Восстановление коленчатого вала

Восстановление коленчатого вала

Введение

Коренная организационная и техническая реконструкция народного хозяйства обусловила интенсификацию использования строительной, дорожной, коммунальной и автотранспортной техники. В сложившихся условиях развития отечественного дорожно-строительного и автомобильного машиностроения формируется тенденция к увеличению объема ремонтных работ, что в сочетании с замедлением темпов развития системы технического обслуживания и ремонта машин вызывает существенное повышение потерь всех видов ресурсов. В связи с этим широкое применение и совершенствование методов, технологии ремонта и системы ремонтных предприятий исключительно актуально и перспективно в процессе развития народного хозяйства. Для успешного развития дорожно-строительного и автомобильного машиностроения необходима массовая подготовка специалистов различного профиля и разного образовательного уровня, способных организовывать, эффективно руководить производством, овладевать современной технологией и удовлетворять требованиям общества при проведении ремонта машин.

Для достижения этой цели необходимо комплексное проведение мероприятий по следующим направлениям:

организация подготовки квалифицированных рабочих, технического персонала, а также инженерных и научных кадров для ремонтного производства;

разработка теории восстановления машин и проведение исследований, направленных на повышение эффективности ремонта в результате научно обоснованного выбора методов продления долговечности и оптимизации сроков службы машин;

разработка новых технологических методов ремонта машин, использование передового опыта и оказание помощи ремонтным предприятиям в повышении эффективности их работы;

формирование технической культуры в области производства и ремонта машин.

Основы учения о ремонте машин в нашей стране были заложены проф. В.В. Ефремовым. Еще в 1930-х годах под его руководством группой сотрудников МАДИ совместно с работниками НИИАТ впервые были проведены исследования, в результате которых была разработана планово-предупредительная система технического обслуживания и ремонта для первого и второго поколения отечественных автомобилей. Особенностью этой системы являлось то, что техническое обслуживание автомобиля совмещалось с контролем технического состояния его агрегатов и узлов. Работы по техническому обслуживанию предусматривали профилактические цели и должны были способствовать главным образом снижению интенсивности изнашивания деталей и обеспечивать их нормативную долговечность. Ремонт предполагалось выполнять в соответствии с необходимостью. Создание системы технического обслуживания и ремонта, направленной на поддержание автомобилей в работоспособном состоянии в течение всего срока их службы, также предполагало обеспечить высокий технический уровень готовности автомобильного парка и минимальные затраты для его достижения независимо от ведомственной принадлежности.

Выполненные исследования позволили:

сформировать основы теории эффективности ремонтного производства;

дополнить теорию точности механизмов и машин методом определения допустимых отклонений размеров, формы и взаимного положения поверхностей деталей и сборочных единиц при капитальном ремонте машин в зависимости от межремонтного ресурса;

разработать методические и организационные основы управления качеством ремонта автомобилей и дорожных машин на ремонтных предприятиях;

раскрыть основные закономерности образования отдельных дефектов и их комбинаций на деталях;

обосновать стратегии дефектации и установления оптимального числа технологических маршрутов ремонта деталей;

разработать методы оптимизации числа контролируемых параметров при организации операционного и приемочного контроля ремонтируемых деталей,

создать новые технологические процессы ремонта деталей с использованием плазменного напыления, пайки и других технологических методов;

разработать метод обеспечения требуемой точности сборки, узлов, агрегатов при капитальном ремонте автомобилей и дорожных машин, особенностью которого является проведение компенсации погрешностей не по отдельной поверхности, а по детали в целом;

разработать научные основы проектирования технологических процессов ремонта деталей с использованием ЭВМ и обосновать методы оценки их качества;

разработать методы решения задач оптимизации специализации, размещения и мощности не только отдельных, но и системы ремонтных предприятий;

разработать методику проектирования технологических процессов разборки и сборки узлов и агрегатов.

Современные рыночные отношения между производителем и потребителем техники вызвали необходимость формирования новой концепции обеспечения качества ремонта машин в условиях минимума затрат на обеспечение ресурса, запланированного заводом-изготовителем.

Интенсивное поступление в Россию в последние годы импортной дорожно-строительной и автотранспортной техники также вынуждает специалистов пересмотреть ранее сложившиеся подходы к организации и технологии ремонта машин. Новые материалы (синтетические, полимерные, композиционные), постоянно совершенствующееся диагностическое и технологическое оборудование обеспечивают возможности постоянного развития существующих и разработки новых методов контроля состояния и восстановления работоспособности машин.

Целью данной работы является совершенствование технологического процесса ремонта шеек коленчатых валов с использованием метода газопламенного напыления. В связи с целью были поставлены следующие задачи:

выполнить анализ существующих методов ремонта коленчатых валов,

исследовать условия работы и виды износа коленчатых валов,

выбрать оборудование для ремонта,

разработать технологический процесс ремонта,

подобрать материалы для ремонта,

выполнить расчет затрат на ремонт,

рассмотреть вопросы техники безопасности при проведении ремонтных работ,

рассмотреть экологическую безопасность проекта,

на основе технико-экономического расчета показать эффективность восстановления шеек коленчатых валов методом газопламенного напыления в сравнении с широко применяемым способом наплавки шеек валов.

1. Основная часть

.1 Назначение и условия работы изделия

Коленчатый вал воспринимает усилия, передаваемые шатунами от поршней, и преобразует их в крутящий момент, который через маховик передается агрегатам трансмиссии автомобиля.

Коленчатый вал имеет следующие части (рисунок 1.1): коренные и шатунные шейки, щеки, противовесы, передний конец и задний конец (хвостовик) с маслоотражателем, маслосгонной резьбой и фланцем для крепления маховика. Шатунные шейки служат для соединения коленчатого вала с шатунами. Коренные шейки вала входят в подшипники, установленные в блоке цилиндра. Щеки соединяют коренные и шатунные шейки вала, образуя колена или кривошипы. Противовесы, расположенные на коленчатом валу, воспринимают центробежные силы инерции и создаваемые ими моменты.

Форма коленчатого вала зависит от числа и расположения цилиндров, порядка работы и тактности двигателя. На большинстве автомобильных двигателей применяют полноопорные коленчатые валы, т.е. каждое шатунная шейка расположена между двумя коренными. Таким образом, полноопорный вал имеет коренных шеек на одну больше, чем шатунных. Коленчатые валы изготовляют горячей штамповкой из легированной стали или отливают из высокопрочного чугуна вместе с противовесами или без них. Шатунные шейки коленчатого вала располагают так, чтобы одноименные такты (например, такты расширения) в разных цилиндрах двигателя происходили через равные промежутки (по углу поворота коленчатого вала), а силы инерции, возникающие в цилиндрах, взаимно уравновешивались.

Рисунок 1.1 - Коленчатый вал с маховиком: 1 - шатунная шейка, 2 - щека, 3 - коренная шейка, 4-маховик, 5 - зубчатый венец, 6 - шарикоподшипник, 7 - упорное полукольцо, 8-верхний вкладыш коренного подшипника, 9 - шестерня привода масляного насоса, 10 - шестерня привода механизма газораспределения и других механизмов двигателя, 11 - маслоотражатель, 12-шпонка, 13 - храповик, 14 - шкив привода вентилятора, 15 - пробка, 16 - полость в шатунной шейке, 17- нижний вкладыш коренного подшипника

Если расположение колен коленчатого вала не обеспечивает взаимного уравновешивания сил инерции и создаваемых ими моментов, то на таких коленчатых валах устанавливают противовесы или оборудуют двигатели специальными уравновешивающими механизмами.

Для повышения износостойкости и долговечности шатунных и коренных шеек их закаливают с нагревом токами высокой частоты, после чего шлифуют и полируют. Переход от шеек к щекам, называемый галтелью, делают плавным, чтобы избежать концентрации напряжения и возможных поломок коленчатого вала. Для повышения жесткости и надежности коленчатых валов применяют перекрытие шеек.

В шатунных шейках коленчатых валов большинства двигателей имеются грязеуловительные полости для дополнительной центробежной очистки масла. В качестве коренных подшипников коленчатого вала применяют тонкостенные вкладыши. Их назначение - уменьшить трение между шейками коленчатого вала и соответствующими опорами и тем самым снизить скорость изнашивания трущихся поверхностей. Вкладыши изготовляют из сталеалюминиевой ленты.

У коренных вкладышей толщина стенки мала (1,9 - 2,8 мм - для карбюраторных двигателей и 3 - 6 мм - для дизелей), поэтому после их установки на место форма внутреннего отверстия подшипника зависит только от точности растачивания гнезда. В карбюраторных двигателях не применяют коренные трехслойные (стальная лента, медно-никелевый подслой и слой антифрикционного сплава) вкладыши вследствие низкого предела выносливости антифрикционного слоя, а используют двухслойные вкладыши, хорошо работающие в двигателях с большой частотой вращения коленчатого вала и значительными нагрузками.

Широкое использование высокооловянистых сталеалюминиевых вкладышей вызвано тем, что они обладают повышенным сопротивлением усталости, хорошими противозадирными свойствами и коррозионной стойкостью, что увеличивает надежность двигателя.

Вследствие работы сцепления и косозубых зубчатых колес механизма газораспределения возникают силы, стремящиеся сдвинуть коленчатый вал вдоль оси. Особенно большие силы возникают в момент выключения сцепления. Поэтому один из коренных подшипников коленчатого вала делают упорным, воспринимающим осевые нагрузки и удерживающим вал от смещения.

Коленчатый вал удерживается от осевого смещения двумя стальными неподвижными шайбами, установленными с обеих сторон первого коренного подшипника. Переднюю шайбу удерживает от вращения штифты, один из которых запрессован в блок цилиндров, а другой в крышку коренного подшипника. Задняя шайба имеет прямоугольный выступ, входящий в паз крышки. Плоскостью, залитой баббитом, шайба обращена к шлифованному поясу щеки коленчатого вала, а шайба - к упорной стальной шайбе, установленной на шпонке между торцом передней коренной шейки коленчатого вала и распределительным зубчатым колесом.

На переднем конце коленчатого вала, кроме зубчатого колеса, расположены маслоотражатель, ступица шкива привода водяного насоса, вентилятора и генератора. В торец коленчатого вала ввернут храповик, служащий для пуска двигателя при помощи пусковой рукоятки и удерживающий от смещения детали, установленные на конце вала. Передний конец коленчатого вала уплотнен самоподжимным резиновым сальником, расположенным в крышке блока распределительных зубчатых колес, и маслоотражателем. Масло не может попасть на сальник, так как он защищен специальным корпусом с отогнутыми краями. На ступице шкива напрессован пылеотражатель, защищающий сальник от пыли и песка. Уплотнение заднего конца коленчатого вала состоит из сальника, маслосгонной резьбы и маслоотражательного гребня. Маслосгонная резьба или накатка нарезана в направлении, обратном вращению коленчатого вала. Это способствует отводу масла в поддон. Сальник представляет собой асбестовый шнур, пропитанный антифрикционным составом и покрытый графитом. Сальник состоит из двух половин, помещенных в канавки блока цилиндров и держатель сальника, привернутый к блоку. В задний торец коленчатого вала запрессован шарикоподшипник вала сцепления. Фланец, отштампованный как одно целое с коленчатым валом, служит для крепления маховика болтами, изготовленными из высококачественной стали.

Условия работы коленчатых валов: коленчатый вал испытывает большие знакопеременные нагрузки и испытывают три вида нагружения: односторонний изгиб, переменный изгиб и переменный изгиб с кручением. Галтели имеют различные концентраторы напряжений.

Данный коленчатый вал от четырехтактного двухцилиндрового пускового двигателя П23У изготовлен из стали 45Г2. Имеет две коренные шейки: передняя диаметром 50мм, а задняя - 55мм и две шатунные шейки диаметром 50мм, т.е. неполноопорный. На носке вала выполнен шип для крепления распределительной шестерни при помощи сегментальной шпонки, а в заднем конце - шип для крепления маховика с резьбой также при помощи сегментальной шпонки и пазы для установки сальников, маслоотражателей и пылеотражателя.

1.2 Виды износа изделия

Исследования показали, что коленчатые валы в процессе работы подвергаются действию переменных нагрузок и испытывают четыре вида нагружения: односторонний изгиб, переменный изгиб и переменный изгиб с кручением. Галтели имеют различные концентраторы напряжения.

Все подвижные соединения на коленчатом валу (вал - шатун, вал - картер двигателя) выполненные с использованием подшипников скольжения. Роль подшипников выполняют тонкостенные алюминиевые вкладыши.

Смазка подшипников комбинированная: коренные - под давлением, шатунные - разбрызгиванием.

Коренные и шатунные шейки коленчатых валов, а так же галтели подвергаются контактному изнашиванию.

Интенсивность нарастания износа деталей и изменение зазоров подвижных сопряжений в зависимости от продолжительности работы происходят в определённой закономерности.

Первый период характеризуется интенсивным нарастанием износа за сравнительно малый период работы - это время приработки деталей. Износ в этот период во многом зависит от шероховатости рабочей поверхности, а также с увеличением нагрузки в начальный период работы износ деталей значительно повышается.

Второй период, наибольший по протяжённости, соответствует нормальной работе деталей и сопряжений. За время нормальной эксплуатации износ деталей увеличивается на сравнительно небольшую величину, часто называемую соответственным износом. Интенсивность изнашивания при этом во многом зависит от своевременности и качества проводимого технического обслуживания.

Третий период характеризуется интенсивным нарастанием износа деталей вследствие увеличивающихся зазоров в сопряжениях. Работа сопряжений с износами, превышающими допустимые значения, как правило, характеризуется нарушением условий смазки, сопровождается перегревом деталей, появлением шумов и стуков и часто заканчивающимся аварийным разрушением. Такие износы называются предельными. Детали, имеющие предельные износы, к работе не допускаются и являются потенциальными предметами восстановления.

1.3 Анализ вариантов восстановления изделия

Восстановление шеек коленчатых валов до номинальных размеров возможно в результате применения методов наплавки и напыления, но существуют и другие методы.

Технологические процессы восстановления стальных валов наплавкой можно условно разделить на наплавку с последующей термообработкой и наплавку под легированным флюсом без последующей термообработки.

К первой группе необходимо отнести технологический процесс, который был разработан в Саратовском политехническом институте. Этот процесс заключается в наплавке шеек валов проволокой Нп - ЗОХГСА под флюсом АН - 15 с последующей нормализацией, токарной обработкой, закалкой шеек током высокой частоты, шлифованием и полированием. Восстановленные такой технологией валы имеют предел усталостной прочности такой же, как и у предельно изношенных.

Существуют другие способы.

предварительно подогревают весь вал, или шейки до температуры 300-450°С, наплавляют шейки проволокой Нп -ЗОХГСА под флюсом АН - 348А с последующим отпуском, закалкой токами высокой частоты, низкотемпературным отпуском и механической обработкой (это технология Ярославского моторного завода, применяется для двигателей ЯМЗ - 240 и Алтайского моторостроительного производственного объединения - для двигателей А - 41, А - 01М);

наплавку высокоуглеродистой пружинной проволокой второго класса (ПК - 2) под флюсом АН - 348А с последующей механической обработкой, высокотемпературным отпуском, закалкой токами высокой частоты, шлифованием и полированием (технология Казанского научного исследовательского института автомобильного транспорта);

наплавку шеек электродной проволокой Св - 08 под флюсом АН - 348А с последующим газовым азотированием при температуре 570°С+10°С с временем выдержки 12 часов и полированием шеек (технология КТБ «Авторемонт» применяются для валов двигателей ЗИЛ-130 и ГАЗ-51).

Ко второй группе технологических процессов относят восстановление деталей по следующим схемам:

наплавка цилиндрической части шейки проволокой Нп - 30ХГСА под смесью флюсов АН-348А(20%) и АНК-118(80%) с предварительным подогревом вала до температуры 200-220°С с последующим черновым шлифованием, подрезкой галтелей, ручной и чистовой обработкой (технология ВЕЛО «Ремдеталь» и ГОСНИТИ);

наплавка высокоуглеродистой пружинной проволокой второго класса под флюсом АН-348А с добавкой феррохрома, графита и жидкого стекла

(технология НИИЛТ);

широкослойная наплавка шеек вдоль образующей колеблющимся электродом без заплавки галтелей проволокой Нп - 30ХГСА под смесью флюсов АНК-18 (70-80%) и Ан-60 (20-30%) (технология ЧИМ ЭСХ);

наплавка шеек производится проволокой ПП-АН-122 под флюсом АН-348 с последующей электроконтактной обработкой наплавленных поверхностей вместо шлифования (технология Пермского СХИ);

наплавка с предварительным подогревом до 200°С проволокой Нп - 70 под флюсом АН-348А легированным феррохромом и феррованадием (технология Оренбургского СХИ).

Одной из основных проблем, возникающих при наплавке чугунных валов, является их деформация, то есть укорачивание на 2,8-3,2 мм. В некоторых случаях восстановленные валы из-за значительного укорочения нельзя устанавливать в блок цилиндров.

Эффективным средством устранения деформации валов является их жёсткое крепление в процессе наплавки и термообработки - медленным нагревом деталей вместе с печью в течении 3 часов до температуры 680°С, выдержка при этой же температуре в течении 3 часов и охлаждение вместе с печью до температуры 350°С, затем на воздухе.

При применении для восстановления шеек коленчатого вала (чугунного) способа П (порошковой проволокой ПП-АН-122 в два слоя) и ШТ (широкослойной проволокой -0,8 с ферромагнитной щеткой, с последующим высокотемпературным отпуском) линейные деформации деталей после наплавки, незначительны, а запас усталостной прочности больше единицы. Поскольку применение метода ШТ связанно с дополнительными затратами на термическую обработку, предприятиям можно рекомендовать комбинированный способ восстановления шеек чугунных коленчатых валов: коренные шейки наплавляются методом ШТ, шатунным методом П, или М (проволокой Св-08 под слоем легированного флюса по металлической обработке).

Курским политехническим институтом и ИЭС имени Е.О. Патона разработан процесс многоэлектродной наплавки коленчатых валов под слоем флюса в раздельные сварочные ванны. При этом на поверхность шейки за один оборот одновременно наплавляется без перекрытия параллельные кольцевые валики, число которых зависит от длины шейки и ограничивается мощностью источника тока. При следующей обработке детали включают второй подающий механизм и вторая группа из валиков заплавляет промежутки между первыми.

Используя электродную проволоку различных составов, применяя многоэлектронную наплавку, получают разнородный наплавленный слой. Так, всю поверхность шейки можно наплавлять электродами, обеспечивающими высокую твёрдость, а галтели - электродами, создающими достаточную пластичность металла.

1.4 Анализ методов восстановления валов напылением

В настоящее время коленчатые валы восстанавливают установкой полувтулок, напылением металла и применением металлических порошков. Электролитическое осаждение покрытий на изношенные шейки валов требует больших затрат времени, вызывает снижение усталостной прочности, поэтому практически не находит применение в производстве. Установка полувтулок на изношенные шейки валов производится на Уссурийском авторемонтном заводе.

Среди различных способов напыления наибольший интерес представляет напыление шеек смесью алюминия, при котором усталостная прочность восстановленных деталей из-за невысокого температурного воздействия на структуру основного металла не снижается. Обработка оксидных покрытий производится алмазной полированной лентой, разработанной ИСМ АН СССР.

Газопламенное напыление порошков осуществляется холодным способом, то есть без последующего оплавления. При этом наносят подслой из порошка ПТ-НА-01, а затем основной слой, например порошком ПТ-АН-01. Подслой наносят на шейки по порядку их следования, а основной слой напыляют после нанесения подслоя.

На рисунке 1.2 показана камера для напыления коленчатого вала, на рисунке 1.3 - процесс газопламенного напыления коленчатого вала. На рисунке 1.5 показан общий вид установки для восстановления коленчатого вала.

Рисунок 1.2 - Камера для напыления коленчатого вала

Рисунок 1.3 - Процесс газопламенного напыления коленчатого вала

Рисунок 1.4 - Общий вид установки для восстановления коленчатого вала способом газопламенного напыления

Припекание металлических порошков к шейкам вала осуществляется по технологическим процессам, разработанным в ЧИМЭСХе. Первая технология основана на контактном припекании металлического порошка.

Применяются такие технологии в режиме спекания. Она включает операции напыления «сырого» порошкового слоя путём напрессования под давлением 420-450 МПа и припекания в печи в среде водорода в течение 20 минут при температуре 1100-1180С. После этого валы подвергают нормализации и шлифованию. В качестве исходной шихты используют смесь, содержащую чугунную стружку (3,9% углерода), 40% железного порошка ПЖ2М и СНГН-55 (контртело бронзовый вкладыш), или смесь, состоящую из 65% омеднённых гранул ТН-20 и 35% бронзы БРОСУ-5-5-5 (контртело-легированный чугун).

Фирма «Реге» (Германия) восстанавливает шейки коленчатых валов наплавкой под слоем флюса с предварительным подогревом вала до температуры 2 5 ОС и местным подогревом шеек ацетиленокислородным пламенем непосредственно перед наплавкой. Наплавку центральной части шейки производят высоколегированной проволокой 2050, а галтелей -высоколегированной проволокой 2025. Флюс для наплавки представляет собой смесь порошка «А» и гранул «В» (А-38,5% SiO2, 18,1% AL2O3, 2% СаО, 10,9% CuFe, 0,57% MgO; B-29,6%SiO2, 13,2% AL2O3, 1,1% CaO, 4,46% CaF2, 15,1% MgO).

1.5 Обоснование выбора технологического процесса восстановления

Наряду с достоинствами различные технологии имеют свои недостатки:

высокие остаточные напряжения.

наличие глубоко проникающей зоны термического влияния

высокий уровень тепловложений;

изменение механических свойств основного металла;

невозможность повторного восстановления после наплавки;

возможность наплавки только крупных коленчатых валов;

изменение геометрических размеров валов после наплавки;

вследствие большого припуска на обработку в течение наплавки резко уменьшается относительный ресурс работы шлифовального круга.

Газопламенное напыление не обладает вышеназванными недостатками, что является одним из главных его достоинств.

Фирма «Кастолин» (Швейцария) для восстановления валов применяют различные способы газопламенного и плазменного напыления. Газопламенное напыление шеек проводят в два этапа: сначала напыляют подслой порошка толщиной 0,3 мм, а затем основного материала. Плазменное напыление производится порошками серии «Проксон» (21031, 21032), порошком молибдена (18683), или металлокерамическими порошками.

1.6 Использование процесса напыления

Напыление позволяет существенно повысить жаростойкость, износостойкость, коррозионную и эрозионную стойкость различных деталей машин и инструмента. Однако напыление покрытий имеет ряд особенностей, которые ограничивают область его применения.

Низкая прочность сцепления напыленного покрытия с основой не позволяет восстанавливать и упрочнять детали, работающие в условиях ударных нагрузок. С увеличением толщины напыленного слоя свыше 1,0 мм прочность сцепления снижается поэтому наиболее целесообразно применять покрытия для восстановления деталей с износом до 0,8 мм. С другой стороны, напыление не вызывает значительного разогрева напыляемой детали и не приводит к деформации, структурным превращениям металла основы, снижении усталостной прочности и т. д. С помощью напыления можно наносить покрытия из материалов, которые доступнее всего производить в виде порошка.

Напыление используется для восстановления осадочных мест трансмиссионных валов деформация и снижение усталостной прочности которых не допускаются. Напыление также предпочтительнее при восстановлении чугунных деталей, которые при наплавке склонны к образованию трещин.

Специфическая структура напыления покрытий и их пористость улучшают работоспособностью узлов в условиях трения скольжения со смазкой. Баббитовый подшипник в паре с напыленным покрытием после прекращения подачи масла работал без «заедания» более 190 часов, ч то время как в паре с закаленнай сталью задиры появлялись после двух часов работы без смазки.

В качестве износостойких покрытий используют углеродистую и легированную стали, молибден, самофлюсующиеся сплавы типа «колмоной», оксиды алюминия и хрома. Наибольшей износостойкостью и условиях абразивного трения при низком давлении обладает покрытие из карбида вольфрама с кобальтом. Оно в 2 раза превышает износостойкость покрытия из диоксида алюминия и оксида титана. Последнему несколько уступает износостойкость покрытия из молибдена, но оно в условиях трения превышает износостойкость инструментальной стали с твердостью HRC 63. Молибденовое покрытие, взаимодействуя с серой и смазочного масла, образует дисульфид молибдена, который выполняет роль смазки и значительно повышает износостойкость покрытия. В 2 раза меньшей износостойкостью, чем покрытие из диоксида алюминия, обладает покрытие типа «колмоной», но оно превышает износостойкость отожженной стали 45 в 3 раза.

Для повышения жаростойкости используют напыление вольфрама, молибдена, сплавов на никелевой и кобальтовой основах, оксиды различных металлов. Оксиды также используются в качестве тепло- и электроизоляционных покрытий. Алюминиевые и цинковые покрытия используются для защиты черных металлов от коррозии.

Напыление производят на распределительные валы, валы различных насосов, поршни, поршневые кольца и цилиндры, выхлопные клапаны двигателей внутреннего сгорания. Эффективно его применение для упрочнения лопаток турбин и дымососов, лопастей вентиляторов, деталей воздуходувок. Напылением упрочняются шнеки питателей, деталей ковшей и черпаков, матрицы, пуансоны и другие элементы штампов и пресс-форм.

1.7 Выбор необходимого оборудования, технологической оснастки

Газопламенное напыление проволоками осуществляется на аппаратах серии МГИ-2. Аппарат МГИ-2 - ручного типа. Привод механизма подачи проволоки осуществляется с помощью встроенной в корпус аппарата воздушной турбинки, которая снабжена центробежным регулятором числа оборотов. Аппарат МГИ-4 выпускается в 2-х исполнениях: МГИ-4А - для работы на ацетиленокислородной смеси и МГИ-4П - для работы на пропанобутанокислородной смеси. Проволока диаметром 1,5-2,5 мм подается со скоростью 1,0-7,5 м/мин. Установка МГИ-5 имеет программное управление, что делает ее предпочтительной в условиях серийного и массового производства. Привод механизма подачи проволоки осуществляется от электродвигателя, а поджигание горючей смеси - от автомобильной свечи.

Для порошкового газопламенного напыления разработаны горелки типа ГН (ГН-1, ГН-2, ГН-3, ГН-4) и ГАЛ-6. Кроме горелок выпускаются установки и наплавочные станки. Установка УГШ-8 состоит из бачка-питателя и распылительного пистолета. Установка 011-1-09 ВНПО «Ремдеталь» имеет вращатель для напыления валов диаметром до 190 мм и длиной до 800 мм. Станок ОКС-11233, ГОСНИТИ предназначен для напыления тел вращения самофлюсующимися порошками и поставляется в комплекте с оплавляющим станком ОКС-11235. Установка УГПТ ВНИИ АВТОГЕНМАШ предназначена для ручного напыления широкой номенклатуры деталей самофлюсующимися сплавами. Установка УПН-6 предназначена для напыления покрытий из органических полимеров (полиэтилена и др.)

Установки для плазменного напыления состоят из источника питания, плазмотронов и вспомогательной аппаратуры. Серийно выпускаются установки двух типов: УПУ и УМП.

Установка УПУ-ЗМ имеет следующие характеристики:

плазмообразующие газы - азот, аргон;

скорость подачи распыляемой проволоки диаметром 0,8-1,2 мм - 25-450 м/ч;

фракция порошка 30-150 мкм;

производительность 0,5-10 кг/ч.

Установка УПУ-ЗД снабжена 2-мя плазмотронами:

ПП-25 - для напыления - порошком и

ПМ-25 - для напыления проволокой.

Установка УМП-5-68 (мощность 30 кВт) поставляется без источника питания, а УМП-6 (мощность 30 кВт) укомплектована 3-мя сварочными преобразователями ПД-502У2. Последняя позволяет производить напыление внутренних поверхностей деталей диаметром до 35 мм.

Установка А-1612.У4 «Киев-4» (мощность 48 кВт) позволяет наносить покрытия из молибдена, оксида алюминия самофлюсующихся материалов, нихрома, углеродистых сталей на детали из металла и керамики. В качестве плазмообразующих газов применяют дешевые смеси метана с воздухом, что повышает эффективную мощность установки и снижает стоимость процесса. Установка УПН-7 предназначена для напыления одно- двухкомпонентных покрытий из порошковых материалов. Расход плазмообразующего газа (азот) - 5,0 м3/ч, масса 870 кг.

Для электродугового напыления выпускаются установки КДМ-1 и КДМ-2. Они состоят из сварочного выпрямителя и ручного металлизатора ЭМ-14М. Промышленностью также выпускаются станочные металлизаторы ЭМ-12-67 и ЭМ-15.

Для детонационного напыления начат выпуск автоматических установок: УДН-2, УДГ-Н2-30, УДГ-Д2-4, «Гамма». Они обеспечивают частоту выстрелов (1-5) сек1. Толщина покрытия, наносимого за 1 выстрел, составляет 8-20 мкм при площади покрытия 4-6 см2. В целом производительность детонационного напыления остается несколько ниже плазменного (до 100 см2/мин).

В комплект оборудования для восстановления коленчатых валов газопламенным напылением входит: установка для напыления УПТР-1-78М; модернизированная горелка для напыления (ГН-2); установка для струйной обработки вала; круглошлифовальный станок (ЗА423); тележка грузоподъемностью 500 кг; щуп газовый для контроля давления газа и воздуха; редукторы: ацетиленовый (ДАП-2), кислородный (ДКП-1-65); шланги: кислородный (типа III ВН 0 12), ацетиленовые (типа I BH 0 12); баллоны: кислородный и ацетиленовый; ацетиленовый генератор низкого и среднего давления (при отсутствии ацетилена в баллонах); печь тигельная для сушки порошка (температура до 500°С); термометр (ТХ-1479 или TI1); стеллаж (ОРГ-1468-05-230); контрольный стол модели 300380; стол слесарный модели 2299; набор сит с ячейками; подставка под баллоны; технический ацетилен (газобаллонный) в баллонах; технический кислород (газобаллонный); композиционные самофлюсующиеся порошки ПТ-12Н-01 ГОСТ 27358-80 и ПГ-СР2 ГОСТ 21448-78 ; фильтр - масловлагоотделитель (5.1278-72 ДВ 41-16); синтетические моющие средства, уайт-спирит ГОСТ 3134-78 (для обезжиривания деталей); солидол-С ГОСТ 76375-78.

Установка УПТР-1-78М предназначена для нанесения порошков, преимущественно самофлюсующихся твердых сплавов «никель - хром - бор - кремний», обеспечивающих после оплавления беспористые, прочно связанные с основным металлом, обладающие высокой износостойкостью, стойкостью против коррозии, эрозии, кавитации, тепловых воздействий. Покрытия наносятся на стальные, чугунные, алюминиевые, бронзовые и другие материалы.

Модернизированная горелка ГП-2 (комбинированная инжекция) предназначена для смешивания газа с кислородом и напыляемым порошком и получения газового пламени. Мощность, состав и форма сварочного пламени зависят от мундштуков наконечников горелок. Порошок под влиянием всасывающего воздействия газа и кислорода, протекающего по каналу, попадает в сопло, а затем - в ядро пламени.

Рисунок 1.5 - Модернизированная горелка ГН-2: 1 - мундштук; 2 - бункер; 3 - рычаг; 4,5 - инжектор; 6 - вентиль; 7 - штуцер

2. Технологическая часть

.1 Технические условия на основной металл

Коленчатый вал изготавливают из высокоуглеродистой стали 45Г2

Заменитель - стали: 40Х, 50, 50Г2

Вид поставки - сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 1050-74, ГОСТ 2590-71, ГОСТ 2591-71, ГОСТ 2879-69, ГОСТ 8509-86, ГОСТ 8510-86, ГОСТ 8239-72, ГОСТ 8240-72, ГОСТ 10702-78

Калиброванный пруток ГОСТ 1050-74, ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78, ГОСТ 10702-78.

Шлифовальный пруток и серебрянка ГОСТ 14955-77, ГОСТ 10702-78.

Лист толстый ГОСТ 1577-81, ГОСТ 19903-74.

Полоса ГОСТ 1577-81, ГОСТ 103-76, ГОСТ 82-70.

Проволока ГОСТ 17305-71, ГОСТ 5663-79.

Поковки и кованные заготовки ГОСТ 8479-70, ГОСТ 1133-71.

Трубы ГОСТ 8732-78, ГОСТ 8733-87, ГОСТ 8734-75, ГОСТ 8731-87, ГОСТ 21729-78. Назначение - вал - шестерни, коленчатые и распределительные валы, шестерни, шпиндели, бандажи, цилиндры, кулачки и другие нормализованные, улучшаемые и подвергаемые поверхностной термообработке детали, от которых требуется повышенная прочность.

Таблица 2.1 - Температура критических точек, ºС

Таблица 2.2- Химический состав стали 45Г2, %

Таблица 2.3 - Механические свойства проката

2.2 Технические условия на вспомогательный материал

При напылении изношенных мест деталей машин широко используется. стальная проволока. Коррозионно-стойкая сталь применяется для нанесения защитных покрытий.

Помимо проволоки для распыления используются прутки. Они изготавливаются, как правило, из материалов, которые затруднительно или невозможно выполнить в виде проволоки. Нашли применение прутки из порошков оксидов металлов (оксид алюминия, диоксид циркония, оксид хрома).

Материалы, используемые для порошкового напыления, обычно трудно деформируемые и поэтому в виде проволок не выпускаются. Но, с другой стороны, любой пластичный материал может быть изготовлен в виде порошка. В этом отношении порошковое напыление - процесс более универсальный.

Проволоку перед распылением зачищают до металлического блеска с целью удаления с поверхности загрязнений, ржавчины и окалины.

Для подбора порошков с определенной дисперсностью гранул их просеивают через сито с размерами ячеек соответствующих размерам требуемых гранул. Порошку перед применением просушивают на противнях при температуре 150-200 ºС продолжительностью 2-3 часа. Во время просушивания рекомендуется производить перемешивание.

Проволока Нп-45 применяется для материала с твердостью НВ 170-230

Наплавка деталей общего назначения, учитывающих контактное изнашивание с абразивным воздействием и без него. Выбор напыляемого материала необходимо производить, исходя из условия близости химического состава основного металла и напыленного слоя.

Для нанесения подслоя используется самофлюсующийся порошок ПГ-12Н-01 ГОСТ 27538-90 (таблица 2.4).

Таблица 2.4 - Характеристика порошка для подслоя

Для нанесения основного слоя используется самофлюсующийся порошок ПГ-СР2 ГОСТ 21448-78 (таблица 2.5).

Таблица 2.5 - Химический состав и характеристика порошка для рабочего слоя

Система легирования Ni-B-Si обеспечивает низкую температуру плавления сплавов в пределах от 1030 до 1150°С, что позволяет производить их оплавление. Оплавленное покрытие имеет большую прочность сцепления с поверхностью детали и меньший коэффициент трения. Самофлюсующийся эффект обеспечивается за счет Si и В. При нагреве они окисляются и образуют очень тонкую пленку боросиликатов. Эта пленка покрывает вместе со сплавом поверхность основного металла и действует как восстановитель.

Так как порошки гигроскопичны (интенсивно поглощают влагу), их следует хранить в герметичной таре или металлические порошки перед напылением прокаливать при температура 150... 200°С в течение 2... 3 ч, а керамические - при температура 600... 800°С. Во время просушивания рекомендуется производить перемешивание.

Основными характеристиками, определяющими качество порошка для напыления, являются текучесть, минимальный и максимальный размер частиц, их форма и склонность к адгезии (слипанию и комкованию), стабильность гранулометрического и химического состава.

2.3 Схема технологического процесса

Восстановление коленчатых валов способом газопламенного напыления требует тщательного соблюдения технологического цикла и параметров напыления, подготовки детали, оборудования и материалов. Несоблюдение последовательности и (или) их некачественное выполнение ведет к образованию дефектного напыленного слоя и последующего его растрескивания и отслоения.

Технологический процесс восстановления коленчатого вала пускового двигателя П23У газопламенным напылением включает операции:

Мойка.

Дефектация.

Обезжиривание шеек.

Изоляция поверхностей, неподлежащих восстановлению.

Подготовка оборудования.

Подготовка материала.

Напыление подслоя.

Контроль качества напыленного подслоя.

Напыление основного (рабочего) слоя.

Оплавление напыленных слоев.

Контроль качества напыленного слоя.

Шлифование до номинального размера.

Контроль качества механической обработки.

Консервация коленчатого вала.

Допустимые дефекты: изгиб вала не более 0,03 мм, удлинение первой коренной шейки не более 0,33 мм, удлинение длины шатунных шеек не более 0,28 мм, износ шатунных шеек не менее , износ коренных шеек не менее . При наличии обломов и трещин вал браковать.

Предварительная мойка коленчатого вала, которая производится в ванне с вибратором в растворе каустической соды в течение 15... 20 мин, необходима для проведения качественной дефектации. Деталь необходимо очистить от продуктов износа, масла и грязи. Кроме этого раствор дает повышенный коэффициент светоотражения, что позволяет выявить мельчайшие повреждения вала, такие как трещины, сколы, вмятины, срыв резьбы, наклепы.

Основной задачей дефектации, которая проводится с помощью штангенциркуля ШЦ-П-160-0,05 ГОСТ 162-90, микрометра МР-100 ГОСТ 183-90 и лупы, является выявление коленчатых валов, не пригодных к восстановлению и определения величины износа шеек. Вал, не пригодный к восстановлению, приведен на ремонтном чертеже.

Помимо поверхности, специальную обработку перед напылением проходят и распыляемые материалы. Проволока перед распылением зачищается до металлического блеска с целью удаления с поверхности загрязнений, ржавчины и окалины. Обычно для напыления используются порошки с грануляцией, не превышающей 200 мкм. Для подбора порошков с определенной дисперсностью гранул их просеивают через сито с размерами ячеек, соответствующими размерам требуемых гранул. Размер частиц сказывается на качестве напыляемых покрытий. Мелкодисперсный порошок способствует повышению плотности покрытия. При напылении порошка, состоящего из части разного размера, однородность покрытия нарушается из-за большого различия между крупными и мелкими частицами по степени расплавления и скорости движения. Различие в крупности частиц не должно превышать 50 мкм. Рекомендуемый размер частиц 44-74 мкм. Предпочтительно применение порошков сферической формы, поскольку они обладают наиболее высокой сыпучестью. Порошки перед напылением просушивают на противнях при температуре 150-200 С (металлические) и 600-700 С (керамические) продолжительность сушки 2-3 ч (металлические) и 3-5 часов (керамические). Во время просушивания рекомендуется производить перемешивание.

Для лучшего сцепления напыляемого порошка с основным металлом необходимо на расстоянии 15..20 мм обезжирить с помощью кисти органическими растворителями (уайт-спирит ГОСТ 3134-78, бензин) или моющими средствами и протереть чистой хлопчатобумажной материей. При обезжиривании поверхностей особое внимание следует обращать на удаление масла и других загрязнений из отверстий, канавок и т.д. Для этого коленчатый вал дополнительно надо обезжирить в расплаве солей.

Изоляция поверхностей, неподлежащих восстановлению проводится смесью цапонлак с нитроэмалью в соотношении 1:2 с целью защиты щек от напыляемых порошков. Цапонлак на щеки коленчатого вала наносится кистью на один слой.

Подготовка оборудования включает в себя настройку требуемых режимов, очистку, проверку шлангов, заправку баллонов ацетиленом и кислородом, заправку бункера горелки напыляемым порошком.

Подготовка материала включает в себя просушку в течение 1,5.. .2 ч и прокаливания порошка, чтобы избежать возникновения пор и низкую сцепляемость покрытия с основным металлом, а также просеивание его через сито с размерами ячеек 50... 150 мкм с целью получения определенной дисперсности. Вал перед напылением нагревают до температуры 50...150°С.

Напыление подслоя порошком ПТ-12Н-01 ГОСТ 27358-80 следует производить в течение 10.. 15 мин после подготовки коленчатого вала, так как на поверхности могут образоваться новые окислы, которые будут снижать сцепляемость. Подслой дает основу, необходимую для наложения основных слоев и обеспечивает лучшую сцепляемость напыленного слоя с основным металлом. Подслой наносится на шейки по порядку их следования толщиной 0,3 мм.

Контроль качества после напыления подслоя необходим для того, чтобы определить качество слоя. Если напыленный слой имеет вздутия и шелушения, то коленчатый вал отправляют на повторную подготовку и напыление.

Напыление основного (рабочего) слоя порошком ПГ-СР2 ГОСТ 21448-78 позволяет получить покрытия с необходимыми физико-механическими свойствами и требуемой толщины, которое проводится в несколько циклов, в зависимости от степени износа шеек вала. Время напыления каждой шейки не более двух минут. Это обусловлено тем, что шейки коленчатого вала не должны нагреваться более 100°С, так как это может вызвать коробление и изменение длины вала. Основной слой наполняют через одну шейку, начиная с первой шатунной шейки. После каждого цикла напыления необходимо проводить контрольные замеры шеек. На шлифование дается припуск 0,5 мм на сторону свыше номинального диаметра шейки вала. Завышенное значение припуска нежелательно, так как увеличение напыленного слоя обратно пропорционально качеству сцепления напыленного слоя с основным материалом коленчатого вала. После напыления основного слоя проводят его оплавление.

Для улучшения свойств покрытия и обеспечения требуемой работоспособности необходимо провести оплавление покрытия, при котором появляется жидкая фаза, которая способствует интенсивному протеканию диффузии между покрытием и основным металлом. В результате повышается прочность, повышается ударная вязкость и износостойкость.

Оплавление следует проводить сразу же за напылением и выполняется ацетилено-кислородным пламенем. Для этого деталь подогревается до температуры 250-300°С. Участок, покрытый порошком, нагревают до полного расплавления всех зерен металла в напыленном слое (состояние «запотевания»), в результате получают блестящую поверхность. На предварительно оплавленный слой наносится новый слой и доводится до оплавления. Во избежание перегрева, а следовательно, возможного образования окислов, усадки и отслоения напыленного покрытия необходимо соблюдать следующие требования: сначала напыленный слой оплавляют в середине, затем аппарат перемещают поочередно к концам напыленного слоя и оплавляют порошок при этом температура не должна превышать 1100 °С. Деталь охлаждают в соответственно нагретых печах. Оплавление повышает прочность сцепления покрытия с основным металлом до 450 - 500 МПа, что позволяет напылять слои толщиной до 3 мм.

Контроль качества покрытия проводится после последнего цикла напыления. Напыленный слой должен иметь металлический цвет матового оттенка, без желтения. Желтый, или даже коричневый цвет покрытия -свидетельство перегрева и плохого качества покрытия. Покрытие не должно иметь вспучиваний и шелушения. Если вал прошел визуальный контроль, то покрытие простукивают. Это можно делать не большим бронзовым молоточком без острых углов. Если обнаруживаются пустоты между покрытием и шейкой коленчатого вала, то вал отправляют на шлифование и вторичное напыление.

Шлифование коренных шеек до номинального размера применяют круглошлифовальный станок ЗА423. Шейки вала шлифуют электрокорундовым на керамической связке или из карбида кремния шлифовальными кругами зернистостью 25...60 мкм. Базовыми поверхностями при шлифовании коренных шеек являются центровые отверстия. Обрабатываемая шейка поддерживается люнетом. Шлифование производится методом врезания. Перед операцией шлифования боковые поверхности абразивного круга правится до требуемой ширины. При этом делается закругление кромок в соответствии с требованиями чертежа к радиусу галтели. Правка круга осуществляется с помощью алмазного карандаша, закрепленного в оправке, при обильном охлаждении эмульсией. Шлифовальные круги рекомендуется править после шлифования одного-двух коленчатых валов. При обработке шлифованием обязательно применение охлаждающей жидкости в целях предотвращения появления микротрещин, в качестве которой используют 2...3%-й раствор кальцинированной соды или эмульсию (10 г эмульсионного масла на 1 л воды). Шлифование производится последовательной обработкой всех коренных шеек вала. После ремонта они должны иметь один и тот же размер.

Шлифование шатунных шеек производится также на круглошлифовальном станке. В качестве дополнительного оснащения используется специальный центросместитель с делительным устройством. Центросместитель состоит из стандартного патрона Н 190, комплекта грузов и планшайб. Крайние коренные шейки коленчатого вала закрепляют в патрон центросместителя, предварительно установленного на требуемый радиус кривошипа, что обеспечивает погрешность базирования не более 0,3 мм. Затем шатунные шейки выставляются только в горизонтальной плоскости. После обработки первой шейки вал поворачивается для обработки следующей шейки, сохраняя постоянный радиус кривошипа. Необходимый угол между кривошипами обеспечивается делительным устройством. Применение центросместителей без делительного устройства приводит к нарушению углов между кривошипами и, как следствие, низкому качеству ремонта. Все шатунные шейки должны иметь одинаковый ремонтный размер. Режимы обработки шатунных шеек такие же, как и коренных.

При контроле качества механической обработки коленчатый вал подвергается контролю по внешнему виду, толщине, геометрическим размерам. Контроль по внешнему виду производится с целью выявления внешних дефектов - сколов, вздутий, шелушения и других дефектов. Осмотр осуществляется с помощью лупы. Геометрические размеры шеек определяют с помощью штангенциркуля ШЦ-П-160-0,05 ГОСТ 162-90 и микрометра МР-100 ГОСТ 183-90.

Далее коленчатый вал смазывают смазкой «Солидол-С» ГОСТ 76375-78, упаковывают и укладывают на стеллаж готовой продукции, с которого далее валы на цеховой тележке перевозятся на склад.

После восстановления диаметр коренных шеек должен быть  мм, шатунных шеек  мм. Радиус галтелей шатунных шеек 1,5 мм. Радиус галтелей коренных шеек 1,0 мм. Нецилиндричность коренных и шатунных шеек должна быть не более 0,005 мм. Дисбаланс вала должен быть не более 0,3 Н-см. Диаметр и нецилиндричность коренных и шатунных шеек измеряют штангенциркулем ШЦ-П-160-0,05 ГОСТ 162-90 и микрометром МР-100 ГОСТ 183-90. Радиусы галтелей проверяют калибрами. Дисбаланс вала проверяют с помощью индикатора.

2.4 Параметры режима напыления

Для каждого способа напыления в зависимости от применяемого оборудования и материалов существует оптимально диапазон режимов напыления. В практике напыления при установлении оптимальных режимов следует руководствоваться следующими соображениями:

Перед напылением деталь следует разогреть до температуры 50-150°С. Отсутствие подогрева может быть причиной отслаивания и растрескивания покрытия. Не следует допускать нагрева напыляемой поверхности свыше 250°С из-за быстрого образования на ее поверхности окисной пленки, что может вызвать снижение прочности сцепления покрытия. Допускается охлаждение напыляемой детали сжатым воздухом.

Дистанция напыления обычно не выходит 75-250 мм. При малой дистанции создается опасность перегрева и деформации детали под влиянием термических напряжений. При большом расстоянии снижаются температура и скорость напыляемых частиц, что приводит к образованию рыхлого покрытия и уменьшению прочности сцепления с основой.

Рекомендуется плазмотрон располагать перпендикулярно напыляемой поверхности. При этом обеспечивается наибольшая деформация напыляемых частиц при соударении с основой. Когда невозможно обеспечить указанное расположение плазмотрона, допускается отклонение на угол не более 45 градусов.

Скорость подачи напыляемого материала оказывает существенное влияние на интенсивность нагрева и окисления напыляемых частиц, что сказывается на прочности сцепления покрытия. Важно, чтобы напыление происходило при оптимально выбранной и поддерживаемой на заданном уровне скорости подачи напыляемого материала. Для получения удовлетворительного сцепления частиц порошка с основой необходимо, чтобы их значительная часть транспортировалась в расплавленном или оплавленном состоянии.

Покрытие рекомендуется наносить толщиной не более 0,25 мм за один проход. Покрытие большей толщины следует напылять за несколько проходов. Однако толстостенные покрытия, вследствие образования в них термических напряжений, склонны к отслаиванию.

Минимальная толщина покрытий должна включать припуск на механическую обработку. При напылении валов 76-100 мм толщина покрытия должна составлять не менее 0,6 мм. На участках, где необходима запрессовка, независимо от диаметра вала следует напылять покрытия толщиной около 0,13 мм.

Следует иметь в виду, что при правильной обработке и проведении процесса напыления прочность напыляемых металлических покрытий не превышает 10-60 МПа, что на порядок ниже прочности металлов. Вследствие больших остаточных напряжений покрытия толщиной 0,5-1,0 мм склонны к самопроизвольному отслаиванию.

При газопламенном напылении используют следующие режимы:

давление кислорода, МПа -0,35-0,45,

ацетилена - 0,03-0,05;

расход кислорода, л/ч - 960-1100,

ацетилена 900-1000;

дистанция напыления 160-200мм;

продольная подача 3-5 мм/об;

расход порошка 2,5-3,0 кг/ч.

Мощность восстановительного или науглероживающего пламени выбирают в зависимости от размеров детали. Лишь газовым пламенем возможно производить напыление с одновременным оплавлением. Для этого деталь подогревается до температуры 250-300°С. На напыляемые поверхности для защиты их от окисления напыляется слой толщиной 0,2-0,3 мм. Напыленная поверхность нагревается до состояния «запотевания», что характерно для процесса оплавления. На предварительно оплавленный слой наносится новый слой и доводится до оплавления. Оплавление повышает прочность сцепления покрытия с основой до 300-400 МПа, что позволяет напылять слои толщиной до 3 мм.

При напылении проволоками распыление производится сжатым воздухом при давлении 0,5-0,6 МПа. Для распыления алюминиевой проволоки диаметром 2 мм подают со скоростью 3,5-5,0 м/мин; дистанция напыления - 80-100 мм.

Рекомендуется горелку располагать перпендикулярно напыляемой поверхности. При этом обеспечивается наибольшая деформация напыляемых частиц при соударении с основой. Когда невозможно обеспечить указанное расположение плазмотрона, допускается отклонение на угол не более 45°.

Скорость подачи напыляемого материала оказывает существенное влияние на интенсивность нагрева и окисления напыляемых частиц, что сказывается на прочности сцепления покрытия. Важно, чтобы напыление происходило при оптимально выбранной и поддерживаемой на заданном уровне скорости подачи напыляемого материала. Для получения удовлетворительного сцепления частиц порошка с основой необходимо, чтобы их значительная часть транспортировалась в расплавленном или оплавленном состоянии.

Покрытие рекомендуется наносить толщиной не более 0,25 мм за один проход. Покрытие большей толщины следует напылять за несколько проходов. Минимальная толщина покрытий должна включать припуск на механическую обработку. При напылении валов диаметром 50-60 мм толщина покрытия должна составлять не менее 0,5 мм. На участках, где необходима запрессовка, независимо от диаметра вала следует напылять покрытия толщиной около 0,13 мм.

Параметры режима оплавления:

Температура оплавления, °С 1100.

Давление, Мпа.

кислорода 0,3... 0,4.

ацетилена 0,03... 0,05.

Расход, л/ч.

кислорода 750... 950.

ацетилена 600... 800.

Режимы шлифования:

Окружная скорость:

шлифовального круга, м/с 25...35.

шлифуемой поверхности, м/мин 18... 25.

Поперечная подача круга, м/м 0,003... 0,006.

2.5 Обработка упрочненных поверхностей

С увеличением твердости снижается производительность механической обработки. Поэтому для обработки упрочненных поверхностей разработаны специальные способы.

Таблица 2.6 - Режимы обточки чугунных валков СПХН

Плазменно-механическая обработка

Деталь перед резцом подогревают плазменной дугой так, чтобы стружка снималась с сильно разогретого и потерявшего прочность металла. Позволяет «в разы» увеличивать производительность обточки. Из-за сильного нагрева державку с «напайками» следует делать водоохлаждаемой (полив водой малоэффективен).

Электро - контактная обработка

Заключается в эрозионном разрушении заготовки при дуговых разрядах на инструмент. Режим: I-1000A, U-30B; производительность ~ ЗОкг/ч при Rz~400. Допускается подача рабочей жидкости ( стабилизирует дуговые разряды, охлаждает стальной инструмент).Используется при черновой обдирке марганцовистого (1 ЮГ 13) литья и твердосплавной наплавки на конусах доменных печей.

Электрохимическое шлифование

Съем металла происходит за счет электрохимического растворения. Применяется при обработке жаропрочных сталей, сталей и сплавов.

Шлифование

Используют абразивные и алмазные круги. Для предупреждения их засаливания и повышения производительности шлифовки применяют в кругах электропроводную связку, а при шлифовании на деталь и круг подают напряжение. Характеристики процесса: точность ~ 0,08мм при Ra, равном 1,6, и съеме до Змм.

Электро - эрозионная обработка

2.6 Контроль качества

Напыленный слой должен иметь металлический цвет матового оттенка, без желтения. Жёлтый, или даже коричневый цвет покрытия - свидетельство перегрева и плохого качества покрытия.

Контроль качества покрытия проводится после последнего цикла напыления. Покрытие не должно иметь вспучиваний, сколов, трещин. Если вал прошёл визуальный контроль, то покрытие простукивают. Это можно делать не большим бронзовым молоточком без острых углов. Если обнаруживаются пустоты между покрытием и шейкой коленчатого вала, то вал отправляют на шлифование и вторичное напыление.

Последняя степень контроля - это предварительное шлифование. Если покрытие выдержало, что определяется в процессе визуального просмотра и простукивания шеек, то проводят чистовое шлифование до номинальных размеров.

Геометрические размеры шеек определяют с помощью штангенциркуля ШЦ-II-160-0,05 ГОСТ 16290, микрометр МР-100 ГОСТ 183-90 и толщиномеров типа ИТП-1 путем сравнения с эталонными образцами.

2.7 Расчет нормы штучного времени

, (2.1)

где То - время на напыление, мин

, (2.2)

где То1 - время напыления первой коренной шейки, мин,

То2 - время напыления первой шатунной шейки, мин,

То3 - время напыления второй шатунной шейки, мин,

То4 - время напыления второй коренной шейки, мин,

, (2.3)

где d - диаметр шейки вала, мм;- длина шейки вала, мм;

у - пробег горелки, у = 0,8;- толщина напыленного слоя, h = 1,2мм;

γ - плотность напыленного металла, г/см3;- число проходов;- производительность горелки, кг/ч;

Кн - коэффициент напыления, Кн = 0,3;

мин,

мин,

мин,

мин,

 мин,

Топл - время, связанное с оплавлением напыленного слоя, мин,

Тв1 - вспомогательное время, связанное с осмотром и протиркой шеек коленчатого вала перед напылением, мин,

, (2.4)

где tв1 = 1,5 мин - осмотр вала;в2 = 1,6 мин - протирка вала;

мин,

Тв2 - вспомогательное время, связанное с обезжириванием шеек коленчатого вала растворителем перед напылением, Tв2 = 1,8 мин;

Тв3 - вспомогательное время, связанное с установкой, поворотом и снятием коленчатого вала, мин

, (2.5)

где  = 1,3 мин - установка вала в станок;

 = 0,6 мин - поворот вала в станке;

 мин

Тобс - время на обслуживание оборудования;

, (2.6)

 мин,

где Топр - сумма основного и вспомогательного времени;

, (2.7)

мин,

Тотд - затраты на отдых и естественные надобности.

, (2.8)

мин

мин.

2.8 Разработка технологической планировки участка

.8.1 Назначение участка

Участок предназначен для восстановления коленчатых валов методами газопламенного напыления. Изделия на участок поступают с участка дефектации. После восстановления валы направляются на участок сборки.

2.8.2 Режим работы участка

Участок работает в одну смену, продолжительность смены 8 часов. На участке установлен пятидневный режим работы.

2.8.3 Расчет годовой трудоемкости участка

, (2.9)

где - удельная трудоемкость участка, н∙ч

- программа единиц ремонта, шт.

- поправочный коэффициент

исходя из трудоемкости, выбираю односменный режим работы

2.8.4 Расчет фондов времени работы оборудования

, (2.10)

- номинальный фонд времени оборудования НПК ПО «Уралвагонзавод» 2008г. . - коэффициент затрат времени на настройку и переналадку оборудования =12% по данным НПК УВЗ

 час

2.8.5 Расчет потребного количества оборудования

принимаю ,

Данное количество оборудования относится к основному, а вспомогательное оборудование будет учтено при помощи коэффициента.

.8.6 Расчет фондов времени работы рабочих

, (2.11)

где - номинальный годовой фонд времени 1 рабочего, час

- процент плановых потерь рабочего времени, связанных с очередным и дополнительным отпуском, отпуском по учебе, болезни, отпуском в связи с родами и выполнением государственных обязанностей =16% по данным НПК «Уралвагонзавод»

.

2.8.7 Расчет потребного количества рабочих

, (2.12)

где - коэффициент выполнения норм выработки рабочим 1,1

,

принимаю . Принимаю в смене 2 человека - многостаночников

2.8.8 Расчет количества вспомогательных рабочих

Принимаю 1 человека

2.8.9 Расчет количества ИТР

ИТР не предусматривается, руководство бригады осуществляет мастер с соседнего участка

2.8.10 Расчет площади, занимаемой основным оборудованием

Таблица 2.7 - К расчету площади, занимаемой оборудованием

,

2.8.11 Расчет общей площади, занимаемой оборудованием

, (2.13)

где - площадь, занимаемая основным оборудованием,

- коэффициент плотности 4,5

,

Принимаем участок площадью 72, но в нем размещаем также оборудование соседнего цеха.

Высота помещения 6 метров.

2.8.12 Подъемно - транспортные средства на участке

На участке предусматривается инструментальная тележка, грузоподъемностью 500 килограмм, предназначенная для транспортировки коленчатых валов на участке.

2.8.13 Основные строительные требования

Ширина пролета - 12 м;

Шаг колонн - 6 м;

Высота помещения - 6 м;

Оконный проем - 1м;

Цеховые ворота - 2 м;

Колонны размером 600×600 мм;

Стены - 400 мм;

Перегородки-сетчатые со щитами;

Пол - бетонный с цементной затиркой;

Вентиляция - приточно-вытяжная с трех кратным обменом воздуха в час;

Стены и потолки помещения окрашены в светлые тона.

Участок необходимо оборудовать приточно-вытяжной вентиляцией (на 1 чел =15 м3 воздуха).

На участке предусмотреть искусственное освещение (освещение на рабочем месте не менее 300 Лк).

На участке предусмотреть средства пожаротушения.

Требования по расположению оборудования:

расстояние от стены до тыльной части оборудования не менее 0,8 м (если при расчетах расстояние более 1м, тогда вдоль стен цеха рекомендуется располагать электрические источники питания);

проходы между единицами оборудования должны быть не менее 1 м;

проходы между оборудованием и складскими местами не менее 1 м;

проходы между складскими местами не более 1м;

высота складирования деталей не должна превышать 1,5 м;

складские места располагаются в зоне обслуживания крана (от стены на расстоянии не менее 3 м);

в цехе должно находиться столько складских мест, чтобы обеспечивалась бесперебойная работа в течение 3 суток.

минимальная высота оборудования в цехе - не менее 3,15 м.

расстояние от верхней точки оборудования до центра крюка крана должно быть не менее 1 м.

На площади участка расположены:

установка для напыления УПТР-1, -2 шт.

контрольный стол - 2 шт,

верстак слесарный,

станок шлифовальный,

моечная ванна,

баллоны с кислородом и ацетиленом,

вентиляционная установка,

огнетушители,

баллоны с кислородом 2-15Мпа,

баллоны с ацетиленом 2-15Мпа.

Транспортировка деталей осуществляется с помощью тележки грузоподъемностью 500 кг.

3. Экономический анализ проекта

Тема курсовой работы - ремонт шеек коленчатых валов методом газопламенного напыления, поэтому экономический эффект определяется экономией от восстановления шеек коленчатых валов методом вибродуговой наплавки по сравнению с методом газопламенного напыления. Для этого необходимо рассчитать технологическую себестоимость наплавочных работ и работ по напылению порошками. Она включает затраты на вспомогательные материалы, затраты на электроэнергию, заработную плату, расходы, которые характеризуются как цеховые и заводские расходы.

3.1 Определение затрат на материалы

Затраты на наплавочные материалы находятся по формуле:

, (3.1)

где  - затраты на сварочные материалы, руб.;

- количество различных видов материалов;

- норма расхода сварочных материалов, рассчитанная ранее, кг (м3);

- цена сварочного материала, руб./кг (руб/м3);

.- транспортно-заготовительные расходы, % к цене материалов (2-10%). Принимаем 6%.

Для ремонтных работ по восстановлению кранового колеса используются следующие материалы.

Базовый вариант:

наплавочная проволока НП-45 Ø 1,6 мм,

сульфофрезол,

Проектный вариант:

порошок для напыления подслоя ПГ-СР2,

порошок для напыления рабочего слоя ПГ-СР4,

кислород,

ацетилен

Нормы расхода материалов.

Базовый вариант:

наплавочная проволока НП-45 Ø 1,6 мм - 100 г,

сульфофрезол - 75 л,

Проектный вариант:

порошок для напыления подслоя ПГ-СР2 - 30 г,

порошок для напыления рабочего слоя ПГ-СР4 - 60 г,

кислород - 50 л,

ацетилен - 60 л

Расчет затрат на материалы для базового варианта

Затраты на наплавочную проволоку НП-45 Ø 1,6 мм :

руб. (3.2)

Затраты на сульфофрезол:

руб. (3.3)

Затраты на материалы для базового варианта составляют:

 руб. (3.4)

Расчет затрат на материалы для проектного варианта

Затраты на порошок для напыления подслоя ПГ-СР2:

руб. (3.5)

Затраты на порошок для напыления рабочего слоя ПГ-СР4:

руб. (3.6)

Затраты на кислород:

руб. (3.7)

Затраты на ацетилен:

руб. (3.8)

Затраты на материалы для проектного варианта составляют:

 руб. (3.9)

3.2 Определение затрат на электроэнергию

Затраты на электроэнергию находятся по формуле:

, (3.10)

где - затраты на электроэнергию, руб.;

- норма расхода электроэнергии, кВ×ч, рассчитанная ранее;

- тариф на электроэнергию, руб./кВт×ч.

Для базового варианта:

руб.

Для проектного варианта:

руб.

3.3 Расчет затрат на заработную плату

Затраты на заработную плату включают в себя основную заработную плату, дополнительную и отчисления на социальное страхование. Затраты на основную заработную плату находятся по формуле:

, (3.11)

где - затраты на основную заработную плату, руб;

- количество видов обработки детали;

 - продолжительность вида обработки детали, ч;

- часовая тарифная ставка рабочих на i-том виде обработки, руб/ч;

- коэффициент к тарифной ставке, учитывающий размер премии;

- районный коэффициент к прямой заработной плате.

Дополнительная заработная плата находится по формуле:

, (3.12)

где - затраты на дополнительную заработную плату, руб;

- коэффициент к прямой заработной плате, учитывающий размер дополнительной зарплаты.

Отчисления на социальное страхование находится по формуле:

, (3.13)

где  - затраты на социальное страхование, руб;

- коэффициент к полной зарплате, учитывающий размер отчислений на социальное страхование.

Исходные данные представлены в табл. 3.1.

Таблица 3.1 - Исходные данные проекта

Расчет нормы времени на ремонт для базового варианта

Заварка трещин выполняется ручной дуговой сваркой сварщиками 5 разряда. Проковку и очистку сварных швов от шлака выполняют сварщики, работающие на наплавочной установке. Время работы сварщика включает основное время, вспомогательное и время на обслуживание рабочего места, отдых, личные потребности.

Вспомогательное время, включающее затраты на зачистку кромок перед сваркой, зачистку околошовной зоны от брызг наплавленного металла, перемещения сварщика, смену электродов, осмотр сварного шва, составляет 15% от основного времени сварки:

ч (3.14)

Время на обслуживание рабочего места, на отдых и личные потребности составляет 12% оперативного времени:

ч (3.15)

Время работы одного сварщика 5 разряда составляет:

ч (16)

Время, включающее затраты на проковку и очистку сварного шва от шлака после каждого прохода, составляет 10% от основного времени сварки:

ч (3.17)

Время на обслуживание рабочего места, на отдых и личные потребности составляет 12% оперативного времени:

ч (3.18)

Время работы одного сварщика на наплавочной установке составляет:

ч (3.19)

Время работы сварщика, выполняющего автоматическую наплавку под слоем флюса, включает также основное время горения дуги, вспомогательное и время на обслуживание рабочего места, отдых и личные потребности.

Вспомогательное время составляет 15% от основного времени:

ч (3.20)

Время на обслуживание рабочего места, на отдых и личные потребности составляет 12% оперативного времени:

ч (3.21)

Время работы сварщика на автоматической наплавке под флюсом составляет:

ч (3.22)

Расчеты по затратам на заработную плату представлены в табл. 3.2.

Таблица 3.2 - Затраты на заработную плату

Цеховые и заводские расходы включают зарплату ИТР, АУП, МОП, начисления на з/п, затраты на инструмент и вспомогательные материалы, услуги сторонних организаций, командировочные расходы, расходы по содержанию и реновации оборудования и зданий, арендную плату, содержание транспорта и др. расходы по функционированию предприятия, налоги. Размер этих расходов для крупных предприятий составляет 400-800% от заработной платы основных рабочих. Примем размер цеховых и заводских расходов 400%, что составит:

руб (3.23)

Расчет нормы времени на ремонт для проектного варианта

Напыление выполняется методом газопламенного напыления на установке для газопламенного напыления УПТР-1 оператором 5 разряда. Время работы оператора включает основное время, вспомогательное и время на обслуживание рабочего места, отдых, личные надобности.

Вспомогательное время, включающее затраты на зачистку поверхности перед напылением, защиту мест, не подлежащих напылению , перемещения оператора, засыпку порошка, осмотр шва, составляет 15% от основного времени напыления:

ч (3.24)

Время на обслуживание рабочего места, на отдых и личные потребности составляет 12% оперативного времени:

ч (3.25)

Время работы оператора 5 разряда составляет:

ч (3.26)

Время, включающее затраты на зачистку сварного шва от окисной пленки после каждого прохода, составляет 3% от основного времени напыления:

ч (3.27)

Время на обслуживание рабочего места, на отдых и личные потребности составляет 12% оперативного времени:

ч (3.28)

Время работы одного оператора на установке для газопламенного напыления при напылении подслоя составляет:

ч (3.29)

С учетом того, что напыление производится в два слоя, производим расчет затрат времени на напыление рабочего слоя. Время на напыление рабочего слоя составляет также 0,15 час. Поэтому норма времени увеличится вдвое. Следовательно все затраты на заработную плату возрастут вдвое.

Расчеты по затратам на заработную плату представлены в табл. 3.3 .

Таблица 3.3 - Затраты на заработную плату

Цеховые и заводские расходы включают зарплату ИТР, АУП, МОП, начисления на з/п, затраты на инструмент и вспомогательные материалы, услуги сторонних организаций, командировочные расходы, расходы по содержанию и реновации оборудования и зданий, арендную плату, содержание транспорта и др. расходы по функционированию предприятия, налоги. Размер этих расходов для крупных предприятий составляет 400-800% от заработной платы основных рабочих. Примем размер цеховых и заводских расходов 400%, что составит:

руб (3.30)

3.4 Сравнительный анализ затрат по вариантам

Базовый вариант. Цеховая себестоимость:

, руб. (3.31)

 руб.

Проектный вариант. Цеховая себестоимость:

 руб.

Экономический эффект от замены вибродуговой наплавки газопламенным напылением порошками на одно изделие составляет:

, руб. (3.32)

, руб.

Таким образом, экономия при замене вибродуговой наплавки на газопламенное напыление порошковыми материалами достигается за счет разницы в стоимости материалов, затрат на электроэнергию, а также затрат на основную и дополнительную зарплату.

4. Исследовательская часть

С целью повышения износостойкости шеек коленчатых валов разработаны различные процессы упрочнения и обработки поверхностей шеек валов, позволяющие снизить количество трещин в них.

4.1 Упрочнение поверхности шеек валов закалкой

Внедрение нового процесса упрочнения шеек коленчатых валов вместе с переходом на более высококачественную сталь 50Г СШ, рафинированную синтетическими шлаками, позволило снизить количество закалочных микротрещин в 4 раза на кромках масляных каналов и в 6 раз - шлифовочных микротрещин на шейках вала. Одновременно с ужесточением контроля на магнитном дефектоскопе (увеличение силы тока магнитного поля) это значительно повысило эксплуатационную надежность коленчатых валов. Для 12-цилиндровых двигателей ЯМЗ отработан процесс закалки ТВЧ коленчатых валов с применением специальной эмульсии в качестве охлаждающей жидкости. Это позволяет за счет образования пленки на закаливаемой поверхности регулировать скорость охлаждения и тем самым избегать появления закалочных микротрещин.

Рисунок 4.1 - Схема закалки щеки кривошипа и твердость зон коленчатого вала, подвергнутого закалке

Значительное упрочнение коленчатых валов может быть достигнуто и за счет закалки щек и галтелей. При этом усталостная прочность на изгиб нормализованных коленчатых валов повышается на 25%, т.е. почти до уровня улучшенных. На Днепропетровском мотороремонтном заводе разработан способ упрочнения коленчатых валов, по которому производится закалка каждой стороны щеки кривошипа коленчатого вала с прилегающими к ней наиболее нагруженными участками галтелей. Закалка ведется в зоне, расположенной между осями коренной и шатунной шеек, в направлении, перпендикулярном плоскости, проходящей через оси (рисунок 4.1, а). Глубина закаленных зон регулируется изменением мощности, передаваемой индуктором на деталь, и длительностью нагрева. Величина твердости и глубина закаленных зон на щеках и галтелях в каждом конкретном случае выбираются из условий получения максимальной усталостной прочности деталей (рисунок 4.1, б). Закалку щек и участков галтелей производят после механической обработки деталей и поверхностной закалки шеек. Закаленные зоны щеки могут замыкаться по торцу и образовывать закаленный пояс, который значительно повышает ее жесткость и прочность.

4.2 Способы повышения усталостной прочности шеек валов

Способы повышения усталостной прочности коленчатых валов разделяются на два вида: общего и местного упрочнения. К первым относятся улучшение и азотирование, ко вторым - накатка и закалка наиболее нагруженных элементов вала. Применение способов общего упрочнения за счет улучшения (перед закалкой шеек ТВЧ) и азотирования сопровождается значительным повышением трудоемкости и требует дополнительных производственных площадей. Поэтому в условиях действующего массового производства наиболее актуальным является упрочнение нормализованных коленчатых валов методом накатка галтелей или закалки ТВЧ.

Закалка галтелей значительно повышает усталостную прочность вала. Однако в этом случае требуется высококачественный металл без каких-либо посторонних в нем включений. При использовании обычных среднеуглеродистых сталей и при закалке шеек ТВЧ эффектным способом упрочнения галтелей является их пластическая деформация путем обкатки роликами (рисунок 4.2). При этом форма роликов должна быть такой, чтобы галтели обкатывались по всей их тороидальной поверхности от центра до периферии.

Рисунок 4.2 - Схема обкатки роликами галтелей коленчатого вала

Вместе с тем обкатка галтелей приводит к повышенному короблению вала (в автомобильном дизеле до 0,2 мм при допуске 0,03 мм). во избежание этого Ярославский моторный завод внедрил технологии к ним процесс, предусматривающий поднутрение галтелей всех коренных шеек, затем одновременное обкатывание галтелей всех коренных и шатунных шеек с последующей окончательной шлифовкой только коренных шеек (рисунок 4.3). Это позволило снизить биение коренных шеек до 0,03 мм, улучшить шероховатость поверхности с 7 до 10-го класса и обеспечить повышение усталостной прочности коленчатого вала в среднем на 15%. Усталостная прочность коленчатого вала при увеличении силы обкатывания галтелей роликами может быть повышена на 75%. Однако при увеличении прочности более чем на 20% на поверхности галтелей возникают трещины и отслаивается верхний слой металла (шелушение), а также увеличиваются длина и прогиб вала. Ранее на Ярославском моторном заводе для устранения коробления коленчатых валов 6- и 8-цилиндровых двигателей в процессе обработки производилась их холодная правка, что вызывало в вале остаточные напряжения, а релаксация их в эксплуатации двигателя снова приводила к короблению, что значительно снижало надежность работы валов.

Таблица 4.1 - Мероприятия по повышению усталостной прочности коленвалов

Рисунок 4.3 - Технологический маршрут обработки коленчатого вала: а - предварительная шлифовка торцов коренных шеек: б - полуокончательная шлифовка коренных шеек с одновременным профилированием подвнутренней галтели; в - окончательное шлифование шатунных шеек и галтелей; г - шлифование хвостовика переднего конца вала; д - обкатывание галтелей шатунных и коренных шеек; е - окончательное шлифование коренных шеек, ж - суперфиниширование коренных и шатунных шеек

Для исключения правки вала без увеличения суммарных припусков на обработку на ЯМЗ была проведена работа по созданию нового технологического процесса в направлении: усовершенствования способа базирования валов, обеспечивающего их минимальный прогиб.

Выбор метода обработки, обусловливающего минимальные напряжения валах, назначения межоперационных припусков на последующую операцию с учетом не только вида последующей обраоотки, но и поводки вала на предыдущей операции; введения операции исправления технологических баз; применения более эффективных способов проверки крнвизны оси коренных шеек вала (взамен проверки от центровых отверстий введение проверки относительно крайних коренных шеек); назначения последовательности технологических операции из условия обеспечения соосности коренных шеек при обработке их после операций, при которых создаются напряжения в валах.

4.3 Рациональная технология правки валов

С 1970 г холодная правка коленчатых валов исключена из технологического процесса в результате применения более совершенной технологии, которая включает:

транспортировку и термическую обработку вала в вертикальном

положении;

перецентровку валов после обточки коренных шеек;

уменьшение напряженности и деформации валов при обточке коренных шеек за счет обработки шеек переднего конца вала на гидрокопировальных станках вместо многорезцовых;

уменьшение деформации валов после операции закалки ТВЧ и отпуска за счет введения операции алмазной расточки центровых фасок - создание хорошей базы для последующих шлифовальных операции;

уменьшение биения шеек за счет их шлифовки не за две, а за одну установку вала,

В НИИтракторосельхозмаше разработаны новые методы и специальное оборудование для упрочнения коленчатых валов. Новая технологая упрочнения позволяет при минимальных поводках существенно повысить усталостную прочность коленчатых валов. Разработана технология и специальный агрегат для закалки шеек при вращении вала под слоем жидкости, Новый процесс позволяет ликвидировать образование трещин на шейках и у отверстий маслоканалов, обеспечить получение равномерного по глубине и периметру упрочненного слоя, уменьшить в несколько раз коробление вала. Упрочняющая обработка путем обкатывания галтелей роликами на специальных станках института внедрена на Владимирском тракторном и Минском моторном заводах. С целью удаления стружки и снятия заусенцев в масляных каналах коленчатых валов разработан метод и промышленная установка для гидродинамической обработки. По этому методу в масляные каналы под давлением 20--30 кгс/см2 подается предварительно завихренная струя жидкости с дробью, а затем производится промывка отверстий только жидкостью. Метод обеспечивает полное удаление стружки из масляных каналов, сбивание заусенцев толщиной до 0,5 - 0,6 мм и шириной до 1,5-2 мм; при этом поверхности отверстий упрочняются, в них создаются благоприятные сжимающие напряжения и в 1,5-2 раза повышается поверхностная твердость.

Коленчатые валы, закаленные ТВЧ, в процессе эксплуатации в результате неизбежных релаксационных явлений обычно приобретают значительное коробление, существенно превышающее первоначальный допуск, что резко снижает их надежность. Такое коробление может быть существенно уменьшено за счет введения дополнительной операции высокотемпературного отпуска после черновой механической обработки или вторичного низкотемпературного отпуска вала после закалки ТВЧ.

Особенно значительное повышение надежности коленчатых валов достигается за счет их азотирования. Азотирование валов по сравнению с закалкой ТВЧ имеет следующие преимущества:

увеличивается в 1,5-2 раза усталостная прочность вала и более чем на 20% износостойкость шеек; резко повышаются антифрикционные и антикоррозионные свойства поверхности:

снимаются внутренние напряжения, которые возникают при черновых механических обработках, благодаря чему уменьшается склонность к короблению коленчатых валов в процессе эксплуатации;

практически исключается самоотпуск, образование трещин и задир шеек при резком повышении температуры подшипников при недостаточной смазке, например, в случае неоднократных пусков двигателя при от- рицательных температурах. Если местный самоотпуск шеек, закаленных  ТВЧ, происходит уже при 300°С, то азотированные шейки удовлетвори тельно работают до температуры 600 оС;

значительное увеличение прочности и отсутствие самоотпуска позволяет избежать поломки коленчатых валов в эксплуатации/даже при больших перегрузках, например, при разрушении подшипников из-за отсутствия смазки;

позволяет полностью избежать образования и развития закалочных и шлифовочных трещин,

Недостатком азотированных коленчатых валов является высокая трудоемкость их изготовления, повышенное коробление, а также ограниченная возможность ремонтных перешлифовок без повторного азотирования.

Существуют два принципиально разных способа азотирования валов: газовое и жидкостное.

Газовое азотирование обеспечивает глубину слоя с высокой твердостью до 0,4-0,5 мм, что позволяет производить около двух ремонтных перешлифовок вала без дополнительного азотирования. Недостатком этого метода является большая трудоемкость процесса азотирования (около 6O ч), а также хрупкость наружного (белого) слоя, который необходимо удалять с поверхности шеек и галтелей, а резьбу и масляные отверстия вообще защищать от взаимодействий с азотом, помимо увеличения (до 2 ч) трудоемкости изготовления, снижает износостойкость вала. Коленчатые валы с газовым азотированием обычно изготовляются из хромомолибденовых сталей.

Коленчатые валы с газовым азотированием применяют вотечественном двигателестроении успешно применяют, например для азотирования гильз цилиндров двигателей Д-l2 а также плунжерных пар топливного насоса высокого давления двигателей ЯМЗ.

Представляет интерес, скоростной процесс жидкостного азотирования, разработанный фирмой «Дегусса» иод названием «Тенифер» по английской терминологии «Тафтрайд».

Жидкостное азотирование коленчатых валов по сравнению с oбычным газовым имеет ряд прсимущесгв: резкое сокращенно процесса (3 ч вместо 60 ч), отсутствие хрупкости и большая износостойкость поверхностного слоя, отсутствие необходимости в защите от азотировании резьбы и масляных каналов, более высокая усталостная прочность валов из нелегированных или малолегированных сталей, возможность применения нелегированиых и низколегированных сталей, универсальность для широкой номенклатуры массовых моторных и автомобильных деталей. Недостатком жидкостного азотирования является снижение износостойкости при перешлифовке, высокая токсичность солей и жидкостей, применяемых в технологическом процессе. Кроме того, коленчатые валы с. жидкостным азотированием при производстве могут иметь большее коробление валов ввиду применения при этом преимущественно углеродистых сталей и отсутствия возможности устранения коробления за счет шлифовки шеек.

Метод жидкостного азотирования заключается в том, что насыщение-  поверхности деталей азотом осуществляется в ванне с расплавленными солями, продуваемой воздухом. Процесс состоит из следующих основных операций: подогрев в воздушной среде до 350 - 400°С, жидкостное азотирование при температуре 570 о С, охлаждение промывка в горячей воде.

Коленчатые валы подвергают жидкостному азотированию фирмы БМВ, «Порше», «Даймлер-Бенц», «Ганамаг», «Тойота» и др. Фирма БМВ производит до 800 коленчатых валов в сутки с жидкостной азотацией.

По данным фирмы «Дегусса», коленчатый вал, азотированный по методу «Тенифер», на дизелях «Вюссинг» (мощностью 250 л, с.) имел ресурс до перешлифовки не менее 600 тыс, км пробега автомобиля. Коленчатые валы с жидкостным азотированием хорошо зарекомендовали себя при работе в условиях низких температур (автомобили фирмы «Даймлер-Бенц» в Канаде).

Фирма «Дженерал Моторс» усовершенствовала способы газового и жидкостного азотирования коленчатых валов. Газовое азотирование коленчатого вела проводится в атмосфере, содержащей 15-40% азотирующего газа, 5-45% науглероживающего газа и остальное - эндогаз. Азотирование коленчатых валов из среднеуглеродистой стали осуществляется при 537-593°С Газ подается в печь со скоростью 4,2-28,3 м3/ч в зависимости от требуемой продолжительности обработки. Точка росы в печи составляет от 10 до 18,3°С Продолжительность обработки зависит от требуемой глубины слоя и равна 1-5 ч. Толщина азотированного слоя на деталях из стали SAE 5140 составляет до 0,25 мм. Закаливаются валы в масле, воде или растворе солей.

При усовершенствованном способе жидкостного азотирования замена цианитов мочевиной в исходных составляющих солевой ванны позволяет значительно уменьшить затраты на термическую обработку,

Таким образом, азотирование является перспективным методом повышения долговечности коленчатых валов для двигателей, работающих в особо тяжелых условиях. Этот метод может быть наиболее эффективно применен при создании новых двигателей, без существенной перестройки технологического процесса механической обработки. Повторное азотирование коленчатых валов при их ремонте целесообразно производить на специализированных для этого заводах. Коленчатые валы многих двигателей имеют свободные полости (центробежные ловушки) в шатунных шейках, закрытые с боков заглушками и используемые для дополнительной центробежной очистки масла.

В отечественных автомобильных двигателях старых моделей износ коренных подшипников обычно меньше, чем шатунных. В двигателях новых моделей в результате применения центробежных ловушек в полостях шатунных шеек, а также использования V-образной схемы расположения цилиндров (при которой из-за относительно меньшего количества коренных опор и меньшей длины коренных подшипников нагрузки в них особенно высокие) износ коренных подшипников больше, чем шатунных.

Однако, помимо положительных сторон в снижении износа шатунных шеек и подшипников центробежные ловушки имеют и отрицательные. При быстром загрязнении ловушек отложениями и при последующей неаккуратной очистке при техническом обслуживании возможно закупоривание выходного отверстия в шатунный подшипник. При этом скорость загрязнения центробежных ловушек существенно зависит от качества применяемого масла и эффективности системы его очистки в двигагеле. Центробежные ловушки способствуют увеличению запаздывания поступления масла в шатунные подшипники в пусковой период работы двигателя. Это обусловлено тем, что при остановке двигателя масло из ловушек может вытекать в картер и при пуске необходимо время для их заполнения маслом.

Исходя из обеспечения максимальной эффективности очистки масла и грязеемкости центробежные ловушки имеют отверстия для выхода масла в шатунный подшипник на минимальном расстоянии от оси коленчатого вала. В этом случае, даже при наличии масла в ловушке, она не может ускорить подачу масла к шатунному подшипнику в начальный период работы двигателя, так как при вращении вала масло под действием центробежных сил отбрасывается к периферии за зону выходных отверстий ловушки, и только дополнительная подача масла насосом обеспечит его поступление к шатунному подшипнику. Очистка центробежных ловушек от загрязнений в эксплуатации представляет довольно трудоемкую технологическую операцию и увеличивает общую трудоемкость технического обслуживания двигателя.

Таким образом, центробежные ловушки, уменьшая при нормальной работе двигателя износ шатунных шеек и вкладышей, способствуют снижению безотказности и увеличению трудоемкости технического обслуживания двигателя. Поэтому желательным является применение в двигателе особо эффективной полнопоточной тонкой очистки масла при обычном его подводе к шатунным подшипникам коленчатого вала без центробежных ловушек в шейках. Это и осуществлено в последних моделях двигателей ЯМЗ.

Надежность работы подшипников в значительной степени зависит от их теплового состояния. В НАМИ были проведены исследования температурного режима работы коренных подшипников коленчатого вала ряда современных автомобильных двигателей (рабочий объем цилиндров 2,45; 3,0; 4,25; 6,0 л). Установлено, что температура подшипников повышается с увеличением оборотов коленчатого вала, нагрузки двигателя, температуры охлаждающей воды и масла, а также с уменьшением давления в системе смазки. При движении масла из картера к подшипникам происходит значительное, до 18°С, повышение температуры масла из-за нагрева в насосе и каналах блок-картера. Износ шеек коленчатого вала и вкладышей больше в подшипниках, имеющих повышенную температуру. В двигателях повышенной изношенности тепловое состояние вкладышей подшипников обычно на 4-6°С ниже, чем в новых двигателях, что обусловлено повышенным расходом масла черезувеличенные зазоры.

Надежность работы подшипников во многом зависит от их антифрикционного материала. Последний должен обладать в основном следующими улучшенными свойствами:

антифрикционными - сопротивление задирам, прирабатываемость, способность поглощать абразивные частицы, высокая износостойкость и способность обеспечивать минимальный износ вала, способность удерживать граничную смазку при повышенных температурах, низкий коэффициент трения;

прочностными - сопротивление выкрашиванию при переменной ударной нагрузке, небольшое разупрочнение с повышением температуры;

физическими - теплопроводность, теплоемкость, коэффициент теплового расширения, температура плавления;

антикоррозионными;

технологическими,

В современных автомобильных двигателях применяются в основном следующие типы вкладышей:

биметаллические (сталь - свинцовистая бронза), получаемые литейным способом;

биметаллические (сталь - свинцовистая бронза), получаемые путем спекания меди и свинца на стальной ленте;

триметаллические - с антифрикционным промежуточным слоем из свинцовистой бронзы, образованным путем заливки или спекания, и с поверхностным приработочным слоем толщиной около 15-25 мкм из сплава свинца с оловом (10%) или с индием;

триметаллические - типа «Дюрекс 100» с медноникелевым подслоем, пропитанным и покрытым мягким свинцовым сплавом;

монометаллические и биметаллические - с антифрикционным материалом из алюминиевого сплава;

триметаллические - с антифрикционным промежуточным слоем из алюминиевого сплава;

биметаллические - сталь-баббитовые с уменьшенной для повышения усталостной прочности (до 100 мкм) толщиной антифрикционного слоя.

В отечественных карбюраторных двигателях до 1954 г. применялись биметаллические вкладыши: высокооловянистый баббит Б89 дли двигателей ЗИЛ, свинцовистый баббит БТ для двигателей ГАЗ, баббит БН для двигателей АЗЛК и УралАЗ. В период 1955-1959 гг. баббиты были заменены свинцовым сплавом СОС 6-6, что позволило в 1,3-1,7 раза повысить долговечность подшипников и главным образом за счет снижения выкрашивания антифрикционного сплава. При этом износ шеек вала уменьшился примерно на 15-20%, что обусловлено меньшей твердостью сплава СОС 6-6, а отсюда большей способностью поглощать абразивные частицы.

Дальнейшее повышение нагрузок на подшипники вызвало необходимость применения в 1968-1969 гг. в новых двигателях ЗИЛ-130Л\-\3-13 и других вместо биметаллических вкладышей со сплавом СОС 6-6 триметаллических с медноникелевым подслоем, пропитанным этим же сплавом.

Однако выносливость и этих вкладышей (особенно для шатунных подшипников) оказалась недостаточной. Поэтому в последние годы в карбюраторных двигателях ЗИЛ-130, ЗМЗ-53, АЗЛК-412 применяются биметаллические вкладыши с антифрикционным слоем из алюминиевого сплава (с 20%, олова).

В двигателях ЯМЗ вкладыши коренных подшипников - монометаллические из алюминиевого сплава, шатунных - биметаллические (сталь - свинцовистая бронза). В двигателях ЗМЗ-21 и АЗЛК-408 используются биметаллические вкладыши с уменьшенной толщиной антифрикционного слоя из сплава СОС 6-6.

В дизелях ЯМЗ до 1970 г. применялись биметаллические вкладыши с антифрикционным сплавом из свинцовистой бронзы. В настоящее время применяются тонкостенные биметаллические сталеалюминиевые вкладыши.

Применение полнопоточных систем тонкой очистки масла существенно снизило взносы узла подшипник-шейка вала. В результате этого подавляющее большинство современных двигателей направляется в капитальный ремонт с зазорами в подшипниках коленчатого вала, не достигшими предельных взносов. В этом случае основным критерием надежности подшипников является не износостойкость антифрикционного материала, а его усталостная прочность. Так, по данным ( 3), за период эксплуатации двигателей ЗИЛ-130 до сдачи в капитальный ремонт предельные зазоры в шатунных и коренных-подшипниках с триметаллическими вкладышами с антифрикционным материалом СОС 6-6 имеют всего соответственно 5 и 7% двигателей. При этом выкрашивание антифрикционного материала из-за усталостных явлений имеет более 40% поврежденных вкладышей.

5. Безопасность жизнедеятельности

Безопасность жизнедеятельности - система законодательных, социальных, экономических, технических, гигиенических и организационных мероприятий, обеспечивающих безопасное сохранение здоровья и работоспособности человека в процессе труда. Охрана труда включает в себя полный комплекс вопросов техники безопасности, промсанитарии и соблюдения трудового законодательства. В данной части дипломного проекта рассматривается организация труда на участке наплавки ОАО НТМК.

5.1 Опасные и вредные производственные факторы

Сварочные и наплавочные работы относятся к категории работ с повышенной степенью опасности, что обуславливает повышенные требования к организации рабочих мест, обслуживанию сварочной и наплавочной аппаратуры и оборудования. При сварке и наплавке организм человека может подвергаться химическому, физическому и психофизиологическому воздействию. Химическое воздействие при ручной дуговой сварке углеродистой стали электродами с фтористо-кальциевым покрытием оказывает сварочная пыль, основными компонентами которой являются соединения железа, марганца, кремния, титана, токсические вещества - фториды, а также выделяющийся газ - фтористый водород. При наплавке под флюсом при образовании сравнительно небольшого количества сварочной пыли наблюдается повышенное выделение фтористого водорода. Наличие в сварочной пыли и газах перечисленных выше веществ может привести к возникновению у сварщиков острых отравлений и хронических профессиональных заболеваний - бронхита, пневмокониоза и др.

Физическое воздействие. При работе с флюсами во время технологического процесса, связанного с засыпкой флюса в бункер, а также при очистке швов от шлаковой корки, в воздухе рабочей зоны содержится мелкодисперсная пыль, образующаяся от механического измельчения флюса и шлаковой корки. При ручной дуговой сварке наблюдается повышенная яркость света и высокий уровень ультрафиолетового и инфракрасного излучения. Эти излучения могут вызывать такие заболевания как электроофтальмия, конъюнктивит, помутнение хрусталика глаза. Отсутствие специальной одежды и обуви, защищающей сварщиков от теплового облучения, может привести к нарушению терморегуляции организма и вызвать тепловой удар. Уровень шума на рабочих местах является умеренным. Большое напряжение в электрической цепи, замыкание которой может произойти через тело человека при соприкосновении с открытыми токоведущими частями оборудования, может вызвать опасность поражения отдельных его органов или организма в целом. Искры, брызги и выбросы расплавленного металла и шлака могут явится причиной ожогов кожных покровов, травмирования органов зрения. Кроме того, они повышают опасность возникновения пожаров. Психофизиологическое воздействие на человека может проявляться в виде физических и нервно-психических нагрузок. Физической нагрузкой при ручной дуговой сварке является статическое перенапряжение, вызванное длительностью непрерывной работы, поддержания рабочей позы. Нервно-психическую нагрузку вызывает напряжение зрения, вызванного непрерывностью наблюдения за качеством сварного шва, а также неблагоприятными условиями работы органов зрения.

5.2 Безопасность труда при проведении сварочных и наплавочных работ

Перед началом работы электросварщик должен:

осмотреть и привести в порядок рабочее место, проверить исправность приспособлений и инструмента, убрать все лишние и мешающие предметы и легковоспламеняющиеся материалы, если пол скользкий, вытереть его;

проверить исправность электрододержателя и наличие на сварочном посту приспособления для укладки электрододержателя при кратковременных перерывах в работе;

проверить на сварочном посту электропроводку (надежность крепления проводов к источнику питания, целостность изоляции проводов);

внимательно проследить, чтобы заземление корпуса одного агрегата не служило для заземления другого, заземляющий провод от каждого агрегата необходимо присоединить параллельно к общему заземлению;

подключить к сети электросварочные агрегаты, генератор, а также наблюдать за их исправным состоянием в процессе их эксплуатации;

при включении автомата сначала включить рубильник питающей сети, а затем сварочный аппарат; при отключении указанные операции нужно проделать в обратном порядке;

прочно уложить и закрепить изделие, подлежащее сварке или наплавке;

проверить наличие и исправность защитных кожухов на рубильниках и предохранителях; рубильник следует включать и выключать быстро;

при выявлении недостатков в организации рабочего места, неисправности оборудования, применяемого инструмента, защитных средств, средств пожаротушения сообщить руководителю робот и до к работе не приступать.

Во время устранения недостатков и неисправностей работы электросварщик должен:

быть внимательным, не отвлекаться сам и не отвлекать других;

не допускать на рабочее место лиц, не имеющих отношения к работе; не проводить сварочные работы вне рабочего места без разрешения мастера;

ограждать места сварки и наплавки передвижными шторами;

следить, чтобы руки, обувь и одежда были всегда сухими - это уменьшит вероятность электротравмы;

для защиты глаз и лица обязательно пользоваться наголовным или ручным щитком со специально подобранными стеклами;

не выполнять сварочные работы вблизи (не менее 15 м) легковоспламеняющихся жидкостей, горючих и огнеопасных материалов;

следить, чтобы провода аппаратов были изолированы и защищены от механических повреждений;

не сваривать металл на весу;

не отсоединять сварочный провод рывком, не подходя к источнику питания;

не работать на неисправном сварочном оборудовании;

о замеченных неисправностях на рабочем месте и в оборудовании сообщить руководителю и без его указания к работе не приступать;

не касаться частей механизмов, находящихся в движении, деталей электрооборудования, электроприводов и электроприборов;

следить за тем, чтобы детали электрооборудования, к которым прикасаются во время работы, были изготовлены из диэлектрического материала, а места паяных соединений проводов были тщательно изолированы;

выполнять только ту работу, которая поручена мастером и по которой дан инструктаж;

при автоматической наплавке под флюсом применять катушки (кассеты) с проволокой, обеспечивающие свободный ход проволоки усилием

подающего механизма;

в случае необходимости отделения катушки (кассеты) с проволокой (замена подающих роликов, образование сгибов у подающих роликов и т.п.) от подающего механизма необходимо: отключить оборудование и затем кусачками или пассатижами откусить проволоку у входа в направляющий канал подающего механизма, придерживая при этом одной рукой проволоку со стороны катушки (кассеты), и затем закрепить в отверстии на катушке (кассете); оставшуюся проволоку в подающем механизме удалить в обратном порядке, предварительно откусить кусачками или пассатижами с конца проволоки у мундштука каплю застывшего металла или заусенцы, затем аккуратно смотать проволоку в моток, концом последнего витка этой проволоки и убрать в тару металлоотходов; следить за тем, чтобы кусачки и пассатижи были исправными: на рукоятках не должно быть зарубин, губки кусачек должны быть острыми, без щербин и сколов;

не удалять оставшуюся проволоку руками;

зачистку швов от брызг металла и шлака, уборку флюса со шва производить в защитных очках и рукавицах;

выключить автомат, если головка автомата “бьет” током, и немедленно доложить руководителю об этом;

при наплавке под флюсом для устранения проникновения лучей электрической дуги подсыпать флюс до устранения указанного явления;

в случае получения травмы немедленно прекратить работу, обратиться в медицинский пункт и одновременно сообщить об этом руководителю;

при тяжелом несчастном случае с товарищем немедленно вызвать скорую помощь, а до прибытия врача оказать пострадавшему первую доврачебную помощь.

По окончании работы электросварщик должен:

отключить источник питания от электросети и отсоединить провод с электродержателем, свернуть сварочные кабели в бухты и положить возле сварочного агрегата; при работе на постоянном токе сначала отключить цепь постоянного тока, затем переменного;

выключить местную вентиляцию;

обследовать все места, куда могли долететь искры и расплавленные брызги металла и вызвать загорание; убедиться, что после работы не осталось тлеющих предметов (ветоши, дерева и т. п.);

в случае возникновения пожара сообщить в пожарную охрану комбината и до прибытия машины приступить к тушению пожара имеющимися средствами пожаротушения на данном участке;

убрать инструмент и приспособления в специально отведенное для этого место;

убрать с рабочего места посторонние предметы, собрать огарки электродов вместе с ярлыком и сдать в электродную кладовую;

сдать руководителю рабочее место в полном порядке и сообщить ему обо всех замечаниях и неполадках, имевших место во время работы;

снять рабочую одежду и убрать ее в шкафчик, вымыть лицо и руки.

5.3 Охрана труда и техника безопасности при газопламенном напылении

Охрана труда - система законодательных актов, социально-экономических, организационных, технических, гигиенических и лечебно-профилактических мероприятий и средств, обеспечивающих безопасность здоровья и работоспособность человека в процессе труда.

Производственная санитария - система организационных мероприятий и технических средств, предотвращающих воздействия на работающих вредных производственных факторов. Производственная санитария включает в себя:

санитарно-гигиенические требования к производственным зданиям, помещениям и рабочим местам, которые подразумевают санитарно- гигиеническое благоустройство машиностроительных предприятий и их надлежащее состояние и содержание, что является важнейшими мероприятиями по борьбе с профессиональными заболеваниями, снижение неблагоприятного воздействия на работающих вредных производственных факторов, предотвращение загрязнения воздушного бассейна, почвы, водоемов и т.д.;

требования к освещению производственных помещении;

защиту от производственных вибраций, шума, ультра- и инфразвука; это можно достичь экранированием, использованием средств индивидуальной защиты;

защиту от электронных полей, которая включает в себя: экранирование рабочего места, увеличение расстояния между источником излучения и рабочим местом, применение предупредительной сигнализации, применение средств индивидуальной защиты;

защиту от ионизирующих излучений; защита достигается путём использования источников с минимально возможным выходом излучения;

ограничение времени работы с источником, экранирование источников;

санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны.

Техника безопасности включает в себя:

электробезопасность: корпуса аппаратуры и источников тока необходимо заземлять; всё оборудование не реже одного раза в год должно проходить техническое освидетельствование; в некоторых случаях оборудование снабжается защитным отключением;

безопасность эксплуатации герметических систем, находящихся под давлением;

требования безопасности к производственному оборудованию.

В зависимости от применяемого метода напыления зависит организация рабочего места при выполнении работ по восстановлению деталей напылением. Комплекс технически связанного между собой оборудования для выполнения работ по напылению называется постом, установкой (станком), линией. В комплексы в зависимости от оснащения входят: оборудование для напыления (источник питания, установка для наплавки с приборами управления и регулирования процесса), технологические приспособления и инструмент, механическое и вспомогательное оборудование (транспортные, погрузочные устройства) и система управления.

В состав установки УПТР-1-78М для напыления входят: редуктор, воздушный маслоотделительный фильтр, пульт управления, термораспылительный пистолет, горелка для оплавления покрытий из самофлюсующихся сплавов.

На рабочем месте устанавливают стол с подставкой для газовой горелки. На расстоянии 3...4 м от стола монтируют рампу с кислородным и ацетиленовым редукторами и шкаф для хранения шлангов и горелок. Ацетиленовый генератор, а также баллоны с кислородом и ацетиленом хранятся в отдельных помещениях.

К работам по напылению допускаются рабочие не моложе 18 лет, прошедшие медицинское освидетельствование и специальное обучение, имеющие удостоверение на право выполнения указанных работ. Все рабочие ежегодно должны проходить проверку знаний.

Рабочий пост должен быть оборудован местной вытяжной вентиляцией для отсоса вредных паров, газов и аэрозолей, состоящих из окислов металлов и продуктов сгорания обмазок и флюсов.

Правильное и рациональное размещение рабочего места имеет большое значение в повышении безопасности работ по напылению, производительности труда и качества напыления. Для улучшения вентиляции стены и кабины не доводят до пола на 15.. .20 см. Материалом стен кабин служит тонкое железо, фанера, брезент, покрытые огнестойким составом, или другие огнестойкие материалы. Дверной проем, как правило, закрывается брезентовым занавесом на кольцах. Стены окрашивают в светлые матовые тона. Полы должны иметь ровную нескользкую поверхность, без выбоин и порогов. В помещениях с холодными полами, например, цементными на рабочих постах под ноги укладывают деревянные решетки или настилы. Большое значение для безопасности имеет проверка правильности проведения шлангов с кислородом и ацетиленом. Прокладка шлангов к станкам по полу или земле, а также другим способом, при котором шланги не защищены и доступны для прикосновения, не разрешается. Перед началом работы рабочий обязан надеть специальную одежду - брезентовый костюм, ботинки и головной убор. Для защиты глаз и лица от действия лучистой энергии выдаются щитки ГОСТ 124035-78 со светофильтрами ГОСТ 9418-81.

В местах хранения и вскрытия барабанов с карбидом кальция запрещено курить и применять инструмент, дающий при ударе искры. Барабаны с карбидом хранят в сухих прохладных помещениях. Вскрытие барабана разрешается только латунным ножом. Ацетилен при соприкосновении с медью образует взрывчатые вещества, поэтому применять медный инструмент при вскрытии нельзя. Ацетиленовые генераторы располагают на расстоянии не менее 10 м от открытого огня.

Баллоны с газами хранят и транспортируют только с навинченными на их горловине предохранительными колпаками и заглушками на боковых штуцерах вентилей. При транспортировании баллонов не допускаются толчки и удары. Переносить баллоны на руках запрещается. К месту работы их доставляют на специальных тележках или носилках.

Баллоны с газом устанавливают в помещении не ближе чем на 1 м от радиаторов отопления и не ближе чем на 10 м - от горелок и других источников тепла с открытым огнем.

Запрещено хранить баллоны с кислородом в одном помещении с баллонами горючего газа, с барабанами карбида кальция, лаками, маслами и красками.

Заключение

вал износ напыление восстановление

Проблема восстановления коленчатых валов очень актуальна, т.к. от их работоспособности зависит ресурс работы двигателя. В мировой практике известны различные способы ремонта коленчатых валов: это обработка под ремонтный размер, установка дополнительных ремонтных деталей, наплавка в среде защитных газов вибродуговая наплавка. наплавка под флюсом. Однако применение каждог8о из перечисленных способов ограничено. В данном проекте представлен краткий литературный обзор по проблеме восстановления изношенных шеек коленчатых валов методами наплавки и напыления; произведен выбор наиболее рационального метода восстановления изношенных шеек коленчатых валов методом газопламенного напыления. В технологической части проекта рассмотрены вопросы, включающие характеристику изделия, его материал, химический состав и механические свойства; представлен выбор материалов для напыления и технологического оборудования, приведено обоснование выбора наиболее рационального режима напыления. Разработана рациональная последовательность выполнения технологических операций при газопламенном напылении. Приведены основные направления дальнейшей работы.

В качестве оборудования рекомендована установка УПТР-1, которая комплектуется горелкой ГН-2. Для равномерного нагрева деталей рекомендовано приспособление одновременно размещающее 3 горелки, расположенные под углом 120 градусов друг к другу. Использование их улучшает условия труда оператор, т.к. он освобождается от тяжелой статической позы с горелкой. Рекомендованы режимы напыления, установленные в результате промышленных испытаний данного метода. Получены высокие результаты испытаний на износостойкость восстановленных шеек коленвалов.

В проекте представлена экологическая ситуация в отрасли и на предприятии, а также в целом по городу Нижний Тагил. В исследовательской части приведены результаты сравнительного анализа стойкости шеек коленчатых валов, восстановленных различными способами наплавки и напыления. По данным исследований стойкость напыленных шеек коленчатых валов не уступает наплавленным под слоем флюса, при этом тепловложение в основной металл незначительно, что позволяет снизить деформации возникающие при наплавке, сохранить структуру основного металла

В экономической части проекта выполнен анализ экономической эффективности от внедрения данной технологии в сравнении с базовым вариантом-вибродуговой наплавкой. Экономический эффект от внедрения данного варианта составит 74,91 рубля на одно изделие. Экономическая эффективность достигается за счет экономии затрат на материалы. электроэнергию и затрат на основную и дополнительную заработную плату Ремонт шеек коленчатых валов по сравнению с изготовлением нового имеет два положительных экологических аспекта: экономия материальных и энергетических ресурсов, а также снижение выбросов в окружающую среду вредных веществ. С точки зрения экономичности проект также имеет положительную оценку, поскольку приобретение новых валов повлечет за собой гораздо большие расходы, но и вообще может оказаться не возможным в связи со сложившейся экономической ситуацией в стране.

Разработанная технология ремонта шеек коленчатого вала прошла промышленное опробование и рекомендована к внедрению в ремонтное производство. Краткий пакет технологической документации представлен в приложении к проекту и может быть успешно использован для осуществления ремонта типовых деталей методами газопламенного напыления.

Список использованных источников

1. Барвинок В.А. Управление напряжённым состоянием и свойства плазменных покрытий, М: Машиностроение, 1990, 24 с.

. Горшков А.А., Волошенко М.В. Литые коленчатые валы. М.: Машиностроение, 1964, 71с.

. Гусев Н.М., Киреев, Н.Н., Освещение промышленных зданий, М.: Литература по строительству, 1968, 45 с.

. Донецко Д.Н. Восстановление чугунных коленчатых валов автоматической наплавкой. М. Транспорт, 1970, 33 с.

. ЕСКД. Общие правила выполнения чертежей. М. Государственный комитет СССР по стандартам, 1985, 11 с.

. Какуевицкий В.А. Восстановление деталей автомобилей на специальных предприятиях, М. Транспорт, 1988, 43 с.

. Кноринг Г.М., Электрическое освещение, Ленинград: Энергия, 1968,29 с.

. Методическое руководство по дипломному проектированию для студентов всех видов специальности 0504 - Оборудование и технология сварочного производства, изд. Свердловск УПИ им. Кирова СМ. 1998,68 с.

. Молодык Н.В., Зенкин А.С. Восстановление деталей машин, М.: Машиностроение, 1989, 86 с.

. Полтев Г.А., Охрана труда, изд. М.: Машиностроение, 1985, 16 с.

. Сидоров А.А. Восстановление деталей машин напылением и наплавкой, М.: Машиностроение, 1988, 53 с.

. Справочник. Газотермические покрытия из порошковых материалов. Под редакцией Трефилова В.И. М.: Наукова думка, 1987, 83 с.

. Справочник конструктора машиностроителя. Под редакцией Анурьева В.И. М.: Машиностроение, 1968, 83 с.

. Справочник охраны труда. Под редакцией проф. Князевского Б.А. М.: Высшая школа, 1912, 71 с.

. Справочник безопасности производственных процессов. Под редакцией д-ра техн. наук. проф. Белова СВ. М.: Машиностроение, 1985, 39 с.

. Толстов И.А., Коротков В.А. Справочник по наплавке. Челябинск. Металлургия, 1990, 67 с.

. Хасун А., Моригаки О., Наплавка и напыление, М.: Машиностроение, 1985, 67 с.

. Черновол М.И., Поединок СЕ. Повышение качества восстановления деталей машин, К.: Техника, 1989, 55 с. 11.

. Юдин В.А. Охрана труда, М.: Машиностроение, 1985, 25 с. 19.

Приложение

Схема технологического процесса газопламенного напыления коленчатых валов