9)

где ρдеф - деформация заготовки, мм;
ρэкс - эксцентричность отверстий, мм.
Деформация литых заготовок:
  ρдеф= Δдеф × Lц,   (2.10)

где Δдеф =1- величина удельной деформации отливок, мкм/мм;
Lц =245 - длина заготовки, принимаем из табл. 2.5, мм.

ρдеф= 1× 245 =245 мкм.

Эксцентричность отверстий:

  ρэкс=0,25√( δр2+ 1),  (2.11)

где δр - допуск на размер, из табл.2.4, мм,

ρэкс=0,25√( 0,222+ 1)=0,26мм =260 мкм.

Тогда суммарное значение отклонений при базировании гильзы цилиндра равно:
ρ = √( ρдеф 2+ ρэкс 2)= √( 170 2+ 260 2)=357 мкм = 0,357мм.

Погрешность установки гильзы цилиндра [3,с.138]:
ε=350 мкм.
Величина остаточного суммарного расположения детали:
 ρост = Ку × ρ,  (2.12)
где Ку = 0,05 - коэффициент уточнения, [3,с.61];
ρ - суммарное значение отклонений при базировании ,мкм.

ρост = 0,05×357=17,85 мкм.

Величина погрешности установки гильзы цилиндра:
 ε ост = Ку × ε,  (2.13)
где Ку = 0,05 - коэффициент уточнения, [3,с.61];
ε - погрешность установки гильзы цилиндра ,мкм.

ε ост = 0,05 × 350=17,5 мкм.

Расчетные максимальный и минимальный промежуточный припуск на расточку гильзы цилиндра составляет:

2Zmin =2(30+245+√(17,85 2+ 17,5 2))=35мкм=0,035мм.
2Zmax= 35+225-60=200 мкм=0,2мм.

Промежуточные размеры:
 D min = D изм+2Zmin ;  (2.14)
  D max = D изм+2Zmax; (2.15)
  D min =D изм+ 0,035=110,285 мм.
  D max = D изм+ 0,2=111,45мм.
Определяем расчетный ремонтный размер:
 D расч.рем = D изм+2Zmin +2Z’’хон.,  (2.16)
где 2Z’’хон. - припуск на хонингование, табл.14 [3,с.154],мм.
D расч.рем = D изм +0,035+0,05= 110,335мм.
Полученную расчетную величину Dрасч.рем сравниваем с данными таблицы 2.6 и выбираем ближайший по отношению к расчетному ремонтный размер:

Dрем.=110,5 мм.
Действительный общий припуск на расточку:
  2Z’раст= Dрем - D изм-2Z’’хон (2.17)
2Z’раст= 110,5 – 110,25 - 0,05=0,2 мм

Хонинговальная
Определение припуска на хонингование гильзы цилиндра:
Обработку гильзы цилиндра хонингованием будем проводить в два этапа: черновое и чистовое.
Припуск определяем статистическим методом, используя данные табл.14[3,с.154]:
2Z"чер. =0,04 мм;
2Z"чис.=0,01 мм.
  2Z"хон.= 2Z"чер. +2Z"чис=0,04+0,01=0,05 мм. (2.18)

Определяем общий припуск на обработку:

2Z’об.= 0,2+0,05=0,25 мм.


4.6.2 Расчет режимов обработки

Токарная операция
Точим фаску размером 1,5х30°. Точение производится за один проход. Режимы обработки - t1,5 мм, S=1,5 мм. Частота вращения шпинделя n=250 мин-1, v=68,65 м/мин.

Расточная операция
Обрабатываем отверстие гильзы. Глубина резания t при черновой обработке равна или кратна припуску z на выполняемом технологическом переходе. При чистовой обработке (Ra<2,5) глубина резания принимается в пределах 0,10,4 мм. После назначения глубины резания t0,2 мм назначаем подачу из числа существующих в характеристике станка S=0,2 мм/об.
Расточку гильзы выполняем за один проход с припуском под хонингование. Чистота обрабатываемой поверхности должна соответствовать классу 6.


Скорость резания v рассчитывается по формуле:

, (2.19)

где Сv, m, xv, yv – коэффициенты и показатели степени, учитывающие условия обработки;
Т – период стойкости режущего инструмента;
Kv – поправочный коэффициент, учитывающий условия обработки, которые не учтены при выборе Cv.
Период стойкости режущего инструмента Т принимаем равным 60 минутам. Поправочный коэффициент Kv рассчитываем по формуле:

, (2.20)

где Kmv1,67 – коэффициент, учитывающий механические свойства обрабатываемого материала;
Knv1 – коэффициент, учитывающий состояние поверхности заготовки;
Kуv1 коэффициент, учитывающий главный угол резца в плане;
Kу1v0,9 – коэффициент, учитывающий вспомогательный угол резца в плане;
Krv1 – коэффициент, учитывающий радиус при вершине режущей части резца;
Kqv0,91 – коэффициент, учитывающий размеры державки резца;
Kоv1 – коэффициент, учитывающий вид обработки;
Kuv0,9 – коэффициент, учитывающий вид материала режущей части инструмента.

.

Определим скорость резания по формуле (2.19)
м/мин.

По расчётному значению скорости резания определяется частота вращения шпинделя с закреплённым резцом:

, (2.21)

где dД – диаметр детали (отверстия), мм.

мин-1.

Максимальная частота вращения шпинделя станка равна 450 мин-1. Принимаем частоту вращения шпинделя, близкую к расчётной n250 мин-1.
Тогда скорость обработки рассчитывается по формуле:

, (2.22)

м/мин.

Рассчитанные элементы режима резания необходимо проверить по мощности электродвигателя станка. Мощность резания определим по формуле:
, (2.23)

где рz – составляющая силы резания.

, (2.24)

где Срz, xрz, yрz, nрz – коэффициенты и показатели степеней, учитывающие условия обработки;
Крz – поправочный коэффициент, учитывающий условия обработки, неучтённые коэффициентом Срz.

, (2.25)

где КMрz0,68 – коэффициент, учитывающий качество обрабатываемого материала;
Крz1 – коэффициент, учитывающий главный угол в плане режущей части инструмента;
Кyрz0,94 – коэффициент, учитывающий передний угол режущей части инструмента;
Крz1,1 – коэффициент, учитывающий угол наклона лезвия;
КRрz1 – коэффициент, учитывающий влияние радиуса при вершине резца.

.

Коэффициент КRрz не учитываем, т.к. сталь резца не быстрорежущая.

Н – составляющая силы резания.

кВт – мощность резания.

Мощность резания, приведённая к валу электродвигателя, должна быть равна или несколько меньше мощности электродвигателя станка.
Условие выполняется:
0,61<3*0,85; 0,61<2,55.


Хонинговальная операция
Определяем скорость резания по формуле:

, (2.26)

где vв – скорость вращательного движения хона, об/мин.;
vв-п – скорость возвратно-поступательного движения хона, м/мин.

, (2.27)

где D110,45 – диаметр хонингуемого отверстия;
n155 мин-1. – частота вращения шпинделя станка.

, (2.28)

где nвх10 ход/мин. – число двойных ходов хона;
Lх 0,15 м – длина хона.

м/мин.
м/мин.

м/мин.

Мощность при вращательном движении определяется по формуле:

, (2.29)

где Рх – осевая составляющая силы резания, м.

, (2.30)

где fх – коэффициент трения резания;
р – давление брусков, Па;
S – площадь контакта одного бруска с обрабатываемой поверхностью, м2;
n – количество брусков в хоне, ед.

Н.
кВт.
Условие выполняется:
2<2,8*0,75; 2<2,1.