реферат бесплатно, курсовые работы
 
Главная | Карта сайта
реферат бесплатно, курсовые работы
РАЗДЕЛЫ

реферат бесплатно, курсовые работы
ПАРТНЕРЫ

реферат бесплатно, курсовые работы
АЛФАВИТ
... А Б В Г Д Е Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я

реферат бесплатно, курсовые работы
ПОИСК
Введите фамилию автора:


Технология восстановления чугунных коленчатых валов двигателей ЗМЗ-53А

Технология восстановления чугунных коленчатых валов двигателей ЗМЗ-53А

Введение.

В современном машиностроении применяются различные конструкционные

материалы. Однако и до настоящего времени чугун является одним из основных

конструкционных материалов. Например, вес чугунных отливок составляет до

50% веса машин. Это обусловливается простотой и относительной дешевизной

изготовления чугунных деталей, хорошими литейными свойствами чугуна, его

высокой износостойкостью, малой чувствительностью к концентраторам

напряжений, способностью гасить вибрацию и т. д.

Одной из актуальных задач стоящих перед организациями,

эксплуатирующих автомобильную и автотракторную технику, является продление

срока службы отработавших деталей, в том числе и чугунных. Сварка и

наплавка чугуна широко применяется при ремонте вышедшего из строя

различного оборудования. Однако она связана со значительными трудностями.

Это связано с тем, что металл шва и околошовной зоны очень склонен к

образованию твердых непластичных структур (ледебурита, мартенсита) и трещин

вследствие больших скоростей охлаждения при сварке и наплавке, низкой

прочности чугуна и почти полного отсутствия пластичности. Это осложняет

решение многих вопросов, связанных с разработкой сварочных материалов

(электродов, проволоки, флюсов и др.) для сварки чугуна.

Горьковский автомобильный завод широко применяет в двигателях своих

автомобилей детали из чугуна. Одной из них является коленчатый вал.

Целью дипломного проекта является разработка технологического

процесса восстановления чугунных коленчатых валов двигателя ЗМЗ – 53А

позволяющего избежать выше перечисленных недостатков с возможностью

применения в небольших ремонтных подразделениях МПС РФ.

Большую работу по изучению процессов, протекающих при сварке и

наплавке чугуна, провели исследователи: Доценко Г. Н., Доценко Н. И.,

Луппиан Г. Э. и др. Работы этих исследователей использованы в дипломном

проекте.

1. Литературный обзор и обоснование темы

дипломного проекта.

1. Описание изделия и технические

условия на ремонт чугунного коленчатого вала.

Чугунные коленчатые валы в автомобильных двигателях стали применять с

1960 года [3]. Высокопрочные чугуны по ГОСТ 7293-85 делятся на два класса:

перлитные (ВЧ 45-0; ВЧ 50-1,5; ВЧ60-2) и ферритные (ВЧ 40-0; ВЧ 40-6).

Большое применение нашли чугуны перлитного класса благодаря высокой

прочности и износостойкости.

Чугунный коленчатый вал двигателя ЗМЗ-53А

Рис. 1.1

В табл. 1.1 приведены сведения о прочностных свойствах

высокопрочного, серого, модифицированного, ковкого чугунов и стали 45 [1].

[pic]

Из табл. 1.1. видно, что основные механические свойства перлитного

высокопрочного чугуна примерно такие же, как и у стали 45 и значительно

выше, чем у других чугунов. При этом себестоимость отливок из

высокопрочного чугуна в 2-2,5 раза ниже по сравнению с себестоимостью

отливок из ковкого чугуна и поковок стали 45 [3].

Усталостная прочность.

Применение высокопрочного чугуна взамен стали 45, для изготовления

коленчатых валов стало возможным благодаря его высокой усталостной

прочности. Соотношение по усталостной прочности для стальных и чугунных

образцов гладких и коленчатых валов одинаковой формы представлены в табл.

1.2 [2].

[pic]

По данным табл. 1.2. у образцов гладких валов, изготовленных из

высокопрочного чугуна, предел усталостной прочности на 18% меньше, чем у

образцов изготовленных из стали 45; у коленчатых валов, изготовленных из

тех же металлов, эта разница равна всего 4%. Объясняется это тем, что

усталостные трещины вызывающие разрушения чугунных коленчатых валов,

возникают в местах концентрации напряжений на галтелях, а высокопрочный

чугун сохраняет присущую всем чугунам малую чувствительность к концентрации

напряжений.

Износостойкость.

Высокую износостойкость высокопрочного чугуна с перлитной основой, не

уступающую закаленной стали 45, большинство исследователей [4] объясняют

наличием на его поверхности вскрытых графитовых включений, которые служат

смазкой, а освободившиеся полости являются накопителями дополнительной

смазки, необходимой при пуске и остановке двигателя.

При сравнении стальных и чугунных коленчатых валов в опубликованных

работах [5,7] указывается, что при твердости стальных шеек HRC 56 их

износостойкость равна износостойкости шеек чугунного коленчатого вала, при

твердости шеек менее HRC 56 – меньше и при твердости более HRC 56 – больше

износостойкости шеек чугунного коленчатого вала.

Технические условия на ремонт.

1. У коленчатых валов, поступающих на сборку, масляные каналы и

грязеуловители должны быть тщательно очищены от шлама.

2. Шатунные шейки должны иметь диаметр – 60,00-0,013 мм.

Коренные – 70,00-0,013 мм.

3. Овальность и конусность шеек коленчатого вала не должны превышать

0,01 мм.

4. Чистота поверхности шеек должна соответствовать 5 квалитету Ra 0,2-

0,4

5. Длина передней коренной шейки должна быть в пределах 30,45-30,90

мм.

Длина шатунной шейки 52,0-52,2 мм.

6. Радиусы галтелей шатунных шеек должны быть в пределах 1,2-2,0 мм,

коренных 1,2-2,5 мм.

7. При вращении вала, установленного в призмы на крайние коренные

шейки, биение не должно превышать:

а) для средней коренной шейки – 0,02 мм.

б) для шейки под распределительную шестерню – 0,03 мм.

в) для шейки под ступицу шкива вентилятора – 0,04 мм.

г) для шейки под задний сальник – 0,04 мм.

д) фланца по торцу – 0,04 мм.

8. Не параллельность осей шатунных и коренных шеек – не более 0,012

мм на длине каждой шейки.

2. Дефекты и неисправности чугунного коленчатого вала

Коленчатый вал является высоконагруженной деталью двигателя. В

процессе эксплуатации двигатель машины подвержен различным нагрузкам, в том

числе и неблагоприятным, это пуск двигателя в холодных условиях, не

качественное смазочное масло, работа в запыленных условиях и т. д.

Вследствие этих факторов трущиеся части коленчатого вала

подвергаются повышенному износу, что в свою очередь приводит к появлению на

этих поверхностях надиров, сколов, микротрещин, раковин показанных на Рис.

1.2., которые могут привести к поломке коленчатого вала и выходу из строя

всего двигателя.

Дефекты чугунного коленчатого вала

Рис. 1.2

3. Современные технологии восстановления

чугунных коленчатых валов.

В настоящее время чугунные коленчатые валы используются в двигателях

автомобилей горьковского автомобильного завода, марки автомобилей ГАЗ-53А,

ГАЗ-66, «Волга», «Газель». В некоторых автохозяйствах парк этих машин

составляет до 80% от всего количества машин. Перестройка народного

хозяйства и структурные изменения в нашей стране привели к разукрупнению

автохозяйств, появлению мелких парков машин со смешанной формой

собственности. Одной из задач, вставшей перед этими автохозяйствами,

становится поддержание машин в рабочем состоянии при ограниченных

финансовых ресурсах. По этому процесс восстановления изношенных деталей

является на сегодняшний день актуальной задачей.

Существует несколько технологий восстановления чугунных коленчатых

валов [3]:

1. Шлифовка под ремонтные размеры.

Один из часто применяемых способов восстановления работоспособности

коленчатых валов. Преимущества этого способа в его технологической

простоте. Из оборудования требуется наличие кругло шлифовального станка и

типовой оснастки к нему. Но у этого способа имеется и ряд недостатков.

Потеря взаимозаменяемости деталей, потребность в деталях (вкладыши) с

ремонтными размерами, наличие складских площадей под них.

2. Вибродуговая наплавка в жидкости.

При этом способе качество наплавленного металла зависит от многих

факторов и резко ухудшается при изменении режимов наплавки и химического

состава электродной проволоки. Поэтому даже при хорошо отлаженном процессе

восстановления на шейках чугунных коленчатых валов часто встречаются поры и

трещины. Количество пор увеличивается по глубине слоя, поэтому

восстановленные чугунные коленчатые валы шлифуют лишь до третьего

ремонтного размера, а затем выбраковывают. Усталостная прочность чугунных

коленчатых валов, восстановленных вибродуговой наплавкой в жидкости,

снижается на 35-40% [6]. Однако благодаря двукратному запасу прочности в

эксплуатации наблюдается незначительное количество их поломок. Но

применение этого способа наплавки для восстановления чугунных коленчатых

валов двигателей грузовых автомобилей из-за значительного снижения

усталостной прочности становиться не приемлемым.

3. Вибродуговая наплавка в водокислородной среде [9].

При этом способе восстановления наплавленный металл имеет структуру

троостита, переходящую в сорбитообразный перлит с твердостью слоя HRC 42-

48. Такой металл по износостойкости уступает высокопрочному чугуну, тем не

менее, коленчатые валы восстановленные этим способом, обеспечивают срок

службы двигателей соответствующий пробегу автомобиля 50-60 тыс. км.

Сведений об усталостной прочности чугунных коленчатых валов,

восстановленных наплавкой в водокислородной среде, не имеется. В целом

эксплуатационные свойства таких валов изучены не достаточно, но из-за

низкой в сравнении с высокопрочным чугуном износостойкости наплавленного

металла этот способ наплавки не может быть рекомендован к повсеместному

использованию.

4. Однослойная наплавка под флюсом.

Этот способ наплавки исследовался в НИИАТе и КАЗНИПИАТе [3]. Для наплавки

применяли проволоку разных марок, в том числе пружинную 2 класса ГОСТ 1071-

81, ОВС, НП-30ХГСА, Св-08, Св-10Х13, Св-12ГС ГОСТ 792-67 и другие. Наплавку

производили под флюсами АН-348А, ОСЦ-45, АН-15, АН-20 ГОСТ 9087-81 без

примешивания и с примешиванием к флюсу графита, феррохрома, ферромарганца,

ферромолибдена, алюминиевого порошка и других компонентов для получения

наплавленного металла мартенситной структуры с твердостью HCR 56-62 без пор

и трещин. Наплавку производили при разном шаге, прямой и обратной

полярности, разных напряжений дуги и индуктивности сварочной цепи, скорости

подачи электродной проволоки и вращения детали. Все разновидности

однослойной наплавки под флюсом не дали положительных результатов.

Наплавленный металл имел неоднородную структуру и твердость, содержал поры,

трещины и шлаковые включения.

5. Двухслойная наплавка проволокой Св-08 под легирующим слоем флюса.

Этот способ наплавки разработан в НИИАТе [3]. Лучшие результаты из

многочисленных вариантов двухслойной наплавки получаются при использовании

малоуглеродистой проволоки Св-08 диаметром 1,6 мм и легирующего флюса АН-

348А (2,5 части графита, 2 части феррохрома №6 и 0,25 частей жидкого

стекла). Металл первого слоя имеет аустенитное строение и твердость HRC 35-

38. Второй слой имеет мартенситное строение и твердость HRC 56-62 и

содержит небольшое количество пор. Недостатком этого способа наплавки

является образование большого количества трещин в наплавленном слое,

вызывающих повышенный износ сопряженных вкладышей. Усталостная прочность

чугунных коленчатых валов двигателей ЗМЗ 53-А, восстановленных двухслойной

наплавкой под легирующим флюсом, снижается на 26- 28% т.е. меньше, чем при

вибродуговой наплавке в жидкости. Наличие на поверхности шеек большого

количества трещин не позволяет рекомендовать этот способ для широкого

применения.

6. Двухслойная наплавка порошковой проволокой.

Схема процесса сварки порошковой проволокой.

Рис. 1.3

Этот способ разработан в Казахском научно-исследовательском институте

автомобильного транспорта в 1966 году [3]. Наплавленный металл второго слоя

имеет структуру мартенсита и твердость HRC 56-60. Существенным недостатком

этого способа наплавки является образование пор, раковин и трещин в

наплавленном слое. Износостойкость наплавленных шеек находится на уровне не

наплавленных. Усталостная прочность восстановленных чугунных коленчатых

валов снижается на 44%. В связи с выше перечисленными недостатками этот

способ восстановления чугунных коленчатых валов рекомендовать нельзя.

7. Наплавка в среде углекислого газа.

Схема наплавки в среде углекислого газа.

Рис. 1.4

Способ наплавки разработан в НИИАТе [3]. Шейки чугунных коленчатых

валов наплавлялись проволокой разных марок, в том числе Нп-2Х13, ОВС, Св-

12ГС, Нп-30ХГСА, Св-08 и другими. Во всех случаях структура наплавленного

металла была неудовлетворительной, в слое имелись поры и трещины.

Наименьшее количество дефектов на поверхности шеек получается при наплавке

проволокой Нп-2Х13, наплавленный металл при этом имеет структуру аустенита

с карбидной сеткой и неравномерную по длине твердость, колеблющуюся от HRC

51-60. Износ шеек чугунных коленчатых валов, наплавленных в углекислом газе

проволокой Нп-2Х13, был больше не наплавленных шеек. Усталостная прочность

при этом способе снижается на 45-50%. Из-за указанных недостатков такую

наплавку применять нецелесообразно.

8. Плазменная металлизация [10].

Схема плазменного напыления.

Рис.1.5

Среди новых технологических процессов большой интерес для процесса

восстановления деталей автомобилей представляет способы нанесения

металлопокрытий с использованием плазменной струи в качестве источника

тепловой энергии. Наиболее перспективным способом восстановления деталей

нанесением износостойких металлопокрытий является плазменное напыление с

последующим оплавлением покрытия. При этом в металле оплавленного покрытия

доля основного металла минимальна. Покрытие обладает высокой

износостойкостью, без пор и трещин. Процесс является

высокопроизводительным. Недостатком этого способа является высокие

начальные капиталовложения в оборудование. В нынешних условия при

отсутствии оборотных средств у предприятий этот недостаток не позволяет

рекомендовать способ к повсеместному использованию.

9. Лазерный способ восстановления[10].

Этот способ не может быть рекомендован к использованию на данном

этапе в силу высокой стоимости оборудования и высокой требовательности к

обслуживающему персоналу и культуре производства.

10. Наплавка под легирующим флюсом по оболочке [3].

Этот способ восстановления чугунных коленчатых валов разработан в

НИИАТе и позволяет получить наплавленный металл без пор и трещин при более

высокой, по сравнению с другими способами, усталостной прочности

восстановленных чугунных коленчатых валов. Достоинством этого способа

является отсутствие пор и трещин, высокие прочностные характеристики и

простое, доступное по цене, оборудование.

Сущность способа восстановления чугунного коленчатого вала с

применением защитных металлических оболочек:

Сущность способа заключается в следующем. Деталь обвертывают,

металлической оболочкой из листовой стали, плотно прижимают оболочку к

поверхности детали с помощью специального приспособления и сваркой в среде

углекислого газа прихватывают ее в стыке. После удаления приспособления

производят автоматическую наплавку детали под флюсом по металлической

оболочке непосредственно.

Схема наплавки под флюсом по оболочке.

Рис. 1.6

Известно [12], что для устранения трещин в наплавленном металле

необходимо уменьшить в нем содержание углерода, кремния, марганца, серы и

фосфора. Поскольку высокопрочный чугун содержит значительное количество

этих элементов, при экспериментах применяли оболочку из стали 08 и

проволоку Св-08, содержащие их в небольшом количестве.

При наплавке под флюсами АН-348А, ОСЦ-45, АН-15, АН-20 лучшее

формирование слоя и меньшее количество дефектов получилось при

использовании флюса АН-348А. С увеличением толщины [3] оболочки глубина

проплавления высокопрочного чугуна уменьшается (Рис.1.6), соответственно

уменьшается поступление в наплавленный металл углерода, кремния, марганца и

других элементов. Поэтому для получения наплавленного металла мартенситной

структуры с твердостью HRC 56-62 во флюс добавляли графит и феррохром,

обеспечивая содержание в наплавленном металле углерода 0,6-0,8% и требуемое

количество хрома.

При толщине оболочки 0,8 мм трещины и поры в наплавленном металле

отсутствовали, в то время как при обычных способах наплавки высокопрочного

чугуна при содержании углерода 0,6-0,8% трещин и пор избежать не удается.

Зависимость глубины проплавления основного металла

от толщины оболочки.

Рис. 1.7

Роль оболочки в устранении пор и трещин.

С увеличением толщины оболочки уменьшается глубина проплавления

чугуна и соответственно количество образующейся окиси углерода, вызывающей

образование пор. При толщине оболочки 0,8 мм и более небольшое количество

окиси углерода успевает выделиться из расплавленного металла и пор в нем не

наблюдается. Устранению трещин при наплавке по оболочке способствует два

фактора: уменьшение поступления в наплавленный слой кремния, марганца,

магния и уменьшение величины и скорости нарастания растягивающих напряжений

в наплавленном валике в период его кристаллизации благодаря уменьшению сил

сопротивления усадок валика за счет перемещения или пластической деформации

оболочки. Доказано [13], что образование горячих трещин происходит в период

нахождения расплава в твердожидком состоянии при определенной величине и

скорости нарастания внутренних напряжений.

Схема сил, препятствующих усадке наплавленного валика.

Рис. 1.8

Процесс усадки наплавленного металла происходит следующим образом.

При наплавке часть металла, Т.Ж (Рис. 1.8), находится в твердожидком

состоянии и при усадке уменьшается в радиальном А, тангенциальном Б и

осевом направлениях. Усадке валика в радиальном направлении А чугун не

препятствует. Усадке в тангенциальном направлении Б препятствует ранее

наплавленный валик по контуру аб, чугун по контуру бвг и оболочка по

контуру гд. При наплавке по винтовой линии в наплавленном металле в

основном возникают кольцевые трещины, поэтому рассматриваем процесс усадки

валика в осевом направлении В. Сопротивление усадке валика в осевом

направлении по контуру зи незначительно, поскольку разница в температуре на

границе твердожидкого и твердого металла невелика и их усадка происходит

почти одновременно. Поэтому усадке валика в направлении В препятствует

только чугун по контуры вг и оболочка по контуру гд.

При усадке валика в начале происходит упругая деформация оболочки и

чугуна. Поскольку чугун почти не обладает упругими свойствами [1], скорость

нарастания растягивающих напряжений со стороны оболочки в несколько раз

меньше, чем со стороны чугуна. После достижения предела текучести,

происходит пластическая деформация оболочки и чугуна, поэтому внутренние

напряжения в них не превзойдут предела текучести т.е.

[pic],

(1.1)

[pic],

(1.2)

где [pic], [pic] - напряжения в оболочке и чугуне;

[pic], [pic] - пределы текучести оболочки и чугуна.

Остальные напряжения в валике будут равны отношению суммы усилий

сопротивления усадке со стороны чугуна и оболочки к площади поперечного

сечения валика.

Для случая с закрепленной оболочкой, напряжения в валике можно

выразить уравнением:

[pic], (1.3)

где Н - высота валика, мм;

[pic]- глубина проплавления чугуна при наплавке без оболочки, мм;

[pic]- толщина оболочки, мм;

R – коэффициент, учитывающий разность теплофизических свойств чугуна

и оболочки;

Таким образом, для уменьшения внутренних напряжений в наплавленном

слое металла и для предупреждения образования трещин в нем, необходимо

применять оболочки с низким пределом текучести и высокой пластичностью.

Такими свойствами обладает малоуглеродистая сталь. При наплавке по оболочке

толщиной 0,8-0,9 мм глубина проплавления чугуна уменьшается с 2,4 мм до 1,0

мм [3]. Соответственно величина остаточных напряжений уменьшается примерно

в 2,4 раза.

Мартенситную структуру наплавленного металла можно получить путем:

термообработки, охлаждением слоя жидкостью в процессе наплавки либо путем

введения в наплавленный металл легирующих элементов, через флюс [14] или

проволоку. Сущность последнего способа заключается в следующем. С

увеличением содержания углерода в стали, твердость образующего мартенсита

увеличивается и достигает HRC 60-62 при 0,6-0,8% углерода [12]. Углерод

одновременно снижает точки начала и конца мартенситных превращений в

область отрицательных температур. Поэтому при увеличении его содержания

более 0,8% твердость наплавленного металла снижается за счет увеличения в

нем остаточного аустенита. С увеличение содержания легирующих элементов,

хрома или марганца, в наплавленном слое кривые превращения сдвигаются

вправо, что приводит к уменьшению критической скорости закалки при

охлаждении детали на воздухе. Стойкость образованного мартенсита против

отпуска увеличивается, поэтому при недостаточном количестве легирующих

элементов может произойти отпуск ранее наплавленных валиков (швов)

вследствие значительного нагрева слоя в процессе наплавки. Точки начала и

конца мартенситных превращений снижаются в область отрицательных

температур, поэтому чрезмерное увеличение легирующих элементов приводит к

увеличению количества остаточного аустенита в наплавленном металле и

снижению твердости последнего. Стойкость аустенита в зоне мартенситных

превращений повышается, поэтому при охлаждении наплавленного металла для

превращения аустенита в мартенсит требуется больше времени. При наплавке

это явление способствует увеличению количества остаточного аустенита и

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6


реферат бесплатно, курсовые работы
НОВОСТИ реферат бесплатно, курсовые работы
реферат бесплатно, курсовые работы
ВХОД реферат бесплатно, курсовые работы
Логин:
Пароль:
регистрация
забыли пароль?

реферат бесплатно, курсовые работы    
реферат бесплатно, курсовые работы
ТЕГИ реферат бесплатно, курсовые работы

Рефераты бесплатно, реферат бесплатно, курсовые работы, реферат, доклады, рефераты, рефераты скачать, рефераты на тему, сочинения, курсовые, дипломы, научные работы и многое другое.


Copyright © 2012 г.
При использовании материалов - ссылка на сайт обязательна.