Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Специальные методы восстановления деталей

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное

бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Комсомольский - на- Амуре государственный

технический университет»

Институт КП МТО

Кафедра «Технология сварочного производства»

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе

по дисциплине «Специальные методы восстановления деталей»

Вариант № 8

Студент группы 7ОС-1 Р.А. Кренев

подпись дата

Преподаватель В.Н. Комельков

подпись дата

2011

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

7ОС-1.03.08.0000ПЗ

Исходные данные

В данной курсовой работе необходимо разработать технологию восстановления детали представленной на рисунке 1. Данные о материале, из которого изготовлена деталь, и годовой программе представлены в таблице 1.

Рисунок 1 – Выпускной клапан двигателя внутреннего сгорания

Таблица 1 – Исходные данные

Название детали	Узел, в который входит деталь	Материал детали	Годовая программа выпуска
Выпускной клапан	Двигатель внутреннего сгорания	Х18Н10Т	5000

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

7ОС-1.03.08.0000ПЗ

Содержание

Ведение……..…………………………………………………………………….5

1 Описание работы детали……………………..………………………………..8

2 Условия работы выпускного клапана. Описание видов износа…………..10

3 Описание материала детали…………………………………………………12

4 Выбор способа восстановления……………………………………………..14

5 Выбор сварочных материалов……………………………………………….18

6 Выбор технологических режимов наплавки………………………………..19

7 Выбор оборудования…………………………………………………………20

8 Выбор технологического процесса восстановления……………………….23

9 Виды и методы контроля…………………………………………………….23

10 Расчет количества оборудования…………………………………………..25

Заключение……………….…………………………………………………….29

Список использованных источников……...………………………………….32

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

7ОС-1.03.08.0000ПЗ

Введение

Производственный процесс ремонта машин представляет собой совокупность действий ремонтного предприятия, в результате которых восстанавливается работоспособность поступивших в ремонт машин и их составных частей. Он состоит из ряда технологических процессов — разборки и сборки машин и их составных частей, ремонта и изготовления деталей, технического контроля, а также процессов получения, хранения и транспортирования ремонтного фонда ('ожидающих ремонта машин, агрегатов, узлов), материалов, полуфабрикатов и готовой продукции.

Технологический процесс ремонта машин является совокупностью технологических операций, выполняемых с целью последовательного изменения состояния предмета ремонта, т. е. приведения машин и их составных частей в состояние, соответствующее техническим условиям на их ремонт.

Типовыми технологическими процессами при ремонте машин являются наружная мойка машин, их разборка на сборочные единицы, а затем на детали, мойка, обезжиривание и дефектация деталей, восстановление и ремонт деталей, сборка сборочных единиц и машин, окраска.

Технологический процесс ремонта строительных машин преду-сматривает тщательную конструкторскую и технологическую подготовку предприятия, заключающуюся в обеспечении рабочими чертежами, техническими условиями, технологическими картами, проектировании и изготовлении специальных инструментов и приспособлений, определении потребности в запчастях, материалах, оснастке и инструментах. Он делится на операции, переходы и приемы.

Технологическая операция — это часть технологического процесса, выполняемая на одном рабочем месте.

Переходом называется часть операции, охватывающая обработку нескольких поверхностей при неизменном режиме работы станка. При разбоИзм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

7ОС-1.03.08.0000ПЗ

рочно-сборочных работах — это часть операций, выполняемая над одним определенным соединением.

Прием представляет собой законченную совокупность отдельных движений рабочего в процессе выполнения работы или подготовки к ней.

В зависимости от величины производственной программы по ремонту каждого типоразмера машин, а также технических и экономических условий осуществления производственного процесса (степень специализации, повторяемость выпуска и др.) различают три основных типа производства: единичный, серийный и массовый.

Единичный тип ремонтного производства характеризуется ремонтом широкой номенклатуры машин в единичных количествах, повторяющихся через неопределенные промежутки времени или совсем не повторяющихся. Единичное производство должно быть универсально, т. е. приспособлено к ремонту различных типоразмеров машин. Для этого ремонтное предприятие должно располагать комплектом универсального оборудования, универсальными приспособлениями (специальные применяют редко) и инструментом.

Разнотипность ремонтируемых машин, неравномерность по времени поступления в ремонт одномарочных машин, необходимость выполнения различных Операций на универсальном оборудовании вызывает частую перестройку работы, переналадку оборудования, потребность в запасах деталей и материалов разнообразной номенклатуры. Все это требует высокой квалификации рабочих и инженерно-технических работников. Для единичного производства характерна большая продолжительность ремонта при высокой себестоимости. Примером единичного производства могут служить центральные ремонтные мастерские (ЦРМ) и ремонтно-прокатные базы (РПБ) строительных трестов.

Серийный тип ремонтного производства характеризуется ремонтом ограниченной номенклатуры машин сериями, повторяющимися через определенные промежутки времени. В зависимости от числа машин в серии, труИзм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

7ОС-1.03.08.0000ПЗ

доемкости их ремонта, частоты повторяемости серий в течение года различают мелкосерийное, среднесерийное и крупносерийное производство.

Технологический процесс в серийном производстве расчленен на операции, которые закреплены за рабочими местами. Оборудование может быть как универсальным, так и специализированным. Широко применяются специальные приспособления и инструмент.

Серийное производство благодаря специализации рабочих, лучшему использованию оборудования, увеличению производительности труда обеспечивает уменьшение себестоимости и сокращение сроков ремонта. Примером серийного производства служат ремонтно-механические заводы (РМЗ) Минтрансстроя.

Массовый тип ремонтного производства характеризуется достаточно большим выпуском из ремонта однотипных машин при непрерывном выполнении на рабочих местах одних и тех же постоянно повторяющихся операций. Для массового производства характерны узкоспециализированные оборудование, приспособления и инструмент, а также узкая специализация рабочих мест. Это позволяет автоматизировать технологические процессы.

Массовому производству обычно соответствует поточный способ организации ремонта. При этом машины из ремонта выпускают через заранее заданные постоянные промежутки времени (такт потока). Примером являются крупные авторемонтные предприятия.

Для ремонта строительной техники наиболее перспективным в настоящее время является крупносерийное производство, позволяющее организовать ремонт на индустриальной основе, близкой к машиностроению. Это позволит значительно поднять ресурс отремонтированных машин и превратить ремонтное производство в рентабельное

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

7ОС-1.03.08.0000ПЗ

Разраб.

Провер.

Комельков В.Н.

Реценз.

Н. Контр.

Комельков В.Н.

Утверд.

Комельков В.Н.

1 Разработка технологии восстановления клапана двигателя внутреннего сгорания

Лит.

Листов

Кафедра ТСП

Кренв Р.А.

1 Описание работы детали

В повседневной жизни все мы пользуемся различными видами транспорта у большинства из них установлен двигатель внутреннего сгорания (ДВС). ДВС – устройство, преобразующее тепловую энергию, получаемую при сгорании топлива в цилиндрах, в механическую работу.

Клапан служат для периодического открытия и закрытия отверстий впускных и выпускных каналов в зависимости от положения поршней в цилиндре и от порядка работы двигателя. Клапан состоит из головки и стержня.

Рабочий цикл в поршневых двигателях внутреннего сгорания состоит из пяти процессов: впуска, сжатия, сгорания, расширения и выпуска. В двигателе рабочий цикл может быть осуществлен по следующей широко применяемой схеме.

Впуск - поршень перемещается от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке. Открыто впускное отверстие. Вследствие увеличения объема внутри цилиндра создается разрежение 0,075-0,085 МПа, а температура смеси находится в пределах 90-125° С. Цилиндр заполняется свежим зарядом горючей смеси.

Сжатие - поршень движется от н.м.т. к в.м.т. Впускное и выпускное отверстия закрыты. Объем над поршнем уменьшается, а давление и температура к концу такта соответственно достигают величин 1,0...1,2 МПа и 350-450° С. Рабочая смесь сжимается, благодаря чему улучшается испарение и перемешивание паров бензина с воздухом.

Рабочий ход (сгорание и расширение) - сжатая рабочая смесь воспламеняется искрой. Поршень под давлением расширяющихся газов перемещается от в.м.т. к н.м.т. Впускное и выпускное отверстия закрыты. Давление га-

зов достигает величины 3,5...4,0 МПа, а температура доходит до 2000° С.

Выпуск - поршень движется от н.м.т. к в.м.т. Открыто выпускной клапан. Давление газов снижается до 0,11...0,12 МПа, а температура до 300...400° С.

1 – коленчатый вал; 2 – шатун; 3 – цилиндр; 4 – поршень; 5 – выпускной клапан; 6 – впускной клапан; 7 – головка цилиндра

Рисунок 2 - Рабочий цикл четырехтактного двигателя:

а – такт впуска; б – такт сжатия; в – такт рабочего хода; г – такт выпуска

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

7ОС-1.03.08.0000ПЗ

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

6ОС-1.02.04.0000

Процессы, связанные с подготовкой рабочей смеси к сжиганию ее в цилиндре, а также освобождением цилиндра от продуктов сгорания, в одноцилиндровых двигателях осуществляются движением поршня за счет энергии маховика, которую он накапливает в процессе рабочего хода.

2 Условия работы выпускного клапана. Описание видов износа

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

7ОС-1.03.08.0000ПЗ

Клапаны двигателя внутреннего сгорания функционируют в экстремальных условиях. Они подвержены совместному действию переменной механической нагрузки, высокой температуры, износа, коррозии и эрозии. Во время работы двигателя температура нагрева головки клапана может достигать 800˚С, стержень нагружен циклическими растягивающими усилиями пружины, поверхность стержня подвергается сильному воздействию факторов трения, торец стержня испытывает интенсивные контактные нагрузки. Клапаны и седла клапанов подвергаются износу в результате ударов головки клапана о седло, повторяющихся с большой частотой, коррозионному действию агрессивных отработавших газов при повышенной температуре, а также эрозионному действию струи газа и продуктов неполного сгорания топлива. После некоторого периода, работы седло покрывается нагаром, который под влиянием высокой температуры накаляется, что приводит к выжиганию опорной поверхности клапана и потере герметичности. Не герметичность клапанов, в свою очередь, приводит к нарушениям в работе двигателя, к которым относятся затрудненный запуск, уменьшение мощности и др. При этом через образовавшиеся щели под высоким давлением проходит струя горячих рабочих газов, сильно нагревающих головку клапана. Вследствие такого нагрева края головки подплавляются и клапан разрушается. С течением времени материал клапана может настолько снизить свою прочность в результате выгорания некоторых компонентов сплава, что возможен даже отрыв головки от стержня клапана.

На интенсивность износа седел клапанов влияет также состав всасываемой в цилиндры смеси. Если ввели смесь слишком бедную, то сгорание происходит при более высокой температуре и коррозионное действие отработавших газов оказывается сильнее. Когда смесь слишком богата, сгорание идет медленнее и при более низкой температуре. Несгоревшие тяжелые фракции топлива ускоряют осаждение слоя нагара, коррозионно-агрессивного к материалу клапана. Поэтому к клапанам предъявляются очень жесткие технические и качественные требования.

Износы деталей машин определяются условиями работы и характеризуются значением удельного давления, возникновением циклических нагрузок, режимов смазки, и степенью ее стабильности, скоростью перемещения поверхностей трения, температурным режимом работы детали, окружающей средой и степени ее агрессивности, характером напряженного состояния поверхностей трения и т.д.

Износ – результат изнашивания, проявляющийся в виде изменения размеров и других параметров детали.

В зависимости от условий работы клапана ДВС можно отнести к двум следующим видам износа:

Химико-механическое изнашивание. Изнашивание сопровождается существенными химическими изменениями;
Работа в условиях усталостного разрушения и одновременно подвергающиеся механическому изнашиванию;

К основным механическим повреждениям выпускных клапанов можно отнести: трещины, поломки и обломы, изгибы и вмятины.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

7ОС-1.03.08.0000ПЗ

Трещины образуются в результате воздействий значительных местных нагрузок ударов и перенагружений. В данном случае трещины могут носить тепловой характер происхождения.

Поломки и обломы возникают при сильных ударах о детали, часто наблюдаются на литых изделиях, могут также возникнуть в результате усталости металла.

Химико-тепловые повреждения выпускных клапанов возникают как правило в результате сложных взаимодействий при тяжелых условиях эксплуатации машин. К ним относятся: коробление, коррозия, образование нагрева и накипи.

Коробление происходит от воздействия высоких температур, чаще всего при нарушении правил эксплуатации машин, приводящих к изменению Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

7ОС-1.03.08.0000ПЗ

структурных изменений и больших внутренних напряжений. Коррозия поверхностей клапана это результат химического и электрохимического воздействия окружающей окислительной и химически активной среды.

Нагар образуется в результате взаимодействия сильно нагретых газов продуктов сгорания топлива и масел на поверхности детали. Образовавшийся нагар ухудшает условия теплопередачи и в некоторых случаях приводит к перегреву детали и образованию на них трещин.

3 Описание материала детали

Сталь Х18Н10Т — нержавеющая, жаростойкая, жаропрочная, аустенитного класса, обладает высокой хладостойкостью, немагнитностью и удовлетворительной сопротивляемостью межкристаллитной коррозии, химически устойчива ко всем кислотам, кроме уксусной, муравьиной, молочной и щавелевой — применяется для изготовления узлов н деталей вакуумных установок, в которых создается давление не ниже р=1×10^-12 мм рт. ст., работающих при температурах от -260 до +1000° С. Эта сталь чаще всего используется для изготовления корпусов высоковакуумных насосов и установок, термобарокамер, экранов, держателей и корпусов приборов. Поверхности деталей, изготовленных из стали Х18Н10Т, обычно подвергаются электрополировке. Химический состав и механические свойства приведены ниже в таблицах 2 и 3.

Таблица 2 – Химический состав стали Х18Н10Т по ГОСТ 5949-75

В процентах
C	Si	Mn	Ni	S	P	Cr	Cu
до 0.12	до 0.8	до 2	9 - 11	до 0.02	до 0.035	17 - 19	до 0.3

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

7ОС-1.03.08.0000ПЗ

Сталь Х18Н10Т имеет высокую свариваемость различными методами электросварки (особенно аргонно-дуговой), а также паяется твердыми и мягкими припоями, хорошо обрабатывается резанием (при применении твердосплавного инструмента) и обладает высокой пластичностью при холодной деформации. Интервал горячей деформации 900-1150°С.

Таблица 3 – Механические свойства при Х18Н10Т

Сортамент	Размер	s_в	s_T	d₅	y	Термообр.
Сортамент	мм	МПа	МПа	%	%	Термообр.
Поковки	до 1000	510	196	35	40	Закалка 1050 - 1100^oC, вода,
Лист тонкий		530	205	40		Закалка 1050 - 1080^o C, Охлаждение вода
Лист тонкий нагартован.		880-1080		10
Сорт	до 60	510	196	40	55	Закалка 1020 - 1100^o C, Охлаждение воздух
Лист толстый		530	235	38		Закалка 1000 - 1080^o C, Охлаждение вода
Примечание: s_в - Предел кратковременной прочности, [МПа] s_Т - Предел текучести, [МПа] d₅ - Относительное удлинение при разрыве, [ % ] y - Относительное сужение, [ % ]

Вероятность появления при сварке или наплавке горячих трещин можно определить по показателю Уилкинсона (H.C.S)

, (1)

Условием появления горячих трещин является Н.С.S. > 2. Из расчета видно, что в данном случае при наплавке не возникнет горячих трещин.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

7ОС-1.03.08.0000ПЗ

4 Выбор способа восстановления

Импульсно-дуговая наплавка плавящимся электродом. Импульсно-дуговая наплавка плавящимся электродом расширяет технологические возможности наплавки в защитных газах. При этом процессе на основной сварочный ток непрерывно горящей дуги при помощи специального генератора налагают кратковременные импульсы тока, которые ускоряют перенос капель металла и уменьшают, таким образом, их размер. При наложении на дугу импульсов определенной энергии и частоты можно достичь мелкокапельного переноса металла с минимальным разбрызгиванием. Это позволяет осуществлять наплавку в вертикальном положении. Импульсно-дуговую наплавку следует вести на постоянном токе обратной полярности, так как наплавка на прямой полярности ведет к увеличению длины дуги за счет более высокой скорости расплавления электрода и к повышенному разбрызгиванию. Этот процесс не нашел широкого распространения из-за ограниченного сочетания проволок и защитных газов, при которых возможен мелкокапельный перенос металла.

Вибродуговая наплавка – прерывистый дуговой процесс, при котором электрод вибрирует вдоль своей оси, вызывая короткие замыкания в сварочной цепи и кратковременные периоды существования дуги. Подаваемая в зону наплавки проволока совершает при помощи электромагнитного или механического устройства возвратно-поступательные движения с частотой до 100 раз в секунду и размахом 0,5…2,0 мм. Суть этой наплавки состоит в следующем. К изделию и электроду подают напряжение от источника постоянного или переменного тока. В момент соприкосновения электрода с изделием происходит короткое замыкание электрической цепи, при котором ток мгновенно возрастает, и в месте контакта электрода с изделием образуется перемычка из жидкого металла.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

7ОС-1.03.08.0000ПЗ

В следующий момент, при отходе электрода от изделия, перемычка разрывается и возбуждается дуга. В момент горения дуги происходит плавление основного и электродного металлов и перенос жидкого электродного металла на изделие. Затем цикл, состоящий из короткого замыкания, дугового разряда и холостого хода, повторяется. Так как длительность существования дуги невелика и составляет 20 % всего цикла, провар основного металла получается неглубоким, с небольшой зоной термического влияния. При силе тока 100…200 А, напряжении на дуге 18…25 В производительность процесса составляет 1…2 кг наплавленного металла в час.

Сделав вывод из того что толщина наращиваемого слоя на деталь превышает 0,3 мм в данном разделе будет рассмотрен метод плазменной наплавки. Методы электрохимического наращивания и способы импульсно-дуговой и вибродуговой наплавки не нашли достойного применения так как, не обладают достойными качествами наращивания и не соответствуют условиям работы и эксплуатации детали.

Развитие технологических процессов ремонта не стоит на месте, и на данный момент существуют методы защиты новых и восстановления изношенных деталей, позволяющих эффективно решать ряд проблем - износ трущихся деталей, снижение коэффициента трения, гидроабразивный износ, коррозию и др. Ведущие западные фирмы давно используют покрытия различного функционального назначения в своей продукции.

Клапана двигателей внутреннего сгорания в процессе эксплуатации изнашиваются, что приводит к уменьшению их срока службы и необходимости дорогостоящего ремонта двигателя внутреннего сгорания.

Для их упрочнения, как правило, наносят защитный слой покрытия различными методами. Из существующих способов плазменной наплавки наибольшее распространение получила плазменно-порошковая наплавка как наиболее универсальный метод. При плазменно-порошковой наплавке присадкой служат гранулированные металлические порошки, которые подаются в плазмотрон транспортирующим газом с помощью специального питателя. Метод порошковой плазменной наплавки (ППН) является наиболее оптимальным по производительности, цене и качеству.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

6ОС-1.03.08.0000ПЗ

Достоинства метода плазменной наплавки заключаются в следующем:

высокая производительность наплавки – выше 25 кг/ч;
эффективность метода – около 85 %;
низкая растворимость основного металла в наплавленном слое (до 5%) – минимальное перемешивание с материалом основы;
высокое качество наплавленного металла;
минимальные потери присадочного материала;
возможность наплавки относительно тонких слоев (0,5-5,0 мм).

Установление взаимосвязи между температурой оплавления порошка и временем выдержки при температуре оплавления порошка позволяет регулировать и управлять свойствами покрытия.

Чрезмерное повышение температуры оплавления сплава и времени выдержки при температуре оплавления приводит к огрублению структуры, снижению механических свойств основы и покрытия.

Детали при наплавке быстро нагреваются до высоких температур; изменяются тепловые условия формирования покрытий, увеличиваются глубина проплавления и степень перемешивания материалов покрытия и основы, наплавочный материал в покрытии теряет свои исходные свойства. Необходимость управления тепловыми условиями плазменно-порошковой наплавки, выбора оптимальных режимов диктует необходимость построения физико-математической модели с последующим использованием ее в компьютерном проектировании и управления процессом нанесения покрытий.

Благодаря возможности регулирования в широком диапазоне соотношения между тепловой мощностью дуги и подачей присадочного порошка, плазменная порошковая наплавка обеспечивает достаточно высокую производительность при минимальном проплавлении основного металла, что позволяет обеспечивать требуемую твердость и заданный химический состав наплавленного металла уже на расстоянии 0,3-0,5 мм от поверхности сплавления. Это дает возможность ограничиться однослойной наплавкой там, где электродуговым способом необходимо наплавить 3-4 слоя.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист