Помощь студентам в учебе
Исследование влияния гидродробеструйной обработки на поверхностное упрочнение шеек коленчатых валов автомобилей
|
Введение 3
Глава 1 Восстановление коленчатого вала двигателя 9
1.1 Сущность осуществления процесса восстановления
коленчатого вала 9
1.2 Анализ методов проведения технологического процесса
восстановления коленчатого вала 14
Глава 2 Влияние гидродробеструйной обработки на поверхностное упрочнение шеек коленчатых валов автомобилей 33
2.1 Сущность процесса гидродробеструйной обработки 33
2.2 Исследование процесса проведения гидродробеструйной
обработки 37
2.3 Технологический процесс восстановления коленчатого вала
двигателя 47
Глава 3 Экономическая эффективность гидродробеструйной обработки шеек коленчатых валов автомобилей 56
3.1 Расчет экономической эффективности применения гидродробеструйной обработки 56
3.2 Оценка эффективности предлагаемых мероприятий 63
Заключение 68
Список используемых источников 70
Глава 1 Восстановление коленчатого вала двигателя 9
1.1 Сущность осуществления процесса восстановления
коленчатого вала 9
1.2 Анализ методов проведения технологического процесса
восстановления коленчатого вала 14
Глава 2 Влияние гидродробеструйной обработки на поверхностное упрочнение шеек коленчатых валов автомобилей 33
2.1 Сущность процесса гидродробеструйной обработки 33
2.2 Исследование процесса проведения гидродробеструйной
обработки 37
2.3 Технологический процесс восстановления коленчатого вала
двигателя 47
Глава 3 Экономическая эффективность гидродробеструйной обработки шеек коленчатых валов автомобилей 56
3.1 Расчет экономической эффективности применения гидродробеструйной обработки 56
3.2 Оценка эффективности предлагаемых мероприятий 63
Заключение 68
Список используемых источников 70
Коленчатый вал является базовой деталью в двигателе внутреннего сгорания, обладает большой массой и функциональной нагрузкой. Когда встает вопрос, следует восстанавливать или заменять коленчатый вал, то предпочтение обычно отдается более экономически выгодному восстановлению, особенно если речь идет о крупногабаритных изделиях износ которых может не превышать 2% от его общей массы.
Восстановление коленчатых валов имеет давние традиции, которые претерпевают изменения с появлением и развитием новых технологических процессов. Технологии восстановления коленчатых валов делятся на две основные группы, первая включает в себя разнообразные способы наплавки, а вторая различные способы газотермического напыления (ГТН). И те и другие способы имеют промышленное внедрение. Наплавка рекомендована для коленчатых валов из стали 45. Наиболее щадящим процессом с точки зрения термического влияния на материал основы является вибродуговая наплавка. Тем не менее, эти способы не избавлены от дефектов (поры, раковины, шлаковые включения, обнаруживаемых в процессе обработки).
Нанесение защитных и износостойких покрытий, в частности газопламенным напылением (ГПН) различных материалов, позволяет решать ряд вопросов, связанных с повышением ресурса деталей узлов трения различных механизмов и восстановлением изношенных поверхностей.
Напыление материалов может быть произведено следующими способами:
1. Плазменным методом. Этот метод даёт качественное покрытие, но очень дорог, так как создание плазмы требует определённых условий.
2. Электролитическим методом. При относительной дешевизне метода он обладает низкой производительностью.
3. Газопламенным методом. Этот метод наиболее подходит а данном случае, так как он недорог и обладает относительно высокой производительностью (примерно в 20-30 раз быстрее чем электролитическим методом).
Газотермическое напыление является одним из способов нанесения покрытий на детали машин с целью увеличения их наружных и уменьшения внутренних размеров. Этот вид покрытий зарекомендовал себя как простой, экономичный и надежный способ восстановления размеров изношенных поверхностей деталей машин.
В ряде случаев ГТН применяется (или может применяться) также при изготовлении деталей для наращивания их размеров с одновременным нанесением материалов, придающих детали требуемые свойства (повышение твердости, износостойкости, антифрикционных и других свойств). Таким образом создаются биметаллические и полиметаллические изделия, у которых основной металл и нанесенное покрытие имеют различные свойства. Например, вязкую сердцевину и твердую рабочую поверхность или прочное основание и антифрикционное покрытие и т. д.
Газотермическое напыление дает возможность наносить работоспособные покрытия практически любой необходимой толщины (от 0,01 до 10 мм и более).
Процесс напыления при нормальных условиях и режимах можно вести с нагревом изделия до температуры не более 100°С. При необходимости эта температура может быть снижена дополнительным охлаждением в процессе напыления до 20—25°С. Таким образом, исключается опасность вредных температурных воздействий на основной металл изделия, что имеет место при сварке, наплавке и химико-термической обработке. В частности, при наращивании деталей наплавкой в результате термического влияния возникают внутренние напряжения, вызывающие остаточные деформации. Для снятия внутренних напряжений требуется общий предварительный подогрев и последующая термическая обработка наплавляемых деталей. Это ведет к их короблению и изменению размеров ранее обработанных поверхностей.
При газотермическом напылении покрытий наращивание деталей происходит со сравнительно большой скоростью. Так, нанесение стального покрытия электродуговым аппаратом производится примерно в 10—20 раз быстрее, чем электролитическое железнение (осталивание), и примерно в 100—200 раз быстрее, чем электролитическое хромирование. Все применяемые технологии восстановления деталей, в том числе существующая технология газопламенного напыления, предусматривают раздельные технологии по подготовки поверхности и ее последующего упрочнения на разном оборудовании. Смена базирования крупногабаритных коленчатых валов, сопряжено с определенными трудностями и требует применения дополнительного оборудования, для закрепления изделия в горизонтальном положении, а также приводит к потере адгезионных свойств, геометрии и качества поверхности упрочненного изделия и потери времени, следовательно, ведёт к снижению качества конечной детали.
Создание участка по восстановлению деталей поможет решить многие проблемы, в частности не придётся закупать новые детали, а восстановление старых может занять минимум времени. При этом восстановленные детали полностью удовлетворяют техническим требованиям, а кое в чём даже превосходят новые, в частности по прочностным характеристикам.
Но в любом случае, после проведения процедуры восстановления поверхности шеек коленчатого вала остаются вопросы по долговечности подобного покрытия и качества нанесенного покрытия. Технологией, которая позволяет решить вопрос качества и надежности покрытия является технология гидродробеструйного упрочнения поверхности коленчатого вала.
«Повышение качества и надежности восстановленных коленчатых валов, за счет создания внедрения новых ресурсосберегающих технологических процессов, повышения их производительности требует не столько обеспечения точности размеров, но и заданных физико¬механических свойств поверхностного слоя; остаточных напряжений, наклепа (степень и глубина), рельефа микрогеометрии, которые имеют в большинстве случаев превалирующее значение в обеспечении надёжной работы детали и всего изделия. На сегодняшний день наиболее актуальной проблемой является восстановление геометрических размеров коренных и шатунных шеек без существенного снижения усталостной прочности коленчатых валов.» [28]
«Процесс ГДО является весьма многогранным, т.к. он связан с такими сложнейшими явлениями, как удар сферой, трение, упруго-пластическая деформация, теплофизические процессы и др. Поэтому с целью попытки создания основ теории процесс ГДО рассматривается в весьма различных аспектах, в той или иной степени раскрывающих сущность природы этого процесса. В отдельных случаях для создания связи микроизменений в металле с внешними воздействиями, определяющими технологические параметры, процесс ГДО рассматривается как с микро-, так и с макро- точек зрения.» [14]
В связи с актуальностью вопроса восстановления изношенных коленчатых валов, темой диссертационного исследования принята «Исследование влияния гидродробеструйной обработки на поверхностное упрочнение шеек коленчатых валов автомобилей».
Наиболее подробно процесс гидробеструйной обработки в машиностроении и технологических процессах восстановления деталей рассматриваются в научных работах таких авторов как Филонов И.П., Баршай И.Л., В.А. Горохов, Н.В. Беляков, А.Г. Схиртладзе, Петросов В.В. и ряд других авторов. В рамках диссертационных исследований проблемы городского пассажирского транспорта рассматривали и предлагали пути их рения такие авторы как Жирнов А.А., Андрушевич А. А., Анисович А..Г.
Теоретико-методологическую базу исследования составили научные работы и исследования, посвященные вопросам упрочнения поверхности изделий методами поверхностно-пластического деформирования, в том числе, при помощи дробеструйной обработки.
«Основные инструменты исследования: методы математического и экономического моделирования, математико-статистические методы, метод сравнения и аналогий, эконометрические методы.» [13]
Информационная база исследований представлена статистическими данными, собранными при проведении экспериментальных исследования, направленных на изучение процессов при поверхностно-пластическом деформировании слоя металла детали.
Научная новизна исследований: состоит в исследовании влияния гидродробеструйной обработки на поверхностное упрочнение шеек коленчатых валов автомобилей, проводимой после восстановления шеек напылением.
Практическая значимость исследования состоит в разработке комплексной технологии восстановления шеек коленчатого вала, в которой производится как восстановление первоначальных размеров методом напыления и последующей шлифовки, так и упрочнение поверхностного слоя гидродробеструйной обработки, результатом чего является улучшение эксплуатационных характеристик восстановленной детали..
«По теме диссертационного исследования опубликована 1 научная работа, общим объемом 0,6 печ.л.» [13]
В первой главе магистерской диссертации рассматриваются теоретические вопросы, посвященные процессу восстановления коленчатого вала двигателя. Рассматриваются основные характеристики конструкции и виды износа, определяются возможные методы восстановления геометрии и производится их сравнительный анализ..
Вторая глава рассматривает влияние гидродробеструйной обработки на качество поверхности коленчатого вала. Производится исследование процесса гидробробеструйной обработки, в соответствии с экспериментами, проводимыми в рамках диссертационного исследования . Представлены математические модели производимых экспериментальных исследований. Разработан технологический процесс восстановления коленчатого вала автомобиля, в котором была применена гидродоробеструйная обработка, как часть технологического процесса восстановления геометрии
В третьей главе магистерской диссертации производится оценка экономической эффективности предлагаемых мероприятий. Производится оценка предлагаемой в работе технологии восстановления шеек коленчатого вала, с учетом материальных и трудовых затрат.
В заключении излагаются основные результаты проведенного исследования, даются практические рекомендации.
Восстановление коленчатых валов имеет давние традиции, которые претерпевают изменения с появлением и развитием новых технологических процессов. Технологии восстановления коленчатых валов делятся на две основные группы, первая включает в себя разнообразные способы наплавки, а вторая различные способы газотермического напыления (ГТН). И те и другие способы имеют промышленное внедрение. Наплавка рекомендована для коленчатых валов из стали 45. Наиболее щадящим процессом с точки зрения термического влияния на материал основы является вибродуговая наплавка. Тем не менее, эти способы не избавлены от дефектов (поры, раковины, шлаковые включения, обнаруживаемых в процессе обработки).
Нанесение защитных и износостойких покрытий, в частности газопламенным напылением (ГПН) различных материалов, позволяет решать ряд вопросов, связанных с повышением ресурса деталей узлов трения различных механизмов и восстановлением изношенных поверхностей.
Напыление материалов может быть произведено следующими способами:
1. Плазменным методом. Этот метод даёт качественное покрытие, но очень дорог, так как создание плазмы требует определённых условий.
2. Электролитическим методом. При относительной дешевизне метода он обладает низкой производительностью.
3. Газопламенным методом. Этот метод наиболее подходит а данном случае, так как он недорог и обладает относительно высокой производительностью (примерно в 20-30 раз быстрее чем электролитическим методом).
Газотермическое напыление является одним из способов нанесения покрытий на детали машин с целью увеличения их наружных и уменьшения внутренних размеров. Этот вид покрытий зарекомендовал себя как простой, экономичный и надежный способ восстановления размеров изношенных поверхностей деталей машин.
В ряде случаев ГТН применяется (или может применяться) также при изготовлении деталей для наращивания их размеров с одновременным нанесением материалов, придающих детали требуемые свойства (повышение твердости, износостойкости, антифрикционных и других свойств). Таким образом создаются биметаллические и полиметаллические изделия, у которых основной металл и нанесенное покрытие имеют различные свойства. Например, вязкую сердцевину и твердую рабочую поверхность или прочное основание и антифрикционное покрытие и т. д.
Газотермическое напыление дает возможность наносить работоспособные покрытия практически любой необходимой толщины (от 0,01 до 10 мм и более).
Процесс напыления при нормальных условиях и режимах можно вести с нагревом изделия до температуры не более 100°С. При необходимости эта температура может быть снижена дополнительным охлаждением в процессе напыления до 20—25°С. Таким образом, исключается опасность вредных температурных воздействий на основной металл изделия, что имеет место при сварке, наплавке и химико-термической обработке. В частности, при наращивании деталей наплавкой в результате термического влияния возникают внутренние напряжения, вызывающие остаточные деформации. Для снятия внутренних напряжений требуется общий предварительный подогрев и последующая термическая обработка наплавляемых деталей. Это ведет к их короблению и изменению размеров ранее обработанных поверхностей.
При газотермическом напылении покрытий наращивание деталей происходит со сравнительно большой скоростью. Так, нанесение стального покрытия электродуговым аппаратом производится примерно в 10—20 раз быстрее, чем электролитическое железнение (осталивание), и примерно в 100—200 раз быстрее, чем электролитическое хромирование. Все применяемые технологии восстановления деталей, в том числе существующая технология газопламенного напыления, предусматривают раздельные технологии по подготовки поверхности и ее последующего упрочнения на разном оборудовании. Смена базирования крупногабаритных коленчатых валов, сопряжено с определенными трудностями и требует применения дополнительного оборудования, для закрепления изделия в горизонтальном положении, а также приводит к потере адгезионных свойств, геометрии и качества поверхности упрочненного изделия и потери времени, следовательно, ведёт к снижению качества конечной детали.
Создание участка по восстановлению деталей поможет решить многие проблемы, в частности не придётся закупать новые детали, а восстановление старых может занять минимум времени. При этом восстановленные детали полностью удовлетворяют техническим требованиям, а кое в чём даже превосходят новые, в частности по прочностным характеристикам.
Но в любом случае, после проведения процедуры восстановления поверхности шеек коленчатого вала остаются вопросы по долговечности подобного покрытия и качества нанесенного покрытия. Технологией, которая позволяет решить вопрос качества и надежности покрытия является технология гидродробеструйного упрочнения поверхности коленчатого вала.
«Повышение качества и надежности восстановленных коленчатых валов, за счет создания внедрения новых ресурсосберегающих технологических процессов, повышения их производительности требует не столько обеспечения точности размеров, но и заданных физико¬механических свойств поверхностного слоя; остаточных напряжений, наклепа (степень и глубина), рельефа микрогеометрии, которые имеют в большинстве случаев превалирующее значение в обеспечении надёжной работы детали и всего изделия. На сегодняшний день наиболее актуальной проблемой является восстановление геометрических размеров коренных и шатунных шеек без существенного снижения усталостной прочности коленчатых валов.» [28]
«Процесс ГДО является весьма многогранным, т.к. он связан с такими сложнейшими явлениями, как удар сферой, трение, упруго-пластическая деформация, теплофизические процессы и др. Поэтому с целью попытки создания основ теории процесс ГДО рассматривается в весьма различных аспектах, в той или иной степени раскрывающих сущность природы этого процесса. В отдельных случаях для создания связи микроизменений в металле с внешними воздействиями, определяющими технологические параметры, процесс ГДО рассматривается как с микро-, так и с макро- точек зрения.» [14]
В связи с актуальностью вопроса восстановления изношенных коленчатых валов, темой диссертационного исследования принята «Исследование влияния гидродробеструйной обработки на поверхностное упрочнение шеек коленчатых валов автомобилей».
Наиболее подробно процесс гидробеструйной обработки в машиностроении и технологических процессах восстановления деталей рассматриваются в научных работах таких авторов как Филонов И.П., Баршай И.Л., В.А. Горохов, Н.В. Беляков, А.Г. Схиртладзе, Петросов В.В. и ряд других авторов. В рамках диссертационных исследований проблемы городского пассажирского транспорта рассматривали и предлагали пути их рения такие авторы как Жирнов А.А., Андрушевич А. А., Анисович А..Г.
Теоретико-методологическую базу исследования составили научные работы и исследования, посвященные вопросам упрочнения поверхности изделий методами поверхностно-пластического деформирования, в том числе, при помощи дробеструйной обработки.
«Основные инструменты исследования: методы математического и экономического моделирования, математико-статистические методы, метод сравнения и аналогий, эконометрические методы.» [13]
Информационная база исследований представлена статистическими данными, собранными при проведении экспериментальных исследования, направленных на изучение процессов при поверхностно-пластическом деформировании слоя металла детали.
Научная новизна исследований: состоит в исследовании влияния гидродробеструйной обработки на поверхностное упрочнение шеек коленчатых валов автомобилей, проводимой после восстановления шеек напылением.
Практическая значимость исследования состоит в разработке комплексной технологии восстановления шеек коленчатого вала, в которой производится как восстановление первоначальных размеров методом напыления и последующей шлифовки, так и упрочнение поверхностного слоя гидродробеструйной обработки, результатом чего является улучшение эксплуатационных характеристик восстановленной детали..
«По теме диссертационного исследования опубликована 1 научная работа, общим объемом 0,6 печ.л.» [13]
В первой главе магистерской диссертации рассматриваются теоретические вопросы, посвященные процессу восстановления коленчатого вала двигателя. Рассматриваются основные характеристики конструкции и виды износа, определяются возможные методы восстановления геометрии и производится их сравнительный анализ..
Вторая глава рассматривает влияние гидродробеструйной обработки на качество поверхности коленчатого вала. Производится исследование процесса гидробробеструйной обработки, в соответствии с экспериментами, проводимыми в рамках диссертационного исследования . Представлены математические модели производимых экспериментальных исследований. Разработан технологический процесс восстановления коленчатого вала автомобиля, в котором была применена гидродоробеструйная обработка, как часть технологического процесса восстановления геометрии
В третьей главе магистерской диссертации производится оценка экономической эффективности предлагаемых мероприятий. Производится оценка предлагаемой в работе технологии восстановления шеек коленчатого вала, с учетом материальных и трудовых затрат.
В заключении излагаются основные результаты проведенного исследования, даются практические рекомендации.
В рамках диссертационной работы была произведено исследование влияния гидродробеструйной обработки на поверхностное упрочнение шеек коленчатых валов. В практической части диссертации была рассмотрена технология восстановления коленчатого вала автомобиля методом напыления с последующей промежуточной и финишной обработкой поверхности гидродробеструйным методом. Был произведен комплекс работ, в ходе которых был решен ряд задач, поставленных при разработке:
- проведение анализа методик восстановление геометрии шеек коленчатого вала;
- произвести анализ и сформулировн комплекс проблем, характерных для проведения технологических операций подобного рода;
- определены в соответствии с проведенным анализом пути разрешения комплекса проблем в сфере технологии;
- произведена серия экспериментов, в ходе которых установлено влияние режимов гидродробеструйной обработки на поверхностное упрочнение шеек коленчатых валов;
- произведена предварительная оценка эффективности предлагаемых решений в рамках диссертационного исследования.
Решение задач производилось в трех главах диссертационной работы.
В первой главе магистерской диссертации были рассмотрены теоретические вопросы, посвященные вопросам проведения восстановления коленчатых валов автомобилей. В частности, рассматривалась технология напыления металла на изношенные шейки коленчатых валов, как наиболее часто используемая в условиях современного производства и соответствующая текущему уровню развития техники и технологии. Также в главе был произведен анализ проблем проведения технологической операции восстановления коленчатого вала, среди которых автором были выделены ключевые.
Во второй главе были рассмотрены основы проведения гидродробеструйной обработки поверхности. В главе был раскрыт комплекс вопросов, посвященных сути процесса. Также в главе приводятся результаты экспериментов по исследованию влияния гидродробеструйной обработки на качество поверхности. Результат экспериментов представлены в виде математических моделей, описывающих различные параметры, характеризующих качество поверхности.
В третьей главе магистерской диссертации была произведена первичная оценка экономической эффективности предлагаемых мероприятий. Оценка предлагаемых в рамках диссертационного исследования решений носит оценочный характер и не является окончательной, поскольку в процессе реализации технологического процесса в условиях реального производства неизбежно возникновение комплекса сопутствующих работ, которые приведут к изменению капитальных вложений и повлияет на конечные сроки окупаемости.
На основании произведенных работ можно сделать вывод о достижении поставленных целей в рамках диссертационного исследования.
- проведение анализа методик восстановление геометрии шеек коленчатого вала;
- произвести анализ и сформулировн комплекс проблем, характерных для проведения технологических операций подобного рода;
- определены в соответствии с проведенным анализом пути разрешения комплекса проблем в сфере технологии;
- произведена серия экспериментов, в ходе которых установлено влияние режимов гидродробеструйной обработки на поверхностное упрочнение шеек коленчатых валов;
- произведена предварительная оценка эффективности предлагаемых решений в рамках диссертационного исследования.
Решение задач производилось в трех главах диссертационной работы.
В первой главе магистерской диссертации были рассмотрены теоретические вопросы, посвященные вопросам проведения восстановления коленчатых валов автомобилей. В частности, рассматривалась технология напыления металла на изношенные шейки коленчатых валов, как наиболее часто используемая в условиях современного производства и соответствующая текущему уровню развития техники и технологии. Также в главе был произведен анализ проблем проведения технологической операции восстановления коленчатого вала, среди которых автором были выделены ключевые.
Во второй главе были рассмотрены основы проведения гидродробеструйной обработки поверхности. В главе был раскрыт комплекс вопросов, посвященных сути процесса. Также в главе приводятся результаты экспериментов по исследованию влияния гидродробеструйной обработки на качество поверхности. Результат экспериментов представлены в виде математических моделей, описывающих различные параметры, характеризующих качество поверхности.
В третьей главе магистерской диссертации была произведена первичная оценка экономической эффективности предлагаемых мероприятий. Оценка предлагаемых в рамках диссертационного исследования решений носит оценочный характер и не является окончательной, поскольку в процессе реализации технологического процесса в условиях реального производства неизбежно возникновение комплекса сопутствующих работ, которые приведут к изменению капитальных вложений и повлияет на конечные сроки окупаемости.
На основании произведенных работ можно сделать вывод о достижении поставленных целей в рамках диссертационного исследования.