Технологический процесс ремонта ТНВД двигателя Д-240 (технологический раздел дипломного проекта)

СОДЕРЖАНИЕ

2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 
2.1 Разработка технологии восстановления упругих свойств пружин подвески 
2.2 Способы восстановления плунжерных пар 
2.3 Разработка технологического процесса ремонта плунжерной пары  
2.4 Расчет участка по ремонту топливной аппаратуры 


2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ УПРУ-ГИХ СВОЙСТВ ПРУЖИН ПОДВЕСКИ

Система питания обеспечивает двигатель топливом и очи-щенным воздухом. Технико-экономические показатели работы дви-гателя в значительной мере определяются техническим состояни-ем топливной аппаратуры. Плунжерная пара играет одну из важ-ных ролей в работе топливной аппаратуры. Она устанавливается в корпусе топливного насоса и служит для создания давления (30 МПа), а также регулирует количество подаваемого топлива. Плун-жерная пара состоит из плунжера и плунжерной втулки.
Наибольшему износу подвержена поверхность плунжера. Ос-новной причиной износа плунжерной пары являются абразивные частицы, находящиеся в дизельном топливе. Они имеют размер 0,001 – 0,005 мм и плохо задерживаются фильтрами.
У плунжера больше всего подвержена износу головка, осо-бенно участок в ее верхней части, расположенный против впускно-го окна гильзы (рисунок 2.1, зона 1). Изношенная поверхность име-ет вид желобообразной канавки, которая размещается вдоль

     ДПРМ. 000.000 ПЗ
     
Изм. Лист No докум. Подп. Дата 
Разраб.    Технологическая часть Лит. Лист Листов
Пров.     У    
     БГСХА
Факультет ИАПК и П
Н. контр. Киселева    
Утв. Михальченков    

2.1 – Места износа головки плунжера

плунжера от верхнего торца и проходит ниже середины головки. Максимальная глубина ее 23 – 25 мкм, ширина 4,5 – 5 мм (у верх-него торца головки плунжера), длина 9,5 – 10 мм, общая площадь 42 – 50 мм2.
Блестящая поверхность плунжера в результате износа на


      Лист
      
Изм Лист No докум. Подп. Дата  

этом участке становится изрезанной продольными рисками (в виде бороздок). Внешними признаками изношенного участка являются матовый оттенок поверхности и гребенчатая неровность.
Меньше изнашивается винтовая кромка плунжера (рисунок 2.1, зона 2). Нормально подрезанная под углом 90o кромка вслед-ствие абразивного износа округляется. Изношенная поверхность расположена в 5,5 мм от верхнего торца и захватывает участок, лежащий в непосредственной близости к винтовой кромке. Ширина пораженного участка по цилиндрической поверхности незначи-тельна, а наибольшая (2,5 – 2,7 мм) находится напротив перепуск-ного отверстия; по высоте головки износ распространяется на 4 мм.
Величина скругления винтовой кромки на торце различна: ее максимальный износ находится на участке против перепускного бо-кового отверстия плунжера, расположенного в 6,5 мм от верхнего торца, и составляет 18 – 20 мкм; минимальный износ равен 3,5 мкм и находится на расстоянии 9,5 мм от торца.
Внешний вид изношенной поверхности винтовой кромки плун-жера имеет характерные для абразивного износа бороздки, распо-ложенные вдоль плунжера.
Незначительный износ имеет поверхность малой перемычки (рисунок 2.1, зона 3), на которой образуются отдельные неглубокие риски, идущие вдоль плунжера от верхнего торца до кромки верти-кального паза. Так как этот участок из всей доведенной поверхно-сти головки имеет наименьшую длину и, следовательно, меньшее сопротивление, то в момент создания высокого давления в над-плунжерной камере часть топлива просачивается по рискам и ца-рапинам.

      Лист
      
Изм Лист No докум. Подп. Дата  

Изнашивается и кромка подпорного заплечика плунжера (ри-сунок 2.1, зона 4). Кромка, подрезанная под углом 90o, вследствие абразивного износа округляется и на ее поверхности образуются короткие глубокие риски, идущие вдоль оси плунжера по всей ок-ружности.
Иногда имеют место случаи заклинивания плунжера во втул-ке, причем это проявляется в начальный период работы детали, например, в процессе обкатки двигателя. Увеличение количества этих дефектов объясняется выпуском плунжерных пар с малыми величинами зазора, что достигается селективной сборкой. Незна-чительные нарушения зазора, вызванные деформацией гильзы при монтаже, значительные отклонения от цилиндрической формы де-талей при изготовлении, фазовые и структурные превращения в металле, приводящие к увеличению размеров плунжера, а также релаксация внутренних напряжений, возникающих в процессе тер-мической и механической обработки деталей – все это приводит к контактированию деталей на отдельных участках с последующим схватыванием.
У гильзы наибольшему износу подвержена внутренняя по-верхность, примыкающая к впускному и перепускному окнам. Больший износ находится у верхнего окна, меньший – у перепуск-ного.
Износ в зоне впускного окна охватывает участок в виде жело-бообразной полосы (рисунок 2.2) шириной 4,5 – 5 мм, расположен-ной вдоль гильзы. Изношенный участок сверху над окном занимает поверхность 01 – 35 мм2, а снизу 24 – 27 мм2, расположенной вдоль гильзы. Поверхность над верхней кромкой окна покрыта парал-

      Лист
      
Изм Лист No докум. Подп. Дата  


2.2 – Износ гильзы у впускного окна

лельными бороздками, расположенными вдоль гильзы. Кромка имеет большой завал, как бы снятый пилой неровный рваный край. Наибольший износ сосредотачивается вблизи от окна и при этом в большей мере над ее верхней кромкой. В плоскости, проходящей через ось окна, находится максимальный износ. У верхней кромки он составляет 25 – 27 мкм. Ближе к верхнему торцу износ посте-пенно уменьшается.

      Лист
      
Изм Лист No докум. Подп. Дата  

Коррозионные поражения плунжерных пар носят точечный ха-рактер разрушения прецизионной поверхности. Обычно можно на-блюдать следы коррозии у пар, имевших контактирование с водой, попавшей в топливо, особенно имеющее повышенное содержание серы.
Кавитация обусловливается местным падением давления в потоке, возникающем при перекрытии отсечных органов, а следо-вательно, возможностью выделения из жидкости паров воздуха (местное закипание) с последующей конденсацией паров в области повышенного давления. Кинетическая энергия частиц, заполняю-щих с большой скоростью полости конденсирующихся пузырьков, вызывает местный гидравлический удар, сопровождающийся рез-ким повышением давления в этой точке и разрушающий поверх-ность металла. Самонаправленное действие потока (струи жидко-сти на поврежденную кавитацией поверхность повышенной шеро-ховатости также вызывает разрушение металла – эрозию. С тече-нием времени каверны распространяются как в глубину, так и по площади.

2.2 СПОСОБЫ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ПЛУНЖЕРНЫХ ПАР

Из-за большого количества дефектов и высокой точности из-готовления прецизионные детали требуют особого подхода к вы-бору способов восстановления. Этот вопрос наиболее актуален се-годня, так как существует большое количество деталей, имеющих прецизионные поверхности.

      Лист
      
Изм Лист No докум. Подп. Дата  

Необходимо разработать такой метод восстановления, кото-рый должен обеспечивать: высокую твердость поверхностей с по-следующей ее хорошей обработкой, достаточную толщину покры-тия, высокую коррозионную стойкость и хорошую адгезию покрытия с основой. При этом метод не должен требовать применения слож-ного оборудования, быть производительным и экологически чис-тым.
Пути повышения надежности прецизионных деталей, а также их ремонту посвящено большое количество работ. В настоящее время разработано и исследовано значительное количество спо-собов восстановления прецизионных деталей (рисунок 2.3). Однако широкое распространение в ремонтном производстве нашли лишь некоторые. В основном на ремонтных предприятиях и при фирменном ремонте в условиях заводов-изготовителей применяется перекомплектовка пары с заменой плунжера новым. Недостатком этого способа являются перерасход дорогостоящей инструментальной стали и необходимость использования большого количества оборудования для обработки плунжера в процессе изготовления.
Довольно широко применяется технология восстановления гальваническим хромированием. Однако технология восстановле-ния плунжерных пар путем электролитического хромирования име-ет ряд существенных недостатков, которые ограничивают ее при-менение. К ним можно отнести:
1. Повышенная склонность хрома к схватыванию.
2. Выкрашивание и отслаивание отдельных участков поверх-ности при наличии колебаний и ударных воздействий.
3. Образование микротрещин и выкрашивание поверхностно-го слоя вследствие прожогов поверхности 1, с. 35.

      Лист
      
Изм Лист No докум. Подп. Дата  
3.3 – Способы восстановления прецизионных деталей

      Лист
      
Изм Лист No докум. Подп. Дата  

Все покрытия, получаемые гальваническим методом, включая холодное хромирование, железнение, электролитическое натира-ние обладают сходным комплексом недостатков. Наиболее суще-ственными из них являются: плохая адгезия с основой, низкая ста-бильность ванн, экологическая опасность растворов и необходи-мость их утилизации. При этом износостойкость получаемых по-крытий обычно невысока.
Другие способы имеют схожие недостатки. Кроме того, они требуют либо дорогостоящих материалов, либо сложного оборудо-вания. Трудоемкости этих процессов значительны.
На заводах-изготовителях применяется метод ремонтной де-тали. Плунжерные пары ремонтируют постановкой нового плунже-ра увеличенного размера. Изношенную втулку хонингуют до выве-дения следов износа, затем азотируют (втулки насоса распредели-тельного типа) и доводят. Затем втулки сортируют на 40 размерных групп. Плунжеры увеличенного ремонтного размера подбирают к втулкам и проводят совместную доводку деталей. Это позволяет получить 100%-й ресурс прецизионных пар, но и приводит к значительному расходу запасных частей, дефицитного материала и увеличению производственных мощностей.
Способ восстановления диффузионным борированием в рас-плаве солей не нашел применения в ремонтном производстве из-за незначительного приращения линейных размеров, а также по причине высокой хрупкости боридных слоев и склонности к скалы-ванию, особенно при ударных нагрузках. Сам процесс борирования очень токсичен.
Нанесение полимеров на детали процесс низкотемператур-ный.

      Лист
      
Изм Лист No докум. Подп. Дата  

При этом физико-механические свойства покрытий не отвечают эксплуатационным требованиям.
Восстановление прецизионных соединений диффузионными хромонитридными покрытиями 2 позволяет восстанавливать весь объем ремонтного фонда. При этом контактирующие поверхности деталей могут иметь различную степень упрочнения. Твердость восстановленных деталей находится на уровне твердости кварце-вого абразива и превышает ее в 1,4 раза. Сложность технологий и применяемого оборудования, заключающиеся в совмещении двух процессов химико-термической обработки, не дали возможности широкого распространения данного метода в ремонтном производ-стве.
В последнее время более перспективным является направле-ние получения покрытий с требуемыми физическими, химическими, механическими и другими свойствами с помощью комплексного на-сыщения двумя или несколькими элементами. Новый технологиче-ский подход, используемый Болдиным М.И. 3, заключается в вос-становлении работоспособности прецизионных соединений за счет комплексного насыщения одной детали. Предложенный технологи-ческий процесс борохромирования позволяет восстанавливать весь объем ремфонда. Тем не менее, этот процесс имеет низкую технологичность и высокую токсичность вследствие применения галогимидов щелочных и щелочно-земельных металлов.
Таким образом, рассмотренные способы получения износо-стойких карбидных и боридных покрытий методами диффузионной металлизации обладают двумя основными недостатками. Во-первых, низкой технологичностью и экологической вредностью

      Лист
      
Изм Лист No докум. Подп. Дата  

применяемых смесей при газофазном контактном насыщении де-талей (порошковым способом). Во-вторых, способ не позволяет получать требуемую толщину покрытия и приращения линейных размеров с учетом припуска на механическую обработку.
Разработанные до настоящего времени методы для поверх-ностного упрочнения прецизионных пар не позволяют обеспечивать высокие показатели надежности узлов. С этой точки зрения заслуживает внимания метод диффузионного борирования, кото-рый позволяет получать поверхностные слои, обладающие высо-кой твердостью и износостойкостью. Бориды также обладают хо-рошей устойчивостью против окисления.
Существует несколько способов диффузионного борирования: электролизный, жидкостный 7, 8, газовый и порошковый 9, 10. Борирование из очень активных смесей газов неприемлемо для промышленного внедрения ввиду токсичности и взрывоопасности этих сред. Электролизный 4, 5, 6 способ борирования также име-ет ряд недостатков: необходимость применения довольно сложно-го оборудования; низкая стойкость ванн; неравномерность слоя; трудность, а иногда и невозможность диффузионного насыщения двумя элементами.
Из перечисленных способов порошковый наиболее приемле-мый, так как подходит для совместного насыщения двумя элемен-тами, а также применение порошковых смесей на практике дает стабильные результаты при многократном их использовании. Од-нако незначительное приращение линейных размеров, а также вы-сокая твердость и хрупкость боридных слоев затрудняет механиче-скую обработку, способствует появлению трещин и выкрашиванию

      Лист
      
Изм Лист No докум. Подп. Дата  

на рабочих поверхностях. Для того, чтобы бориды железа могли выдерживать более высокие нагрузки, возникающие в процессе абразивного изнашивания, им должна быть присуща некоторая способность пластически деформироваться. Повысить пластич-ность, а следовательно и работоспособность боридов железа мож-но его легированием или изменением структурного состояния бо-ридного слоя. Одним из путей решения этой задачи может быть последовательное или одновременное насыщение металла двумя или большим числом элементов.
Наиболее перспективным, с точки зрения улучшения состава и структуры боридных слоев, выглядит способ комплексного диф-фузионного насыщения, позволяющий совместить качества двух или нескольких диффузирующих элементов. Доказательством тому служит комплексное насыщение из порошковой смеси, содержащей наряду с бором такие элементы, как цинк, титан, цирконий и др., приводящие к снижению хрупкости слоя. Пластичность диффу-зионного слоя в таких случаях повышается за счет снижения его твердости.
Достаточно хорошее совмещение требований к толщине и пластичности слоя при достаточно высокой микротвердости позво-ляет комплексное насыщение поверхности стальных изделий бо-ром и никелем. Применение никеля в составе насыщающей смеси будет способствовать пластификации боридного слоя. использова-ние никеля позволит значительно увеличить приращение линейных размеров. Этот факт один из наиболее весомых с точки зрения восстановления прецизионных деталей. Упрочненные или восста-новленные таким образом изделия можно подвергать дальнейшей

      Лист
      
Изм Лист No докум. Подп. Дата  

термической и механической обработке.
Положительные качества получаемых покрытий, а также от-носительная простота процесса насыщения позволит судить об одновременном бороникелировании, как перспективном методе не только упрочнения, но и восстановления изнашивающихся поверх-ностей 1 с. 43. При всех вышеперечисленных преимуществах, тем не менее данный способ не позволяет восстанавливать 100 процентов ремфонда, так как относительно высокая температура процесса насыщения приводит к короблению плунжера.
Одним из способов восстановления изношенных поверхно-стей прецизионных деталей, например, плунжерных пар топливных насосов высокого давления относится способ эраскроэрозионного восстановления 11 изношенных поверхностей. Сущность изобре-тения: на изношенном плунжере формируют опорные поверхности в виде цилиндрических поясков, расположенных равномерно вдоль оси плунжера, и замкнутых полос по периметрам отсечных канавок. Ширину полос и поясков выбирают в пределах 3 – 4 мм при их суммарной площади в 46 – 56% от площади плунжера. На изношенную поверхность плунжера топливного насоса высокого давления наносят износостойкое покрытие в местах выше отсечной канавки, ниже отсечной канавки, по краям отсечной канавки износостойким легирующим электродом из материала ВК8 при режимах: сила тока I = 0,8 А, частота тока 200 Гц, время легирования = 1 мин/см2. После нанесения покрытия проводят обработку восстанавливаемых поверхностей плунжера специальным трехроликовым обкатником с усилием обкатывания 100 кГс. Повторное покрытие этих же участков выполняется антифрикционным легирующим

      Лист
      
Изм Лист No докум. Подп. Дата  

меднографитовым электродом на режимах = 1,2 А, f = 200 Гц, = 1 мин/см2. После увеличения наружного диаметра плунжера прити-рают в чугунном притире с добавлением абразивной пасты, а за-тем в сопряжении с втулкой плунжера с абразивной пастой. После чего восстановленную таким образом плунжерную пару используют вместо новой.
Восстановление втулки плунжерной пары топливного насоса – способ термопластического деформирования металла 12. Способ осуществляется следующим образом.
Изношенную плунжерную втулку топливного насоса высокого давления дизелей, изготовленную из стали ХВГ, устанавливают в разъемно подпружиненную матрицу 1 (рисунок 2.4). Вставляют че-рез отверстие плунжерной втулки индуктор в виде медной водоох-лаждаемой трубки диаметром 6 – 7 мм установки ТВЧ мощностью 50 – 100 кВт с частотой лампового генератора 10 – 66 кГц, что обеспечивает глубину проникновения тока около 3 мм в металл при температуре закалки, то есть на толщину стенки плунжерной втулки. Нагрев осуществляется по всей длине втулки до температуры АС1 + 20o-50 oС (830 – 860 oС). За счет расширения металла и снижения предела текучести стали GТ при нагреве, а также стесняющего действия охлаждаемой матрицы, плунжерная втулка претерпевает упругопластическое деформирование. Металл осаживается вовнутрь по всей длине, кроме участка матрицы с канавкой, выполненной на уровне посадочного места плунжерной втулки, где формоизменение идет наружу. Таким образом за один прием удается компенсировать износы как внутренней, так и наружной цилиндрических поверхностей втулки.

      Лист
      
Изм Лист No докум. Подп. Дата


Рисунок 2.4 – Приспособление для восстановления втулки плунжерной пары

Охлаждение плунжерной втулки после деформирования осу-ществляется за счет теплоотвода в охлаждаемую матрицу. Ско-рость охлаждения в пределах величин, равных охлаждению детали после нагрева в масле (30 град/с), что является достаточным для закалки изделия на мартенсит. Распределение остаточных напряжений на внутренней (рабочей) цилиндрической поверхности является более благоприятным, чем при закалке новых втулок, так как

      Лист
      
Изм Лист No докум. Подп. Дата  

при охлаждении изделия только с наружной цилиндрической по-верхности формирование мартенсита осуществляется снаружи во-внутрь и заканчивается на внутренней поверхности, вызывая на этой поверхности увеличение объема и, следовательно, остаточ-ных напряжений сжатия.
После термопластического деформирования и закалки плун-жерной втулки ее подвергают обработке холодом при температуре минус 60 – 70 oС в течение 3 – 4 мин., а затем отпуску при темпе-ратуре 140 – 160 oС 10 – 12 мин. Ресурс восстановленной детали этим способом равен ресурсу новой. Главное отличие этого спосо-ба от вышеперечисленных в том, что он является наиболее эколо-гически чистым и не требует больших затрат на восстановление плунжерных пар.
Проанализировав все вышеперечисленные способы восста-новления плунжерных пар топливных насосов, приходим к выводу, что для ОАО «Козельская сельхозтехника» наиболее приемлем способ термопластического деформирования.

2.3 РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА РЕ-МОНТА ПЛУНЖЕРНОЙ ПАРЫ

Технологический процесс – это часть производственного про-цесса, содержащая целенаправленные действия по последова-тельному изменению состояния объекта ремонта или его состав-ных частей при восстановлении их работоспособности, исправно-сти и ресурса.

      Лист
      
Изм Лист No докум. Подп. Дата  

Схема технологического процесса восстановления плунжер-ной пары показана на рисунке 2.5.
Очистка плунжеров и втулок производится в дизельном топли-ве. При мойке используют щетинные щетки, кисти и ерши. Ком-плексные плунжерные пары моют, перемещая плунжер во втулке, погруженной в дизельное топливо.
Дефектовка плунжерных пар состоит из контрольного осмотра деталей и гидравлического испытания комплектных пар. Выбрако-вывают плунжера и втулки с большими забоинами кромок и глубо-кой коррозией рабочих поверхностей, которые не могут быть выве-дены при восстановлении; погнутые плунжеры; втулки с дефектом опорного буртика.
Раскомплектовка плунжерных пар. У подлежащих восстанов-лению плунжерных пар вынимают плунжеры из втулок и устанав-ливают их в отдельные кассеты и выполняют спрессовку поводка.
Притирка на плоскодоводочном станке необходима для выве-дения следов износа. При этом применяют пасты М40 – М28.
Сортировка на размерные группы с отличием по диаметру не более чем на 3 мкм. Диаметр измеряют на оптикаторе или верти-кальном оптиметре.
Притирка на плоскодоводочном станке производится на более низких режимах, чем при черновой, и с использованием паст М5 – М10.
Притирка окончательная со снятием огранки. В процессе притирки на плоскодоводочном станке у плунжера появляется гра-ненность (огранка). Огранку снимают вручную на доводочной бабке чугунным притиром с использованием пасты М28 – М14 до выведе-ния

      Лист
      
Изм Лист No докум. Подп. Дата  


2.5 – Схема технологического процесса ремонта плунжерных пар

      Лист
      
Изм Лист No докум. Подп. Дата  

огранки. После снятия огранки окончательно притирают плунжер на плоскодоводочном станке пастами М7 – М3 и М1. При этом плун-жеры укладывают в сепаратор станка с разницей по диаметру не более 1 мкм.
Восстановление втулок. Втулку восстанавливаем термопла-стическим деформированием. Суть способа состоит в нагреве то-ками высокой частоты и закалке в охлаждаемой разъемно-подпружиненной матрице.
Восстановленную втулку притирают на вертикально-хонинговальном станке чугунным притиром и пастой КТ 10/7 30%-й концентрации до выведения следов износа.
Втулки с отклонением от цилиндрической формы отверстия притирают на доводочной бабке с использованием паст М10 – 5.
Втулки и плунжера подбирают для спаривания из соответст-вующих групп так, чтобы диаметр плунжера был на 0,001 мм меньше диаметра втулки, при этом плунжер должен от усилия руки входить во втулку примерно на 2/3 длины его рабочей поверхности.
Совместную притирку плунжера и втулки производят на дово-дочной бабке 1-3 микронной доводочной пастой. После совместной притирки плунжер, тщательно смазанный дизельным топливом, должен плавно перемещаться под действием собственного веса по всей длине отверстия втулки без торможения и прихватывания.
Поводок напрессовывают на плунжер в специальном приспо-соблении.
Гидравлические испытания проводят на станке КП-1640А. И в результате испытания плунжерные пары разбивают по плотности на три группы: 1-я группа – 15 – 20 сек; 2-я группа – 21 – 25 сек; 3-я группа – 26 – 30 сек.