Разработка сквозной технологии производства головки цилиндра

 

 

Министерство образования и  науки Российской Федерации

Государственное образовательное  учреждение профессионального образования

«МГТУ им. Г.И.Носова»

 

КАФЕДРА МЕХАНИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ЗАВОДОВ

 

 

 

 

 

 

 

Курсовая работа

«Разработка сквозной технологии производства головки цилиндра»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил студент гр ТСА-09

Зотин А.

                                                                                          Проверил: доцент Зотов С.В.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Г. Магнитогорск 2012

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………………………..2

 

 

1 АНАЛИЗ КОНСТУРКЦИИ ГОЛОВКИ  ЦИЛИДРОВ И УСЛОВИЯ ЕЕ РАБОТЫ……………...4

1.1 Анализ головки цилиндров………………………………………………………………….4

2. Анализ условия работы головки цилиндра………………………………………………...4
3. Выбор материала для изготовления детали………………………………………………..5

2 РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА  ДЕТАЛИ……………………………………8

1. Доменное производство(получение чугуна)…………………………………………….....9
2. Вторичное расплавление………………………………………………………………….....9
3. Литье детали………………………………………………………………………………...12
4. Фрезеровка………………………………………………………………………………….14

3 Определение типа производства головки блока цилиндров двигателя КМ……15

       3.1 Процесс доменного производства…………………………………………………………17

         3.2 Процесс  литья по выплавляемым моделям………………………………………………19

         3.3 Процесс  сллесарно механической обработки……………………………………………20

         3.4 Вывод………………………………………………………………………………………22

4 Разработка требований к технологичности конструкции изделия……………..23

   4.1 Требования технологичности  конструкции литой детали……………………………...24

         4.2 Требования технологичности для слесарно-механической обработки………………..29

         4.3 Требования технологичности для  доменного производства…………………………...31

         4.4 Вывод………………………………………………………………………………………33

5 Новейшие технологии на производстве при литье………………………………34

         5.1 Введение……………………………………………………………………………………34

         5.2 Разработки CSIRO…………………………………………………………………………35

         5.3 Литье под низким давлением……………………………………………………………..36

             5.3.1 Основные преимущества……………………………………………………………..37

             5.3.2 Основные недостатки………………………………………………………………...37

             5.3.3 Область применения………………………………………………………………….37

         5.4 Лидер в производстве отливок методом ЛНД…………………………………………..38

         5.5 Сквозная цепочка проектирования новой литейной технологии……………………...39

         5.6 Сущность новой технологии……………………………………………………………..40

         5.7 Итог………………………………………………………………………………………...40

6 Анализ двух технологий…………………………………………………………..45

         6.1 Преимущества и недостатки литья по выплавляемым моделям……………………….45

         6.2 Преимущества  и недостатки ЛНД………………………………………………………..45

         6.3 Вывод……………………………………………………………………………………….45

 

Заключение..………………………………………………………………………………….46

 

Список используемыъ источниквов……………………………………………………47

 

Приложения…………………………………………………………………………………..48

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

 

В данной работе рассматривается и  анализируется процесс производства и изготовления головки блока  цилиндров.

Целью данной работы является разработка сквозной технологии производства головки цилиндра для двигателя КМЗ-740 (Двигатели КМЗ и силовые агрегаты на базе двигателей КМЗ объемом 11-26 л в рядном (L6) и V-образном (V6, V8, V12) исполнении, в диапазоне мощности 150-800 л.с. устанавливаются на автомобили КАМАЗ,МАЗ, Урал, КрАЗ, автобусы, тракторы и комбайны, специальную технику. КМЗ-740, КМЗ-730,которую  отливают из серого и специального чугуна с твердостью HB 183-235

 

Задача состоит в подробном  изучении технологического производства от добычи руды до конечного продукта в 4 этапа.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 АНАЛИЗ КОНСТУРКЦИИ ГОЛОВКИ ЦИЛИДРОВ И УСЛОВИЯ ЕЕ РАБОТЫ

 

 

1.1 Анализ головки цилиндров

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1 – Головка цилиндра

 

Головки цилиндров (рис. 1) из алюминиевого сплава, отдельные на каждый цилиндр, с вставными седлами и направляющими клапанов, имеют водяные рубашки, сообщающиеся с рубашкой блока. Перепускные отверстия для охлаждающей жидкости и масла между головкой и блоком, а также головка по контуру уплотнены формованными резиновыми кольцами и прокладкой. Головка фиксируется относительно блока двумя штифтами и крепится к нему четырьмя болтами. В расточку на нижней плоскости головки запрессовано уплотнительное стальное кольцо 10(см. рис. 1), которое, деформируя стальную прокладку, образует надежный  газовый стык между головкой и гильзой цилиндра.

 

Впускные и выпускные каналы расположены на противоположных  сторонах головки. Впускной канал имеет  тангенциальный профиль для завихрения воздуха в цилиндре.

 

В головках цилиндров размещены клапанные механизмы и форсунки. Клапанный механизм закрыт алюминиевой крышкой, под которой размещена уплотнительная прокладка.

 

 

2. Анализ условия работы головки цилиндра

 

Головка блока цилиндров двигателя  вместе с цилиндром образует надпоршневую полость, в которой осуществляются все тепловые процессы рабочего цикла. Сложность конструкции головки цилиндров обусловлена множеством функций, которые она выполняет, а также рядом требований, предъявляемых к ней:

 

1)обеспечение формы камеры сгорания, способствующей улучшению процесса сгорания для достижения максимальных значений среднего эффективного давления;

2)достаточная жесткость и прочность;

3)возможность размещения распределительного  вала;

4)плавность переходов и равномерность  толщин стенок для увеличения надежности при действии механических и тепловых нагрузок;

5)обеспечение минимального сопротивления  во впускном и выпускном трактах;

6)обеспечение равномерной циркуляции  охлаждающей жидкости при более  интенсивном охлаждении наиболее  горячих стенок вокруг выпускного канала;

7)возможность размещения впускного  и выпускного патрубков и другого  вспомогательного оборудования.

 

 

3. Выбор материала для изготовления детали

 

Головки (ГБЦ) двигателей автомобильного и тракторного типов изготовляют  из серого или легированного чугуна, но чаще всего из алюминиевых сплавов (для краткости их называют обычно алюминиевыми). В карбюраторных двигателях с воздушным и жидкостным охлаждением предпочтительнее применять алюминиевые головки. Алюминиевые сплавы обладают хорошей теплопроводностью, вследствие чего тепловая напряженность стенок головки бывает сравнительно ниже чугунных. Поэтому алюминиевые головки способствуют уменьшению степени подогрева свежего заряда и позволяют работать с более высокими степенями сжатия на том же топливе без возникновения детонационного сгорания. В результате этого применение алюминиевых головок позволяет улучшать мощностные и экономические показатели двигателей.

 

Чтобы одновременно использовать высокую  теплопроводность алюминия и жаростойкость чугуна в дизелях с воздушным охлаждением, основание головки и патрубки, особенно выпускных каналов, изготовляют иногда из чугуна и заливают их алюминиевым сплавом. По сравнению с чугунными головками это улучшает теплоотвод и уменьшает возможную деформацию головки при ее нагреве и охла­ждении. Однако для головок форсированных дизелей (работающих с большой тепловой напряженностью) рекомендуется применение алюминиевых сплавов.

 

При изготовлении головок из алюминиевых  сплавов обязательно применяются  вставные седла под клапаны. Они изготавливаются из высокопрочного жаростойкого чугуна, имеющего высокий коэффициент линейного расширения , из легированной или среднеуглеро-дистой стали и алюминиевой бронзы.

 

Для плотной и надежной посадки  вставных седел в головку  ее нагревают примерно до 170—200°С, а седла охлаждают иногда до температуры минус 80°С (в сухом льду). После такой сборки седла обвальцовывают еще путем уплотнения вокруг них материала головки. Необходимость этого вызывается тем, что наиболее горячим местом головки является перемычка между гнездами клапанов, нагревающаяся до 230— 260°С, а так как механическая прочность алюминиевых сплавов при нагреве заметно снижается, то плохая посадка вставного седла приводит к потере герметичности и выходу из строя всей головки. В нагретую головку запрессовывают и направляющие втулки для клапанов, которые изготовляют из чугуна, металлокерамики или бронзы. Такие втулки используют и в чугунных головках.

 

Вставки в алюминиевую головку  двигателей воздушного охлаждения делают также для крепления свечи зажигания или форсунки, если последняя имеет резьбовое крепление, т. е. ввертывают непосредственно в тело головки. Такие вставки обычно выполняют в виде простых резьбовых переходных втулок (футорок) и ввертывают в предварительно нагретую головку.

 

Вставные седла под клапаны  применяют и в чугунных головках, но их обычно ставят под выпускные  клапаны, поскольку они работают в более тяжелых условиях (средняя  температура нагрева достигает  у них 800°С). Вставки в этих случаях  изготовляют из жаропрочных материалов.

 

Плоскости стыка головки и блока  цилиндров уплотняют с помощью  стале-асбестовых или цельнометаллических  прокладок, которые ставят сразу  под всю головку. При затяжке  шпилек крепления головки, например, правого блока цилиндров прокладка зажимается между верхней опорной плоскостью правого блока и привалочной пло­скостью его головки.

 

С тале-асбестовые прокладки в настоящее  время применяют в подавляющем  большинстве двигателей автомобильного типа. Их основу составляет огнестойкий  волокнистый минерал — асбест, приготовленный в виде тонкого листа (листовой асбест). Для придания прокладкам необходимой прочности их армируют тонким перфорированным стальным листом или сеткой из стальной проволоки. В последнем случае получают асбостальное полотно, из которого и вырубают прокладки головки блока. Прокладки делают с такими же внутренними и наружными контурами, какие имеются у привалочной плоскости блока цилиндров со сложным рисунком отверстий под камеры сгорания, шпильки крещения соединительные каналы рубашки охлаждения и т. д. Толщина прокладок в рабочем (сжатом) положении составляет примерно 1,5 мм.

 

По контуру камер сгорания и  в местах с тонкими перемычками  между цилиндрами стале-асбестовые и другие армированные прокладки  окантовывают тонким сравнительно мягким стальным листом. Металлическая окантовка улучшает механические свойства прокладок и главное позволяет повышать местную плотность стыка вокруг камеры сгорания, что имеет важное значение для надежного уплотнения цилиндров. Чтобы предохранить прокладку от прогорания, ее окантованную кромку отводят от контура'внутренних стенок камеры сгорания примерно на 1—2 мм. В конструкциях с мокрыми гильзами с этой целью опорный фланец гильзы снабжают иногда специальным буртиком, который защищаетуплотнительную прокладку от воздействия открытого пламени и возможного ее прогорания.

 

Для уменьшения прилипаемости прокладок  к привалочным плоскостям головки  или цилиндров и последующего разрыва их при разборке двигателя  поверхности прокладок обильно  покрывают графитом. Ранее все асбестовые прокладки двигателей вообще пол­ностью облицовывались тонкой листовой латунью (фольгой). В результате получались так называемые медно-асбестовые прокладки, выдерживавшие многократное употребление, но вследствие относительной их сложности и дороговизны в подавляющем большинстве случаев они заменяются теперь сравнительно простыми, дешевыми, хотя и менее надежными, армированными прокладками.