Аналіз існуючих методів відновлення шатуна

Характеристика дефектів деталі та складання маршрутів відновлення

При дефектації та сортуванні деталей керуються технічними умовами, які існують у посібниках з капітального ремонту автомобіля.

Технічні умови на дефектування і способи визначення дефектів шатуна двигуна ВАЗ-2108 представлені в таблиці 1.

Таблиця 1

Дефекти шатуна ВАЗ-2108 та способи їх усунення

№ п/п	Можливі дефекти	Спосіб дефектування і вимірювальний інструмент	Розмір, мм	Висновок
Номінальний	Допустимий без ремонту	Допустимо для ремонту
	Зменшення відстані між центрами верхньої і нижньої головок	Штангенциркуль ЩЦ-И-160-0,05 (ГОСТ 166-89)	114+0,05	113,5	—	Вибраковувати при розмірі менше 113,5 мм
	Згин і скручування	Непаралельність осей отворів верхньої і нижньої головок і відхилення від розташування їх в одній площині 0,04 мм на довжині 100 мм.	Правити. Вибраковувати при розмірах, які більші допустимих
	Знос отвору верхньої головки	Індикаторний нутромір НИ 18-50 (ГОСТ 868-82)	21,940	—	21,950	Розвернути до розміру 21,960 мм
	Деформація отвору нижньої головки	Індикаторний нутромір НИ 50-100 (ГОСТ 868-82)	51,330	51,346	>51,346	Фрезерувати торці шатуна і кришки з подальшим розточуванням до номінального розміру. Осталення
	Тріщини шатуна	Візуально	—	—	—	Вибраковувати

У курсовому проекті розробка процесів відновлення деталей здійснюється по маршрутної технології, що сприяє раціональному використанню устаткування, економії енергоресурсів і виключенню зустрічних потоків переміщення деталей по виробничим ділянкам ремонтного підприємства.

Під маршрутної розуміється технологія, складена на комплекс дефектів, а маршрутом називається послідовність виконання технологічних операцій при найкоротшому переміщенні деталі по цехах і ділянках.

При розробці маршрутів відновлення деталей слід керуватися такими принципами:

• поєднання дефектів у кожному маршруті має бути дійсним і базуватися на результатах дослідження закономірностей появи дефектів даної деталі;

• маршрут повинен передбачати технологічну взаємозв'язок поєднанні дефектів зі способами відновлення;

• кількість маршрутів відновлення має бути мінімальним;

• відновлення деталей по маршрутної технології має бути економічно доцільним і враховувати технологічну необхідність і можливість відновлення окремих поверхонь.

Згідно карти дефектації під час капітального ремонту відновлюються лише отвориверхньої та нижньої головки і вигин шатуна. Тому маршрут відновлення деталі один.

1. Обробка деталей під ремонтний розмір

Обробка поверхонь деталі під ремонтний розмір ефективна у випадку, якщо механічна обробка при зміні розміру не приведе до ліквідації термічно обробленого поверхневого шару деталі. Тоді в дорогої деталі з'єднання дефекти поверхні усуваються механічною обробкою до заздалегідь заданого ремонтного розміру (наприклад, шейки колінчатого вала), а іншу (більше просту й менш дорогу деталь) заміняють нової відповідного розміру (вкладиші). У цьому випадку з'єднанню буде повернута первісна посадка (зазор або натяг), але поверхні деталі, що утворять посадку, будуть мати розміри, відмінні від первісних. Застосування вкладишів ремонтного розміру (збільшених на 0,5 мм) дозволить знизити трудомісткість і вартість ремонту при одночасному збереженні якості відремонтованих блоків циліндрів і шатунів.

Ремонтні розміри й допуски на них установлює завод-виготовлювач.

Відновлення деталей під ремонтні розміри характеризується з і доступністю, низькою трудомісткістю (в 1.5...2.0 рази менше, ніж при зварюванні й наплавленні) і високою економічною ефективністю, збереженням

взаємозамінності деталей у межах ремонтного розміру. Недоліки способу - збільшення номенклатури запасних з й ускладнення організації процесів зберігання деталей на складі, комплектування й зборки.

Ремонтний інтервал залежить від величини зношування поверхні Деталі за міжремонтний пробіг автомобіля, припуску на механічну обробку. Значення

ремонтних інтервалів повинні бути Регламентовані відповідними технічними умовами з ремонту.

Відновлення деталей пластичною деформацією.

Відновлення деталей за допомогою пластичної деформації ґрунтується на пластичності й здатності металів і сплавів змінювати під дією певного навантаження свою геометричну форму, не порушуючи цілісність.

Процес деформування металу при відновленні деталей ґрунтується на тих самих законах, що й обробка металів стиском при виготовленні заготовок. Відмінність полягає в тому, що при відновленні оброблюється не заготовка, а готова деталь з конкретними розмірами й формою.

Пластичною деформацією відновлюють деталі, виготовлені з матеріалів, що характеризуються пластичністю в холодному або нагрітому стані. Деталі, виготовлені з непластичних матеріалів, а також із малим запасом міцності, цим способом не відновлюються.

Існує два різновиди обробки деталей стиском: холодний і гарячий. Пластична (залишкова) деформація за холодної обробки відбувається за рахунок внутрішньо кристалічних зсувів металу, які вимагають прикладання великих зовнішніх зусиль. За цього в деформованих шарах металу відбувається зміна фізико-механічних властивостей: пластичність металу зменшується, межа текучості, межа міцності й твердість підвищуються. Такі зміни механічних властивостей і структури металу називають наклепкою (нагартуванням).

Гаряча обробка тиском, як зазначалося вище, проводиться за температур, вищих за температуру рекристалізації. Для сталей вона звичайно становить 1300...1500 К. Однак нагрівання деталей до цих температур призводить до виникнення окалини, зневуглецювання поверхневого шару, жолоблення деталей. Тому, щоб зменшити вплив температури, прагнуть, аби вона була мінімальною, але достатньою для деформації деталей на потрібну величину. Нагрівання деталей до зазначених температур доцільно тільки за значних пластичних деформацій. Для вуглецевих сталей рекомендується інтервал від 600 до 1000 К. Нагрівання до температури 600 К не збільшується, а зменшує пластичність деталей, а нагрівання вище від температури 1000 К призводить до інтенсивного утворення окалини.

Підвищення швидкості деформації в загальному разі призводить до зниження пластичності й збільшення опору деформування. В умовах холодного деформування вплив швидкості деформування незначний, тоді як в умовах гарячого деформування він дуже відчутний.

Підвищення швидкості деформації в загальному разі призводить до зниження пластичності й збільшення опору деформуванню. В умовах холодного деформування вплив швидкості деформування незначний, тоді як в умовах гарячого деформування він дуже відчутний. Треба розрізняти поняття "швидкість деформування й швидкість деформації. Швидкість деформування (м/с; м/хв; мм/хв) - швидкість поступового руху робочого органу машини /наприклад, повзуна преса/, а швидкість деформації (1/с; 1/хв.) - зміна ступеня деформування за одиницю часу.

Швидкість деформації залежить від швидкості деформування, розмірів деформованої деталі і способу деформування. При стиску й розтягу можна вважати, що у результаті пластичної деформації по межах зерен, блоків і біля плешин ковзання спотворюються кристалічні ґратки. Зерна при цьому витягуються в непрямі діючих сил. Усередині зерен відбувається дроблення блоків. За великих ступенів деформації спостерігається переважне орієнтування зерен.

Зміцнення металу внаслідок пластичної деформації називається наклепкою, деформаційним зміцненням або нагартуванням, що підвищує характеристики міцності й зменшує характеристики пластичності. У зв'язку з тим, що пластична деформація спричинює структурно нестійкий стан металу, нагрівання сприяє проходженню процесів, що відбуваються довільно й повертають метал у стійкіший структурний стан.

Таким чином, процес зміни структури внаслідок нагрівання металу після холодної пластичної деформації називається рекристалізацією. Мінімальна температура рекристалізації становить приблизно 0.4 абсолютної температури плавлення.

Пластична деформація за температур, вищих за температуру рекристалізації, відбувається також із утворенням зсувів але метал деталі не отримує зміцнення внаслідок проходження за цих температур процесу рекристалізації. Таким чином, холодною обробкою називається обробка стиском /пластична деформація/ за температури, що нижче від температури процесу рекристалізації, яка спричинює зміцнення /наклепку/.

Гарячою обробкою називається обробка стиском /пластична деформація/ за температури, що вище від температури рекристалізації, за якої метал має структуру без слідів зміцнення. Основними факторами, що визначають процес відновлення відбракованих деталей стиском, є хімічний склад і структура металу, форма, й розміри деталі, величини й характер її спрацювання. Враховуючи перелічені фактори, технолог визначає режими й умови деформування деталі виходячи з умов отримання заданого комплексу експлуатаційних характеристик.

2. Класифікація й види способів відновлення деталей пластичною деформацією. Спосіб відновлення деталей пластичною деформацією використовується в ремонтній практиці у трьох випадках:

- для отримання потрібних розмірів зношених поверхонь деталей;

- виправлення геометричної форми деформованих деталей;

- відновлення певних механічних характеристик матеріалу деталей. Відновлення деталей пластичною деформацією, які тією чи іншою мірою використовуються; на ремонтних підприємствах. Відповідно до наведеної класифікації розглянемо принципові технологічні особливості й галузі застосування кожного виду обробки деталей пластичною деформацією.

Відновлення розмірів поверхонь деталей. Розміри спрацьованих поверхонь відновлюються переміщенням частини матеріалу з неробочих ділянок деталі до спрацьованих поверхонь. Залежно від напряму зовнішньої діючої сили й напряму деформації розрізняють такі різновиди способу: осадка, роздача, обтиск, вдавлювання, накатування, витяжка. Осадка. Даний спосіб застосовується для збільшення зовнішнього діаметра суцільних і внутрішнього діаметра порожнистих деталей, а в окремих випадках при відновленні деталей типу втулок досягають зміни обох діаметрів одночасно. У разі осадки /табл. 6.1/ напрям дії зовнішньої, сили Р перпендикулярний до напряму деформації

Способом осадки можна відновлювати й суцільні деталі, наприклад, штовхані клапанів двигуна /при спрацюванні стержня/, шліцьов ділянки півосей.

Роздача. Процес полягає в збільшенні зовнішніх розмірів порожнистих деталей за рахунок збільшення їх внутрішніх розмірів. Під час роздачі напрям зовнішньої сили, що прикладають, збігається з напрямом деформації.

Відновлення роздачею відбувається в холодному й нагрітому стані деталей.

У разі холодної роздачі відновлювані деталі, що піддаються хіміко- термічній обробці, попередньо піддають відпалу або високотемпературному відпуску. Роздачу виконують спеціальними сталевими або твердосплавними прошивками дорнами. кульками. Після роздачі відновлюють первинну хіміко-термічну обробку й виконують механічну обробку деталей. На ремонтних підприємствах країни й за кордоном холодною роздачею відновлюють поршневі пальці ДВЗ, шипи хрестовин карданних шарнірів, труб рульової колонки.

Обтиск застосовують для відновлення внутрішніх розмірів порожнистих деталей за рахунок зменшення зовнішніх розмірів. При обтиску напрям зовнішньої сили, що прикладають, збігається з напрямом діючої деформації.

Використовують даний спосіб для відновлення порожнистих, як правило, циліндричних деталей, спрацьованих по внутрішньому робочому отвору /наприклад, втулки, гладкі й шліцьові отвори в сошках рульового керування, внутрішня поверхня циліндрів амортизаторів, гільзи циліндрів ДВЗ та ін./.

Розрахунок необхідного зусилля при обтиску визначається аналогічно до розрахунку роздачі. Для відновлення деталей використовують механічний і термопластичний види обтиску.

За механічного обтиску деталей типу втулок попередньо виготовляють спеціальні штампи. Матриця штампа складається з трьох частин: приймальної частини, частини, що обтискує, і частини, що калібрує. Внутрішню поверхню

матриці, щоб зменшити сили тертя, оброблюють до. високого ступеня чистоти. Чим меншою буде величина шорсткості на робочій поверхні матриці. Тим менше потрібне зусилля при обтиску. Діаметри й довжину ділянок матриці, а також уклони при переході від одного діаметра до іншого задають конструктивно, виходячи з розмірів, величини спрацювання й матеріалу відновлюваної деталі.

Відновлення форми деталей. Під час ремонту автомобіля багато деталей бракуються через втрату своєї первинної форми внаслідок деформацій вигину й скручування. Такі деталі відновлюють правкою. Сутність цього способу в тому, що під дією зовнішніх сил відновлюються первинні форми деталей без помітних пластичних деформацій та з незначними викривленнями структури матеріалу в поверхневих шарах деталі. Залежно від величини деформації та фізико-хімічних властивостей матеріалу деталі правлять в гарячому й холодному стані.

Найчастіше використовується холодна правка для пластичного деформування тонкостінних деталей та конструкцій. Під час правки, як і будь-якого іншого виду холодної деформації, відбувається зміцнення металу /наклепка або нагартування/. виникають залишкові напруження. Тому в процесі правки необхідно, прагнути до одержання меншої локальної пластичної деформації, а також до рівномірного розподілу її в металі деталі. Для вирівнювання внутрішніх напружень після правки деталь доцільно піддягти стабілізуючому нагріванню до температури, що Т дорівнює 0.8 Твидп. де - температура відпуску нової деталі. Час витримки при цьому становить 0.5....1 гол. Ефективним методом є правка валів місцевою наклепкою/ Вона ґрунтується на дії залишкових внутрішніх напружень стиску, які виникають під час наклепки. Отак, в процесі наклепки колінчастого валу створювані на окремих ділянках залишкові напруження усувають прогин. Під час наклепки використовують пневматичний молоток із заокругленим бойком. Для відновлення деталей із значними деформаціями застосовується гаряча правка з нагріванням деталі до температури 600...800 °С. Після відновлення деталь підлягає термічній обробці до одержання необхідної структури й механічних властивостей металу. Правка місцевим нагріванням ґрунтується на використанні внутрішніх напружень, які виникають за цього способу.

Після охолодження в матеріалу виникають залишкові напруження роздачі, які сприяють випрямленню деталі. Найефективніший цей метод для правки зварених трубчастих елементів. Наклепкою найчастіше правлять вали, що мають шпонковий паз по всій довжині, якщо такий вал вигнутий до шпонкового пазу, то його найпростіше виправити наклепуванням дна шпонкового паза в найугнутішій точці. Наклепку проводять нанесенням легких ударів молотком по загартованій пластині, яку поступово переміщують по дну паза. Так само правлять листові деталі. Удари молотком наносять не по опуклих місцях деталі. розміщеної на чавуновій або сталевій плиті, а по сусідніх з ними ділянках, до того ж їх треба наносити від.краю листа у напрямі до опуклостей, кожну з яких обводять попередньо крейдою. У міру наближення до опуклості удари мають наноситися все частіше й слабкіше.

Найбільше поширення - серед способів поверхневого зміцнення відновлюваних деталей отримало пластичне поверхневе деформування. Що ґрунтується на механічних методах холодного зміцнення матеріалу: дробоструминна обробка, обкатка кульками, /роликами/, вібробкатка. поверхневе дернування й вигладжування.

Способи механічного ППД деталей мають такі переваги: мала трудомісткість, простота технології /не потрібні значні затрати на обладнання й оснастку/, можливість зміцнення деталей будь-якої форми й розмірів, можливість варіювання глибини зміцнення. Наклепка підвищує твердість поверхневого шару матеріалу й створює в ньому сприятливі стискуючі залишкові напруження. Завдяки ППД підвищується міцність не втомленість деталей та їх стійкість проти спрацювання.

Дробоструминна обробка. Забезпечує неглибоку пластичну деформацію 70.5.....0.8 мм/ при співударянні сталевого або чавунного, дробу із зміцнюваною поверхнею деталі. Після дробоструминної обробки поверхня деталі набуває деякої шорсткості й подальшій обробці не підлягає.

Режими обробки визначаються швидкістю подачі дробу /30....90 м/с/, витратою дробу в одиницю часу й експозицією / часом обробки поверхні/.

Режими обробки визначаються для кожної деталі експериментально. При закінчення обробки роблять висновок за наявністю рівномірно розподілених по всій поверхні слідів вм'ятин. При обробці більшості автомобільних деталей експозиція становить 0.5.....2.0 хв.

Обробка кульками /роликами/. Використовують для збільшення поверхневої твердості шийок валів поверхні отворів, підвищення міцності на втомленість валів, пружності пружин.

У ремонтному виробництві знайшли широке використання суміщені методи обробки відновлюваних поверхонь, деталей: нанесення спрацьованих шару металу /наплавлення, залізнення/, розточування й розкатування. розточування й калібрування. Схеми процесів обробкою кульками /роликами/ зображені.

Основними дефектами шатунів є: вигин і скручування, зменшення відстані між осями голівок, зношування торців кривошипної голівки, зношування й деформація отворів кривошипної й поршневої голівок, зношування опорних площадок кришки під болти, ушкодження різьблення болтів гайок, зрушення металу на поверхні отвору кривошипної голівки й тріщини різного характеру.

Частота появи зазначених дефектів неоднакова: із загального числа деталей, що надійшли на дефектацію, зношування внутрішньої поверхні верхньої голівки становить 5%. нижньої голівки-30%. втулки верхньої голівки -100% й опорних поверхонь кришки під гайки шатунних болтів-15%.

Характеристики шатунів і припустимі без ремонту розміри їхніх робочих поверхонь приводяться в технічних умовах на капітальний ремонт автомобілів.

Перед виміром діаметра отвору кривошипної голівки з метою виключення зсуву кришки щодо шатуна по площині рознімання зборку можна проводити на спеціальному розтискному оправленні. Попередньо зібраний шатун установлюють на оправлення, розтискають її й затягують гайки динамометричним ключем до номінального моменту. Потім шатун знімають із

оправлення й вимірюють діаметр отвору кривошипної голівки в трьох напрямках і двох поясах за ДСТ 14846-81. При діаметрі отвору, а також овальності й конусоподібне більше припустимого шатун направляють по маршруту, що має операції відновлення геометричних розмірів. При вимірі отвору кривошипної голівки для зборки кришки шатуном необхідно застосовувати тільки динамометричний ключ із дотриманням установленого для кожного двигуна моменту затягування.

Після дефектації шатуни, помічені фарбою відповідного маршруту комплектуються в групи і відправляються на ДІЛЯНКУ відновлення деталей.

Шатуни, що мають тріщини й зрушення металу на поверхні отвору кривошипної голівки, бракуються. Шатуни із прогином або скручуванням, що не піддаються виправленню, також бракуються.

Зношені торцеві поверхні можуть бути відновлені залізненням за

загальноприйнятою технологією або нанесенням порошків типу ПГ-ХН8СР із наступним оплавленням за технологією, розробленої НПО "Казурансавтотехніка".

Зношені й деформовані внутрішні отвори кривошипних голівок відновлюють звичайно залізненням з наступним хонінгуванням. З метою одержання правильної геометрії отвору перед озалізненням отвір розточують. Якщо завод-виготовлювач випускає ремонтні шатунні вкладиші, збільшені по зовнішньому діаметру, то озалізнення отвору шатунної голівки не виробляється. Геометричні параметри поршневих голівок відновлюють під ремонтний розмір втулки. У розточений отвір запресовують бронзову втулку ремонтного розміру за допомогою гідравлічного або пневматичного преса. При цьому необхідно звернути увагу на те. щоб стик втулки був зміщений на 90 °С від площини осей отворів голівок.

При механічній обробці шатунів базою є торцева поверхня кривошипної голівки. При зношуванні цієї поверхні вона повинна бути відновлена. Механічна обробка бази може бути виконана на оправленні установленої, наприклад, у патроні токарського верстата. Обертаючи оправлення із закріпленим на ній шатуном, проточують торцеву поверхню "як чисто". При подальшій механічній обробці (хонінгуванні. розточуванні поршневої голівки й т.д.) використають тільки цю базову поверхню.

Розточування отвору кривошипної голівки виконується на алмазно-розточувальних верстатах 2А78П, 278Н та ін. Режими розточування, що

рекомендують: частота обертання шпинделя верстата 600 об/хв подача 0,1 мм/об. Розточування виробляється за допомогою спеціального пристосування із забезпеченням паралельності осей верхньої й нижньої голівок і заданої міжцентрової відстані. Залежно від ступеня зношування й деформації отвору кривошипної голівки розточування варто робити до діаметра, передбаченого конструкцією шатуна. Шатуни з розточеними отворами доцільно розбивати по групах, що має однаковий діаметр отвору, що необхідно для одержання шаруючи потрібної товщини при залізненні.

Хонінгування отворів кривошипних голівок доцільно проводити у дві стадії: чорнове і чистове. використовуючи при цьому бруски із синтетичних алмазів. Операція виконується на хонінгувальному верстаті, наприклад ЗГ833. при наступних режимах обробки: частота обертання хонінгувальної голівки 30...40 об/хв; швидкість зворотно-поступального руху 8...12 м/хв; тиск брусків на оброблювану поверхню 1,2... 1,5 кгс/см2. При рекомендуємих режимах, що тривалість хонінгування складе 20...30 с., а шорсткість поверхні не перевищить Rа = 0.5 мкм. Перспективним напрямком є застосування автоматичних і напівавтоматичних верстатів для хонінгування із застосуванням активного контролю. Використання таких верстатів у технологічному процесі дозволяють одержати стабільні розміри при високій продуктивності. Кривошипну голівку шатуна іноді відновлюють зняттям металу з опорних поверхонь кришки й стрижня з наступним розточуванням отвору до вихідного розміру зі збереженням міжцентрової відстані: за рахунок неконцентричної обробки втулки верхньої голівки.

Дата добавления: 2015-08-31