Ремонт и восстановление блока цилиндров с нижним расположением распределительного вала

 

4.1. Зміцнення поверхневого шару

 

Параметри шорсткості впливають на всі основні експлуатаційні характеристики, які визначають довговічність деталей машин.

Так, зносостійкість, яка визначає здатність поверхонь деталей опиратися руйнуванню при терті ковзання і качіння, а також при мікро переміщеннях, визваних дією вібрації, залежать від характеру та параметрів мікрорельєфу поверхні, особливо таких як висота мікро нерівностей, форма і радіус скруглення їх вершин, напряму слідів обробки, шаржування поверхні і наявність мікротріщин дефектного шару.

Контактна жорсткість, яка характеризує здатність контактуючих поверхонь опиратися дії деформуючих сил, значно залежить від розміру фактичної опорної поверхні, що визначається відносною опорною довжиною профілю, радіусом скруглення вершин, кроком та кутом нахилу бічних сторін мікронерівностей.

Втомлювальна міцність, яка визначає здатність деталей машин опиратися руйнуванню протягом деякого проміжку часу при дії на них знакозмінних і динамічних навантажень, підвищується із зменшенням висот мікронерівностей і збільшенням радіусів скруглення вершин і впадин, а також значною мірою залежить від напрямку слідів обробки і наявності поверхневих тріщин.

Під дією сил різання і пластичного деформування в поверхневому шарі металу оброблюваної деталі відбувається подрібнення і витягування кристалічних зерен у напрямку обробки з утворенням текстури, також викривлення площин ковзання з появою напружень. Викривлення кристалічних грат супроводжується підвищенням твердості і міцності поверхневого шару, зменшенням пластичності і в’язкості.

Ступінь і глибина розповсюдження зміцнення залежать від застосованих методів, режимів і умов обробки, також від геометрії обробного інструменту. Зміна режиму різання або пластичного деформування призводить до зміни сил, які діють на оброблювану поверхню, а підвищення часу цієї дії викликає підвищення ступеня зміцнення, призводить до збільшення глибини його розповсюдження.

Зміцнення поверхневого шару в більшості випадків підвищує стійкість до зношування.

Зміцнення запобігає виникненню субмікроскопічних порушень суцільності металу, породжуючи виникнення і розвиток втомлюваних тріщин, також попереджує ріст вже існуючих у металі тріщин та інших дефектів.

Є декілька варіантів збільшення довговічності блоку циліндрів, серед яких можна виділити:

• Виплавлення всього блоку з додаванням до основного складу металу антифрикційних матеріалів. Великим недостатком такого методу є неоправдана велика вартість матеріалу заготованки.
• Установка втулок виконаних з антифрикційного матеріалу в область контакту корпуса і розподільчого валу на стадії відновлення; що зумовлює значні затрати на технологічне спорядження та впровадження цього способу у виробництво.
• Установка вкладишів біметалевого складу в місцях взаємного контакту поверхонь тертя. Обробити поверхню контакту пружно-пластичним деформуванням

 

Саме цей, останній запропонований метод розглядатиметься далі в науковому розділі дипломного проекту.

 

 

 

 

 

 

 

4.2 Покращення експлуатаційних  властивостей деталей машин способом  пластичного деформування

 

 

Дорнування

Дорнування  є ефективним способом зміцнювальної обробки отворів, що широко застосовується в промисловості. Поширенню області його застосування сприяє висока надійність отримання заданих параметрів оброблюваних отворів, простота експлуатації і гарні експлуатаційні властивості оброблених цим способом поверхонь. Крім цього, освоєння промисловістю технологій виготовлення дорнів, що складаються з твердосплавних кілець, різко підвищило їх стійкість і допустимі границі виконуваної ними пластичної деформації оброблюваних поверхонь.

Дорнування використовується для обробки великих партій деталей. Найбільш частіше ця операція використовується для отримання низької шорсткості поверхні. При вихідній шорсткості Rz=40…6,3 мкм дорнуванням можна знизити шорсткість до Rz=3,2…0,8 мкм, а в окремих випадках  до Rz=0,8…0,2 мкм. Точність після дорнування підвищується до 6-9 квалітету. Дорнуванню підлягають отвори в діапазоні діаметрів від 3 до 120 мм. Необхідно зазначити ефективність дорнування малих отворів, зменшення шорсткості поверхні яких іншими способами викликає велику складність. Дорнуванням оброблюються отвори в звичайних і важкооброблюваних сталях і сплавах, у чугунках і кольорових металах. На мал..4.1 показана схема дорнування циліндра великої довжини. Оброблювальна заготовка 3  встановлюється в стакані 2 і призмі 6. Стакан закріплений в плиті 1 протяжного верстату, а призма - на його станині. Робочий хід дорна 5 відбувається від робочого гідро циліндру стакану при русі поршню з тягою 4 зліва на право.                                                                                              

Мал. 4.1 Схема дорнування отворів

 

Алмазне вигладжування

Алмазне вигладжування є одним з найпростіших способів поверхневого пластичного деформування. Він відрізняється високою продуктивністю і стійкістю інструмента. Вигладжуванням досягається шорсткість                           Ra = 0,32…0,1 мкм і навіть дзеркальний блиск поверхні. Зростає мікротвердість і в поверхневому шарі виникаютьзтиснювача залишкова напруга. Вигладжуванням можна знизити в 2 – 3 рази шорсткість поверхні, досягти більшої структурної однорідності поверхневих прошарків оброблюваного матеріалу. Дуже важливо, що вигладжування змінює сам рельєф вихідної поверхні.

Процес вигладжування проходить при зусиллях від 50 до 350 Н, що дозволяє обробляти тонкостінні і маложорсткі деталі.

Процес вигладжування кінематично аналогічний точінню, тільки замість різцю застосовується алмазний вигладжуватель, який пластично деформуючи тонкий поверхневий прошарок, вирівнює його і зміцнює. Матеріалом робочої області є справжній або синтетичний алмаз, який забезпечує коефіцієнт тертя по не змащеній поверхні приблизним 0,05.

Ефективність зміцнення алмазним вигладжуванням в основному залежить від правильного вибору основних його параметрів.

Вигладжування здійснюється за рахунок пластичного деформування оброблювальної поверхні вигладжувателем під дією зазначеного зусилля. На величину і форму шорсткості вигладженої поверхні впливають: радіус робочої поверхні вигладжувателя, зусилля вигладження, подача, кількість проходів, вихідна шорсткість, властивістю оброблюваного матеріалу. Підвищення продуктивності досягається шляхом суміщення в одному пристосуванні різця для чистової розточки 7 з вигладжувачем 6, який утримується гайкою 3.Зусилля вигигладження здійснюється пружиною 2, яка через важіль 8 і втулки 5 діє на вигладжувач 6. Важільний механізм змонтований у скалці1, що прикріплена до корпусу 4.(мал.4.2).

Мал. 4.2 Комбіноване пристосування для чистового розточки і вигладжування.

Ударно-вібраційні способи зміцнення

За допомогою пневмодробеструйних і дробемітних процесів можна очищувати і зміцнювати деталі практично будь-якої геометричної форми, маломіцні, і при цьому не потрібна конкретна орієнтація їх в просторі.

Недоліками дробемітного зміцнення є нагрів деформованої поверхні через удари твердих частинок, що  летять з великою швидкістю, невелика густина і рівномірність потоку дробі, що відбивається на однорідності і суцільності зміцнення. Гідродробеударне зміцнення відбувається на дробеударних установках ежекторного типу з одно- і багатоканальними форсунками.

Дробеструйне зміцнення дуже зручне для обробки деталей і інструменту складної конфігурації. При цій операції розміри деталей практично не змінюються і зостаються в допустимих значеннях.

 

 

4.3. Способи обкатування, розкатування

Широкі технологічні можливості покращення експлуатаційних качеств деталей і підвищення їх довговічності за рахунок регулювання параметрів мікрорельєфу поверхні і фізико-механічних властивостей поверхневих прошарків  має спосіб вібраційного поверхневого пластичного деформування.

Обкатуванням і розкатуванням обробляються циліндричні зовнішні і внутрішні, наскрізні і глухі, плоскі поверхні, галтелі ступінчатих, колінчатих і шліцевих валів, бокові поверхні черв’яків, зубчатих колес різьбові і інші фасонні поверхні.

Операція виконується за допомогою роликів, кульок або інших деформуючих інструментів, закріплених в пристосуваннях на верстатах. Обкатування застосовується в усіх видах виробництва. У наш час існує значна кількість як універсальних так і спеціальних конструкцій обкатного і розкатного інструменту і пристосувань, при виборі якого велика перевага віддається пристосуванням з робочим елементом у вигляді ролика. Ролики контактують з оброблюваним виробом на більшій площі, а ніж кульки, і тому обкатування проходить з великою подачею. Пристосування з обкатуючими кульками дозволяє створити інтенсивнішу пластичну деформацію при менших зусиллях обкатування. У зв’язку з цим кулькові пристосування можна рекомендувати для умовної обробки при малій жорсткості оброблюваної деталі або при обробці твердих металів.

Для розкатування скрізь них отворів широко використовуються розкатувальні головки(розкатки), представлена на мал.4.3. Корпус 3 розкатувальної головки має хвостовик у вигляді конуса Морзе для встановлення її в шпинделі розточного або свердлильного станках. В передній частині корпуса 3 посаджена стальна закалена втулка 1, по якій катається робочий ролик 4. для забезпечення рівномірної роботи усіх роликів їх діаметри не мають відрізнятися один від одного більш ніж 0,005 мм. Від випадання ролики утримує сепаратор 6, що обертається на втулці 7. У самому сепараторі ролики закріплюються за допомогою двох сухариків 13 і 14. Ці сухарики в сепараторі притиснені кришками 2 і 5. Втулка 1 конусна з кутом 2051’. Регулювання діаметру D здійснюється шляхом осьового переміщення  сепаратора 6 деталями 10,11,12. Осьові зусилля розкатування сприймаються опорним шарикопідшипником 9, закритим кришкою 8. Осі роликів розвернуті на кут 0030’- 0050’ по відношенню до осі розкатування. Цей кут полегшує процес пластичної деформації, забезпечує розкатці само затягування і зменшує знос роликів.

 

 

Мал. 4.3 багатороликова головка для розкатування наскрізних отворів.

Розкатними головками можна обробляти як короткі отвори з радіальною подачею роликів, так і глибокі отвори довжиною до 500 мм. На виробництві зусилля обкатування і розкатування в багатьох випадках підбирають дослідним шляхом, для чого робиться декілька проходів зі ступінчатим підвищенням навантаження на ролик. Для отримання шорсткості Ra = 2,5…1,25 мкм при обробці циліндричними роликами подачі вибираються рівними 0,3В, де В – ширина циліндричного пояска ролика. Із збільшенням швидкості обкатування зменшується час дії деформуючих навантажень. Швидкість обкатування приймається від 0,2 до 2,5 м/с.

Важливим параметром при розкатуванні є натяг, а саме, величина перевищення діаметру розкатування над діаметром отвору в заготовці. Практично величина натягу встановлюється дослідним шляхом  і має бути в діапазоні 0,005 – 0,1 мм для розкаток діаметром 10 – 160 мм. Розкатування дозволяє частково зменшити похибку геометричної форми деталі. Зниження хвилястості і овальності може досягати 10 – 30%. Воно дозволяє зняти з поверхні ряд дефектів, отриманих в процесі виконання попередніх операцій. Обкатуванням досягається підвищення мікротвердості поверхонь деталей  із чугунка і кольорових металів. Майже в 1,5 рази можна підвищити твердість деталей з силуміну і латуні, титанових сплавів – до 20%.

Розглянувши всі основні методи пластичного деформування, для обробки поверхонь контакту корпуса блока циліндра і розподільчого валу можна застосувати останній, метод вібраційного обкатування, так як цей метод є найбільш економічним і простим, а найголовніше – продуктивним.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.4. Пристосування для профілювання

 

Пристосуванням для профілювання  у даному методі пластичного деформування є багатороликова головка, яка представлена на мал.4.3. Для обробки корпусу блока циліндрів найефективнішим буде застосувати спеціальну головку, а саме головку пятиступінчату, кожна ступінь якої буде налагоджена на один розмір, відповідно до оброблюваного отвору в блоці.

Опис головки

Загальна довжина інструменту складає 956 мм, така довжина обумовлена довжиною оброблюваної деталі і характером обробки. На кінці інструмент має Конус Морзе №6 довжиною 218 мм  для закріплення його в шпинделі верстату. На іншому кінці розташовані  текстолітові направляючі довжиною 40 мм. Безпосередня обробка ведеться роликами, для кожного діаметру посадкового місця пристосуванням 6262.20.ДП.11.09. Інструмент налаштований на одночасну обробку п’ятьох отворів.

Діаметри обробки:

D1=48.10+0,01 мм

D2=49.10+0,01 мм

D3=50.10+0,01 мм

D4=51.10+0,01 мм

D5= 51.85+0,01 мм

Шорсткість поверхні роликів Ra=0,32.

					6262.10.ДП.09.04.ПЗ.
Изм	Лист	№ докум	Подпись	Дата
Студент		Мацкевич А.С.			НАУКОВА ЧАСТИНА	Лит			Лист	Листов
Керівник		Кротик І.О.
		.				НУК ім. ад Макарова
Н. контроль
Зав. кафедри		Соловйов С.М.

 

 

					8.090202 5261 07 ПК	Лист
Изм	Лист	№ докум	Подпись	Дата

 

 

					6262.10.ДП.09.04.ПЗ.	Лист
Изм	Лист	№ докум	Подпись	Дата