Разработка сквозной технологии производства головки цилиндра

 

Цельнометаллические прокладки под  головку блока изготовляют из листовых металлов — алюминия, меди или мягкой стали. Алюминиевые прокладки используют, например, на дизеле В-2. Они вырубаются из целого листа под всю головку ряда (блока цилиндров) так, чтобы перекрывался опорный фланец гильзы, который, в случаях использования мокрых гильз, обычно на 0,1— 0,2 мм возвышается над привалочной плоскостью блока цилиндров. Опорный фланец мокрой гильзы В-2 в зоне соприкосновения с прокладкой имеет ряд кольцевых уплотнительных канавок, а по вну­тренней кромке — буртик, предохраняющий алюминиевую прокладку от непосредственного воздействия открытого пламени.

 

Стальные прокладки под головку  блока представляют собой набор  нескольких, определенным образом спакетированных, тонких, относительно мягких листов. Такие  прокладки применяют, в частности, на двухтактных дизелях Ярославского моторного завода.

 

Медные уплотнительные прокладки, изготовленные в виде тонких колец, ставят под чугунные головки цилиндров  двигателей воздушного охлаждения. Алюминиевые  головки в этих двигателях обычно устанавливают без прокладок.

 

Надежность уплотнения головки блока в любом случае зависит от правильной и равномерной ее затяжки при установке на цилиндры. Головку блока следует затягивать только на холодном двигателе в строго определенной последовательности и обязательно динамометрическим ключом, позволяющим контролировать величину приложенного усилия. Затяжку головки обычно начинают со средней ее зоны с постепенным переходом к периферийным зонам. Момент затяжки головок в карбюраторных двигателях жидкостного охлаждения составляет в среднем 7—12 кГ·м (≈70—120 н·м), а в дизелях достигает 20 кГ·м (≈200 н·м). При выборе последовательности и нужного момента затяжки в каждом отдельном случае следует руководствоваться инструкцией завода-изготовителя. Неправильная затяжка головки снижает или вовсе сводит на нет эффективность любых уплотнительных прокладок. Надо следить также за тем, чтобы под гайки шпилек (головки болтов) крепления алюминиевых головок обязательно подкладывались обычные стальные толстые шайбы, иначе гайки будут врезаться в мягкое тело головки и разрушать поверхность ее стенок. Чугунные головки крепят без применения шайб.

 

Головка блока цилиндров относится  к классу корпусных деталей, такие  детали, как правило, изготавливаются  в виде отливок из каких либо сплавов. Для двигателя ЯМЗ-238, головку блока цилиндров отливают из серого и специального чугуна с твердостью HB 183-235

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА  ДЕТАЛИ

 

2.1 Технологическая схема производства детали

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.2 Доменное производство(получение чугуна)

 

Для выплавки железа из руды разработан доменный процесс с получением в  нем чугуна, поступающего затем на выработку стали. Домна — высокая  шахтная печь высотой до 30 м, шириной  более 6 м. Стенки доменной печи выложены из огнеупорного кирпича, а снаружи кладка заключена в стальной кожух толщиной 20—40 мм. Загрузка рудой, коксом, флюсом послойная, причем обычно железорудный материал переводится в сыпучий агломерат. Схема работы доменной печи (рис. 2): в нижней части домны сгорает кокс: С + О2 = СО2. Углекислый газ, поднимаясь, соприкасается с раскаленным коксом и переходит в оксид углерода: СО2 + С = 2СО. Еще выше в шахте оксид углерода взаимодействует с раскаленной рудой: СО + Fе2Oз = 2FеО + СО2 и далее: FеО + СО = Fе + С02. Чугун стекает в нижнюю часть домны. Из домны чугун выпускают через специальное отверстие — летку. Первые капли чугуна образуются при температуре 1250°С и стекают между кусками кокса в горне. Темпе­ратура чугуна в домне равна 1480—1520°С. Содержание углерода в чугуне составляет 4—4,5%.

Флюсы играют роль плавня, способствуя  переводу пустой породы в шлак. Доменный шлак с содержанием в нем CaSiOз  легче чугуна и собирается выше его  с последующим выпуском наружу из другого отверстия домны. Он служит ценным сырьем для производства различных строительных материалов.

Выделяющиеся из домны газы, именуемые  колошниковыми, содержат оксид углерода СО, поэтому как сгорающее топливо  направляются для обогрева каналов  кауперов домны и воздуха в  них, который затем поступает в доменную печь и поддерживает в ней горение кокса. Каупер сложен из огнеупорного кирпича и заключен в железный кожух. Имеет нагреваемую насадку.

 

 

Рисунок-2 Схема работы доменной печи

 

Запущенная в действие доменная печь функционирует непрерывно в течение нескольких лет. Руду, кокс и флюсы периодически добавляют через верхнее отверстие (колошник) печи. Также периодически производится выпуск из нее чугуна и шлака — через каждые 4—6 ч. При этом 99—99,8% железа переходит в чугун и только 0,2—1,0% — в шлак. Кроме углерода в составе чугуна присутствуют элементы кремния, марганца, серы, фосфора и пр. По назначению доменные чугуны разделяют на литейный и передельный. Литейный чугун переплавляют, и из него отливают чугунные изделия. Из передельного чугуна получают сталь. Он составляет около 90% всей выплавки чугуна. В нем содержится повышенное количество углерода, 0,3—1,2% Si, 0,2—1,0% Mn, 0,2—1,0% Р, 0,02—0,07% 5.

 

Современная доменная печь может выплавлять 12000 т чугуна и выдает около 4000 т  шлака, а также до 27000 т колошникового газа в сутки. Кроме процесса, осуществляемого в домне, существует внедоменное производство железа, что относится к более прогрессивному способу. Он заключается в непосредственном получении железа из руды, минуя доменную печь. На производстве получают очень чистое металлическое железо без применения кокса. С этой целью при глубоком обогащении железных руд изготовляют концентраты с высоким содержанием железа (70—71,8%), почти полностью освобожденные от серы и фосфора. Затем действуют твердым или газообразным восстановителем, получая металлизованные окатыши. Если используют твердый восстановитель — углерод (в виде каменного угля), тогда — с обжигом в шахтной печи, трубчатой печи, реторте. Если используют газообразный восстановитель — природный газ, тогда — с конвертированием газа в невысоких шахтных печах или ретортах. Способы металлизации могут быть и иными — в кипящем слое на решетке. Вследствие относительно низкой температуры бездоменного процесса получаемое железо, обычно спеченное в куски, содержит меньше примесей. Чугуны обладают высокими литейными свойствами, малой пластичностью. Они разделяются на белый и серый.

 

Белый чугун (передельный) содержит весь углерод в химически связанном  состоянии в виде карбида железа, именуемого цементитом Fе3С. При нормальной температуре его структура слагается из двух фаз: феррита и цементита. Белым этот чугун называется потому, что в изломе он имеет матово-белый цвет. Белый чугун имеет высокую твер­дость и большую хрупкость, вследствие чего его невозможно обрабатывать режущим инструментом. Его применяют, главным образом, для выплавки стали, а также для получения ковкого чугуна.

 

Серые чугуны содержат углерод в  свободном состоянии в виде графита (100% С); они называются серыми потому, что вследствие наличия в них графита имеют в изломе серый цвет. Содержит С — до 3,8%.

 

По форме графитовых включений  серые чугуны разделяют на обычный  серый с пластинчатым графитом, вермикулярный  серый, высокопрочный и ковкий. По структуре металлической основы разделяют на ферритный, ферритно-перлитный и перлитный.

 

Обычный серый чугун получают медленным  охлаждением жидкого расплава или  аустенита высокоуглеродистых сплавов. В не частицы графита имеют  пластинчатую форму. В зависимости  от механических свойств и назначения серый чугун с пластинчатым графитом разделяют на марки: СЧ-25, СЧ-30, СЧ-35, СЧ-40, СЧ-45 (цифры показывают минимальный предел прочности при растяжении, кгс/мм2).

 

Вермикулярный серый чугун получают путем специальной плавки или  обработки с изменением формы графита на волокнистую, червеобразную (вермикулярную), вследствие чего этот чугун обладает лучшими свойствами по сравнению с обычным серым чугуном.

 

Высокопрочный чугун содержит шаровидный графит (рис. 2, а), получаемый при выплавке с присадкой небольшого количества магния или церия. Благодаря шаровидной форме графита прочность при растяжении и изгибе высокопрочного чугуна значительно выше, чем обычного серого чугуна с пластинчатым графитом.

 

Высокопрочный чугун разделяют  на марки: ВЧ38-17, ВЧ42-12, ВЧ45-5, ВЧ50-2, ВЧ50-7, ВЧ70-2, ВЧ80-2, ВЧ100-2, ВЧ120-2. Буквы ВЧ означают высокопрочный чугун, первые числа за ними – минимальный предел прочности при растяжении (в кгс/мм2), а последующие числа — минимальное относительное удлинение (в %).

 

 

Ковкий чугун содержит хлопьевидный графит (рис. 2, б). Его получают из белого чугуна путем графитизирующего отжига (томления), при котором происходит распад цементита. Хлопьевидный графит имеет почти равноосную компактную форму. Этот чугун разделяют на марки: КЧЗО-6, КЧЗЗ-8, КЧ35-10, КЧ37-12, КЧ45-6, КЧ50-4, КЧ60-3, КЧ63-2. В обозначение марки входят буквы КЧ (ковкий чугун), затем число — минимально допустимый предел прочности при растяжении ( кгс/мм2), второе число — относительное удлинение (%).

 

Свойства серых чугунов зависят от свойств металлической основы, вида и количества графитных включений.

 

Графит имеет низкие показатели механических свойств, и включения  его можно условно рассматривать  как пустоты и трещины. Чем  больше графита, крупнее графитные  включения, тем ниже механические свойства чугуна и особенно прочность при растяжении и изгибе. Прочность при сжатии и твердость чугуна зависят в основ­ном от металлической основы и мало отличаются от сталей.

 

В некоторых случаях графитные  включения полезны благодаря  смазывающему действию графита. Такой чугун легче обрабатывается резанием, чем сталь, стружка становится ломкой, когда резец доходит до графитных включений.

 

Подобно другим железоуглеродным сплавам, чугуны содержат постоянные примеси  кремния, марганца, серы и фосфора в больших количествах, чем в сталях. Эти примеси оказывают значительное влияние на графитизацию, структуру и свойства чугунов.

 

В чугуны часто вводят также медь, алюминий, титан, хром, никель. Эти элементы оказывают влияние на процесс  графитизации. Подобно сталям такие чугуны называют легированными.

 

Серые чугуны применяют при изготовлении опорных элементов для ферм, железобетонных балок и колонн, тюбингов в метро, при производстве многих других строительных конструкций, а также находят  широкое применение в деталях машин, не подвергающихся большим растягивающим напряжениям и ударным нагрузкам.

 

Литейный чугун после выпуска  из доменной печи разливают в чушки  и в холодном виде направляют на машиностроительные заводы, где для  отливки деталей машин его вторично подвергают расплавлению в специальных печах-вагранках.

 

 

 

 

 

3. Вторичное расплавление

 

Вагранка представляет собой шахтную  печь, основой которой является сварной  металлический кожух 1, футерованный изнутри огнеупорным кирпичом 2. Щель между кожухом и футеровкой засыпается сухим кварцевым песком 3. В верхней части вагранки находится загрузочное окно 4. Часть шахты вагранки, расположенная ниже загрузочного окна, футеруется чугунными пустотелыми кирпичами 5, которые предохраняют ее от разрушения при загрузке шихты 7.

 

Загружают вагранку(рис 3) с помощью скипового подъемника или консольного крана. Верхняя часть вагранки заканчивается искрогасителем 6.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 3-Вагранка

 

Для поддержания горения в вагранке через специальные отверстия 8, называемые фурмами, подается воздух (дутье), нагнетаемый вентилятором. Расплавленный чугун по поду 9, расположенному в нижней части шахты, стекает через специальное отверстие и желоб в копильник 10. В начале работы в вагранку загружают слой кокса высотой 500—1500 мм и поджигают его. Этот слой кокса называется холостой колошей. Затем на холостую колошу загружают рабочую коксовую колошу, флюс и первую порцию металлической шихты. После загрузки материалов через фурмы подают воздух, необходимый для горения топлива. В плавильном поясе чугун и шлаки расплавляются и стекают в горн вагранки. Образующиеся газы, поднимаясь вверх, нагревают металлическую шихту и топливо, а затем уходят в трубу. По мере сгорания кокса и плавления чугуна загружаемая в вагранку шихта опускается вниз, а на ее место загружают новые порции шихтовых материалов. В процессе плавки жидкий чугун скапливается в горне вагранки. Шлак всплывает на поверхность чугуна и периодически выпускается через шлаковую летку. Накопившийся чугун сливается через летку по желобу в специальный копильник, а затем в ковш. Производительность вагранок 0,5—30 т чугуна в час.

 

В целях пожарной безопасности и  предохранения от загрязнения окружающей местности вагранки снабжают искрогасителями, которые одновременно являются и пылеуловителями.

 

4. Литье детали

 

Для данной детали выберем литье  по выплавляемым моделям.