ФАКУЛЬТЕТ                                       Заочный

КАФЕДРА            Технологии машиностроения и ремонта  машин 
 

    ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

    к дипломному проекту 

на  тему: “Совершенствование  технологии   восстановления  шатунов  двигателя  ЯМЗ-236” 
 

Заведующий кафедрой, доктор техн. наук, проф.            

уч. степень, уч. звание, подпись, дата, первая буква имени, фамилия 

Консультант, канд. техн. наук, доцент                                                         

уч. степень, уч. звание, подпись, дата, первая буква имени, фамилия 

Руководитель, асс.                                                        

уч. степень, уч. звание, подпись, дата, первая буква имени, фамилия 

Студент группы  Аз-61                 

подпись, первая буква имени, фамилия 

2008

      Реферат

     Пояснительная записка:

     Цель работы- разработать технологический  процесс восстановления шатуна  двигателя ЯМЗ-236.

     Проанализировать особенности работы  шатуна, его конструктивные, а также технологические особенности. Разработан новый ТП с учетом внедрения в производство нового оборудования. Спроектирован механический участок. Произведен расчет отопления, освещения, водоснабжения. Оценен экономический эффект от внедрения нового ТП.

    Объект исследования- технологический  процесс восстановления шатунов  двигателя ЯМЗ-236. 
 
 
 

ДВИГАТЕЛЬ ЯМЗ-236, ШАТУН, ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС  ВОССТАНОВЛЕНИЯ, ОСТАЛИВАНИЕ, ПРИСПОСОБЛЕНИЕ ДЛЯ РАСТАЧИВАНИЯ И ХОНИНГОВАНИЯ ГОЛОВКИ ШАТУНА, ЭКОНОМИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ. 
 
 
 

                                                         ВВЕДЕНИЕ 

       В народное хозяйство страны ежегодно поступает огромное количество автомобилей  различного назначения.

       Для обеспечения эффективной работы многомиллионного автомобильного парка первостепенное значение приобретает повышение качества технического обслуживания и ремонта, эксплуатационной надёжности и долговечности автомобилей.

       В успешном решении этих задач большая  роль принадлежит высококвалифицированным специалистам автомобильного транспорта, потребность в которых ежегодно возрастает. Современные инженеры авторемонтного производства должны обладать разносторонними и глубокими знаниями прогрессивных методов ремонта автомобилей, повышения качества  и надёжности, обеспечивающих доведение ресурса отремонтированных машин до уровня, мало отличающегося от ресурса новых автомобилей.

       В процессе эксплуатации автомобиля надёжность, заложенная в нём при конструировании  и производстве, снижается вследствие изнашивания деталей, коррозии, усталости и старения материала и других вредных процессов, протекающих в автомобиле. Вредные процессы вызывают проявление различных неисправностей и дефектов, устранение которых становится необходимым для поддержания автомобиля в работоспособном состоянии. Отсюда возникает потребность в техническом обслуживании и ремонте автомобиля.

       Все основные детали автомобиля являются достаточно сложными в конструктивно–технологическом  отношении и на их изготовление

      затрачивается много овеществлённого труда, чёрных и цветных металлов, в том числе легированных сталей. Неиспользование в дальнейшем деталей с допустимым износом и подлежащих восстановлению, являющихся дорогостоящими, было бы экономически не оправданным. Восстановление работоспособности и использование указанных деталей в масштабах страны является проблемой большого народнохозяйственного значения. Решение этой

проблемы  и является одной из основных задач  авторемонтного производства. В условиях хорошо организованного авторемонтного производства с широкой специализацией, механизацией и автоматизацией технологических процессов капитальный ремонт автомобилей является промышленным ремонтом в отличие от индивидуального ремонта с его мелкосерийным характером производства. Промышленный вид капитального ремонта исключает принадлежность деталей данному автомобилю и осуществляется с обезличиванием деталей и обеспечением их полной или частичной взаимозаменяемости. При этом отпадает понятие о количестве капитальных ремонтов данного автомобиля, поскольку агрегат или автомобиль, выпускаемый из капитального ремонта, является по существу вновь изготовленным из числа повторно используемых и новых деталей.

       Таким образом, авторемонтное производство, являющееся новой отраслью промышленности осуществляет «вторичное производство автомобилей, основанное на принципах полной или частичной взаимозаменяемости и обеспечивающее экономически оправданную реализацию долговечности деталей».

       В настоящее время авторемонтное  производство является достаточно крупной отраслью промышленности, наряду с автомобилестроением призванной удовлетворять растущие потребности народного хозяйства страны в автомобилях, в агрегатах, деталях. Благодаря ремонту срок службы автомобилей значительно повышается, а парк автомобилей страны, участвующих в транспортном процессе, намного увеличивается.

         Вторичное использование деталей  с допустимым износом и восстановление  изношенных деталей, узлов и  механизмов, являющееся массовым в пределах страны, способствует успешному решению проблемы снабжения автохозяйств и ремонтных предприятий запасными частями и ежегодно даёт огромную экономию различных материалов.                         

              Обеспечение высокого качества  и надёжности капитально отремонтированных  автомобилей и агрегатов может быть достигнуто не только за счёт улучшения технологии, но и повышения уровня организации и специализации  авторемонтного производства.    
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      1 Проектирование технологического  процесса восстановления 

1. Назначение, конструкция, технологические особенности и условия работы

       Шатун  предназначен для передачи движения от поршневого пальца кривошипу коленчатого вала. Кроме высокой прочности, жесткости и износостойкости сочленений шатун должен для снижения сил инерции иметь малую массу. Шатун состоит из верхней поршневой головки, стержня, нижней поршневой головки.

       Шатуны двигателей ЯМЗ-236 – штамповочные  из стали 40Х ГОСТ 4543-71. Для упрочнения  поверхность стержня закаливают  и отпускают до твердости НВ 229-269. В верхнюю головку шатуна запрессована бронзовая втулка, которая служит подшипником поршневого кольца. В процессе работы под действием нагрузок и высоких температур происходит скручивание стержня шатуна. Нижняя часть стержня шатуна выполнена разъемной. Плоскость разъема проходит через ось симметрии шатуна под углом 45º. Крышка головки прикреплена к шатуну болтами из стали 40ХНМА ГОСТ 4543-71. Болты закалены до твердости АКС 35…38. При изготовлении шатуны окончательно обрабатываются в сборке с крышками нижних головок, поэтому крышки шатунов не взаимосвязаны. Шатун и его крышка не должны разукомплектовываться. Для предотвращения этого их клеймят на заводе-изготовителе. На крышке шатуна и на шатуне выбивают порядковый номер цилиндра

        В процессе работы двигателя шатуны испытывают значительные знако

переменные  нагрузки. При движении такта сжатия шатун сжимается силами

давления  газов, воспринимаемыми поршнем. Силы инерции поршня стараются оторвать поршень от шатуна, а значит растянуть  шатун. При нормальных условиях работы износа шатуна не происходит. При отсутствии смазки или ее низком качестве может произойти схватывание, а в следствии этого проворачивание верхней втулки или вкладышей, что приводит к задирам нижней и верхней головки шатуна. Износ верхней головки шатуна может происходить из-за частой замены верхней втулки. Шероховатость поверхности отверстий головок шатунов (Ra(0,63(0,40) мкм. 
 

2. Анализ  дефектов и технические условия  на контроль и сортировку детали

       Рассмотрим дефекты шатуна и методы их устранения, используя технические условия на контроль – сортировку  (табл. 1.1).

     Таблица 1.1  —  Технические условия на контроль и сортировку шатуна

     Восстановление шатуна начинают  с устранения изгиба и скручивания  (допустимые значения изгиба и скручивания для ЯМЗ 236 - 0,04 мм). При изгибе и скручивании, превышающих допустимые значения, шатун правя под прессом, применяя правку с перегибом, что снижает остаточные напряжения.  
      При износе отверстия в нижней головке более 69,52 мм. 
Плоскости разъема шатуна и крышки фрезеруют, а затем отверстия растачивают до размера по рабочему чертежу. Для восстановления этих отверстий можно рекомендовать также железнение. Шатуны и крышки при фрезерование плоскостей разъема закрепляют в специальном приспособлении. 
        Обработку производят на вертикально-фрезерном станке, используя торцевую фрезу диаметром 160 мм с вставными ножами, изготовленными из стали Р 18. Толщина снимаемого слоя до 0,25 мм. При  небольших износах отверстия в нижней головке торца крышки шлифуют на глубину 0,08 мм. 
Замочные пазы под вкладыши углубляют дисковой фрезой диаметром 50 мм на горизонтально-фрезерном станке, обеспечивая ширину, глубину и расстояние от боковой поверхности до паза по рабочему чертежу. Расточку отверстия в нижней головке шатуна производят на алмазно-расточном станке 2А78, оставляя припуск на последующую обработку 0,01…0,03 мм, и снимают с двух сторон фаски 0,545. До размера по рабочему чертежу диаметром 69,5+0,012 мм расточное отверстие доводят брусками из синтетических алмазов марок АСМ 28 М1 и АСМ 40 М1 на вертикально-хонинговальном станке 3А833, используя СОЖ, состоящую из 70 % керосина и 30 % веретенного масла при частоте вращения головки 35…40 мин-1, скорости возвратно-поступательного движения 8… 12 м/мин, давлении брусков на обрабатываемую поверхность 0,3…0,6 МПа, и продолжительностью обработки 20…25с. Втулки верхней головки шатунов при КР заменяют новыми. Новую втулку запрессовывают под прессом так, чтобы стик ее был расположен под углом 90 к оси симметрии шатуна против часовой стрелки, затем втулку обрабатывают прошивкой до размера диаметра 27,5+0,045 мм (усилие запрессовки после обработки должно быть не менее 6 кН), сверлят отверстие для прохождения масла диаметром 5 мм, с двух сторон снимают фаски 0,7545 и растачивают втулку до размера по рабочему чертежу диаметром 28,0+0,007-0,003мм.                                                     
      Расточку втулок производят на специальных или токарно-винторезных станках после установки шатуна в приспособление, используя как базу отверстия в нижней головки, что обеспечивает параллельность осей отверстий верхней и нижней головок шатуна. Уменьшение расстояния между осями верхней и нижней головок менее 184,9 мм является выбраковочным признаком. При восстановлении отверстий в нижней головке шатуна железнением это расстояние может быть при расточке отверстия выдержано в требуемых размерах по     рабочему чертежу 185 0,05 мм. После ремонта шатуны должны отвечать следующим техническим требованиям:

∙нецилиндричность отверстия нижней головки   должна быть не более 0,080 мм;  
·шероховатость должна соотвествовать Ra=0,050мкм; 
·нецилиндричность отверстия головки верхней головки соответственно 0,040мм; 
·шероховатость - Ra = 1,25 мкм. 

                   1.3 Анализ методов восстановления детали

      1.3.1 Осталивание (железнение)

    Электролитическое осаждение железа, возможно, вести  в ваннах с горячим и холодным электролитами (горячее и холодное осталивание) при постоянном и переменном асимметричном токе. Формы постоянного и переменного асимметричного тока показаны на рис. 1.1

А –  при постоянном токе;

Б –  при применении (ассиметричном) токе

Рисунок 1.1 - Формы тока, применяемые при  осталиваниии

(железнении) деталей

     Холодное осталивание асимметричным током представляет собой процесс нанесения металлопокрытия на изношенные поверхности деталей с применением управляемого асимметричного тока. При этом виде осталивания получается наиболее прочное покрытие.

    Процесс электролиза под давлением повышает твёрдость осажденного электролитического железа с HRC 45 – 48 до 60 – 63 при существенном улучшении качества покрытия [4, 5].

      Холодное осталивание производится в электролите следующего состава: хлористое железо – 400 – 500 г/л; йодистый калий – 5 – 10 г/л; серная кислота – 1 мл/л; содержание соляной кислоты определяется по плотности рН, которая должна быть не более 1,5.

    Горячие электролиты с температурой 50°С и более имеют ряд недостатков  (расход теплоносителя, чистая  корректировка), тем не менее являются  более производительными и получили широкое распространение в производстве. По химическому составу горячие электролиты делятся на хлористые и сернокислые.  Практическая реализация различных электролитов железнения и сплавов на основе железа ведется по трем направления. М. П. Мелковым разработаны и находят широкое применение горячие хлористые электролиты, позволяющие получать осадки различной твердости и износостойкости. Ю. Н. Петровым разработаны холодные электролиты, по химическому составу смешанные ( включающие сернокислое и хлористое железо), являющиеся перспективными для ремонтного производства, так как обеспечивают получение осадков с высокой твердостью. 

   Из числа рекомендуемых электролитов  – малоконцентрированный  хлористый  электролит М. П. Мелкова, применяемый в производстве (г/л): FeCl2·4H2O=200÷220; соляной кислоты HCl=1,1÷1,5; режим электролиза Dк=30÷50 А/дм²; t=60÷80ºC. Скорость осаждения 0,4-0,5 мм/ч; выход железа по току 85-90%. 

        1.3.2 Газопорошковая наплавка

     Кроме процесса осталивания отверстия нижней головки шатуна, в последнее время разработан способ газопорошковой наплавки, заключающийся в том, что самофлюсующийся порошок ПГ-ХН80СР2 (РТУ УССР 1179—67) наносится на восстанавливаемую поверхность посредством ее подачи через пламя ацетилено-кислородной горелки специальной конструкции, использующей эффект эжекции (тип горелки ГАЛ-2-68).

    Технологические особенности газопорошковой  наплавки заключается в следующем.  На нагретую поверхность напыляют  тонкий слой порошкообразного  сплава. При этом частицы сплава, проходя через пламя, соединяются на поверхности детали только между собой. После этого на напыленную поверхность наносят второй слой порошкообразного сплава. В результате протекания диффузионных процессов между расплавленным порошком и поверхностным слоем основного металла образуется неразъемное прочное соединение. Возможная толщина наплавляемого слоя 0,1-3мм.

    Химический состав порошка ПГ-ХН80СР2:   углерод — 0,3—: 0,6%, кремний — 1,5—3,0%, железо — 4,5—5,0%, хром — 12— 15%, бор — 1,5—2,5%, никель — 80,2—73,9%.

  Порошок выпускается Торезским заводом  твердых сплавов Министерства цветной  металлургии.

    Перед нанесением- порошковой композиции  шатун должен быть собран с  нижней крышкой; болты крепления  крышки шатуна затянуть моментом 20—22кгс-м.                                                                                                                                                                                                                    

    При наплавке поверхности отверстия в самом шатуне стержень, его нужно охлаждать путем погружения в воду по головку. При наплавке отверстия в крышке шатуна охлаждение не требуется. Толщина наплавленного слоя — 0,1 мм. Твердость наплавленной поверхности — HRC 35—40. Трудоемкость наплавки — 7—10 мин на один шатун.

      1.3.3  Обработка под ремонтный  размер

    При этом способе ремонта восстанавливается  правильность геометрической формы  и шероховатость поверхности  деталей без сохранения начальных  размеров. При помощи механической  обработки изношенный поверхностный слой детали удаляется и деталь получает новый размер – ремонтный, больший или меньший номинального (начального). Так как механической обработкой начальные размеры изменяются в сторону износа (в тело детали), использовать в качестве сопряженных новые детали с начальными размерами нельзя. Сопряженные детали должны иметь также новые ремонтные размеры применительно к восстанавливаемой основной детали. Это достигается постановкой при сборке сопряжений новых запасных деталей соответствующих ремонтных размеров, выпускаемых промышленностью, или восстановление детали с приданием ей размера применительно к ремонтным размерам основной сопряженной детали.

       Так как ремонтные размеры  вала и отверстия, как правило,  находятся в тех же интервалах, что и номинальные размеры вала и отверстий, допуски на их обработку остаются теми же. Посадка сопряжений деталей при этом восстанавливается до начального значения. На рисунке 1.2 показана схема образования ремонтных размеров деталей в процессе их восстановления и изготовления промышленностью. Как следует из рассмотрения схемы, в процессе восстановления деталей ремонтные размеры валов уменьшается, а отверстий увеличивается.

     В авторемонтном производстве  используются детали трех видов  ремонтных размеров которые можно условно назвать так: стандартные, выпускаемые

промышленностью, регламентированные, установленные  техническими условиями на ремонт, сборку и испытание автомобилей, свободные. 

                                            Рис. 1.2 Схема образования ремонтных размеров

     Стандартные ремонтные размеры  широко используются для таких  деталей, как поршни, поршневые  пальцы, толкатели и тонкостенные  вкладыши. Преимущество стандартных  ремонтных размеров заключается  в том, что они позволяют заранее иметь детали готовыми и осуществлять ремонт методом частичной взаимозаменяемости, что сокращает продолжительность ремонта.

                 1.3.4 Восстановление детали давлением

         Восстановление деталей обработкой  давлением основано на использовании  пластических свойств металла. Пластическая деформация осуществляется различными способами: осадкой (рис.1.3, а), правкой, раздачей (рис. 1.3, б), обжатием (рис. 1.3, в).

                 Рис. 1.3 Схема восстановления деталей  давлением 

      Из всех способов давления наибольшее применение в ремонтном поизводстве находит правка. Правка деталей производится без подогрева и с подогревом.

      Большая часть автомобильных  деталей, имеющих изгибы, подвергается  правке вхолодную. Так правят  шатуны, коленчатые валы и распределительные валы и др. Стремление вести правку при восстановлении деталей вхолодную объясняется тем, что детали, подвергающиеся правке, термически обработаны.

     При холодной правке деталей,  как уже указувалось, будут  иметь упрочнение (наклеп) и остаточне напряжения. При этом чем більше деформація при правке, тем больше будут проявляться оба явления. Правка деталей вхолодную производится под действием внешней загрузки при помощи пресса или специальных приспособлений. В результате холодной правке в детали остаються напряжения, которые в процес се работы могут складываться с напряженими, возникающими под действием загрузок при эксплуатации автомобиля. В результате этого могут появиться вторичные деформации и искривления деталей.

     Холодная правка ряда деталей является трудоемкой операцией, в процес се осуществления которой необходим контроль эффективности ее применения. Поэтому помимо обычного оборудования и контрольного инструмента ( гидравлические прессы, индикаторы) все большее применение находят специальные стенды и приспособления, позволяющие осуществлять правку и комплексную проверку детали в процессе ее применения. Правка и контроль шатуна производятся при помощи приспособления, приведенного на рис. 1.4

1-скалки; 2-стойки; 3-плита; 4-ручка; 5-штифт; 6-ось  коромысла; 7-коромысло;‌ ‌I, II, III-индикаторы.   

            Рис. 1.4  Приспособление для проверки  и правки шатуна                                                        

1.3.5 Установление  технологической последовательности  восстановления

      Под маршрутной технологией подразумевают  составленную технологию на комплекс дефектов маршрут. При этом технологический  процесс составляется из механически  сложенных технологических процессов устранения каждого дефекта

в отдельности. Состав операций определяют естественным сочетанием дефектов, выявленных в  результате деформации деталей.

      Маршрут должен предусматривать и технологическую  взаимосвязь сочетаний дефектов со способами восстановления.

      Установление  технологической последовательности (маршрута) операций предусматривает  их минимальное количество при достижении конечной цели восстановления на основании  принятых способов восстановления. Очередность  выполнения операций технологического процесса назначается, учитывая рекомендации.

      Операция 05. Проверка шатуна.

      Операция 10. Термическая. Нагреть шатун до Т =450-500ºС, выдержать при этой температуре  в течении 1 часа и охладить на воздухе.

      Операция 15. Контрольная. Проверить шатун  на отсутствие трещин.

      Операция 20. Шлифовальная. Шлифовать торцевые поверхности нижней головки шатуна «как чисто».

      Операция 25. Гальваническая. Нанести слой металла  на торцевые поверхности нижней головки  шатуна осталиваем.

      Операция 30. Шлифование. Шлифовать торцевые поверхности нижней головки шатуна до номинального размера.

      Операция 35. Прессовая. Выпрессовать изношенную втулку и запрессовать новую.

      Операция 40. Расточка. Расточить запрессованную втулку до номинального размера.

      Операция 45. Слесарная. Разборка нижней головки шатуна.

      Операция 50. Фрезерная. Фрезеровать гребешки стыка шатуна и крышки.

      Операция 55. Слесарная. Сборка нижней головки  шатуна.