Разработка технологического процесса восстановления толкателя клапана газораспределительного механизма

Пружины клапанов цилиндрические с равномерным шагом витков и разным направлением навивки. На каждом клапане установлены две пружины. Нижними торцами пружины опираются на головку через стальную шайбу 16, верхними — в тарелку 12. Тарелки упираются во втулку, которая соединена со стержнем клапана двумя конусными сухарями. Разъемное соединение втулка — тарелка дает возможность клапанам проворачиваться относительно седла.

Газораспределительный механизм является одним из важнейших  элементов автомобиля, который предназначен для своевременного впуска в цилиндры двигателя свежего заряда и для  выпуска отработавших газов. Непрерывность  рабочего процесса обеспечивается за счет безотказной работы деталей  газораспределительного механизма. Но каждая деталь в процессе  эксплуатации подвержена  действию неких сил  в результате чего изменяется его  форма, состояние, размеры.

Рассматриваемая  деталь - толкатель так же является не исключением.

 

 

 

1.3.3. Наиболее распространенные дефекты толкателя.

 

Дефекты толкателя показаны на рис. 2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 2. Дефекты толкателя.

 

Наименование  дефектов толкателя приведены в  табл. 2.

 

Таблица 2.

№ дефекта	Обозначение	Измерительный инструмент	Возмож-ный дефект	Размеры, мм
				номинальный	предельно допустимый без ремонта
1	А	Штангенциркуль ШЦ-I ГОСТ 166-80	Износ стержня толкателя	Ø21,80	Ø 21,78
2	Б		Износ, выкрашивание наплавленной поверхности пяты	Размер В:
				24,7+0,2	23,9

 

1.3.4. Причины изменения формы геометрических размеров.

Усталостное изнашивание поверхности трения или отдельных ее участков в результате повторного деформирования микрообъемов материала, приводит к возникновению трещин и отделению частиц от детали, которое происходит при качении и скольжении. Износ обусловливается микропластическими деформациями и упрочнением поверхностных слоев трущихся деталей. При этом имеют место напряженное состояние активных объемов металла у поверхности трения и особые явления усталости при знакопеременных нагрузках, вызывающих трение металла в поверхностных слоях и, как следствие, их разрушение. Пульсирующие нагрузки резко усиливают темп осповидного износа на поверхности толкателя. Разрушение при таком износе характеризуется появлением микро- и макротрещин, расположенных под небольшими углами к поверхности трения, с последующим развитием их в осповидные углубления и впадины. В результате износа частицы поверхностного слоя откалываются, поверхность становится неровной и приобретает матовый оттенок.

Абразивное  изнашивание возникает при трении скольжения и наличии между трущимися поверхностями мелко раздробленной твердой среды, вызывающей как бы выкрашивание частиц металла из поверхности деталей в результате режущего или царапающего действия твердых тел или частиц, которые также наблюдаются на поверхности толкателя. Изменение размеров деталей при абразивном изнашивании зависит от ряда факторов: материала и механических свойств толкателя, режущих свойств абразивных частиц, удельного давления и скорости скольжения при трении.

Наблюдается также изнашивание вследствие пластического деформирования, которое характеризуется тем, что при повышенных нагрузках и температурах деталь интенсивно деформируется с образованием пластически выдавленной риски или со снятием стружки (пластическое резание). Поверхностные слои металла постепенно перемещаются под действием сил трения в направлении скольжения. В этом случае изнашивание может происходить без потери веса, но при изменении размеров.

Изнашивание при хрупком разрушении наблюдается редко на поверхности толкателя, которое характеризуется тем, что поверхностный слой одного из трущихся металлов в результате трения и сопутствующих ему пластических деформаций интенсивно наклёпывается и становится хрупким.

2. ВЫБОР РАЦИОНАЛЬНОГО СПОСОБА УСТРАНЕНИЯ

ДЕФЕКТОВ ДЕТАЛИ.

 

2.1. Оценка критериев устранения дефектов детали различными способами.

 

По  заданию изношена наружная поверхность  - А толкателя клапана на    0,3 мм.

 

Для устранения изношенной поверхности  толкателя может быть применено несколько способов.

По  табл. 2 [1] выбираем способ устранения износа.

Устранить износ поверхности толкателя можно наплавкой в среде углекислого газа, вибродуговой наплавкой, хромированием, железнением, контактной наваркой, ручной наплавкой.

 

По  техническому критерию или коэффициенту долговечности (табл. 4 [1]) – оцениваем эксплуатационные свойства детали, восстановленной каждым способом, выбранным по технологическому критерию.

 

Значения  коэффициентов приведены в табл. 3:

 

 

Таблица 3

Технические критерии способов восстановления

 

Способ восстановления	Значения коэффициентов			Удельная себестоимость восстановления
	износо-стойкости, Ки	выносли-вости, Кв	сцепляемос-ти, Ксц
Наплавка в среде углекислого  газа	0,85	0,9…1,0	1,0	6,0…8,0
Вибродуговая наплавка	0,85	0,62	1,0	8,0…10,0
Хромирование	1,0…1,3	0,7…1,3	0,4…0,5	0,4…9,0
Железнение	0,9…1,2	0,8	0,65...0,8	0,4…9,0
Контактная наварка	0,9…1,1	0,8	0,8…0,9	7,5…8,5
Ручная наплавка	0,9	0,8	0,8…0,9	12,0…14,0

 

 

Коэффициент долговечности К_д численно принимается равным значению коэффициента, который имеет наименьшую величину.

 

Окончательное решение о выборе рационального  способа устранения дефекта детали принимаем по технико-экономическому критерию. Он отражает технический уровень применяемой технологии, затраты на восстановление и эксплуатацию детали.

 

где	– удельная себестоимость способа устранения дефекта, руб./м2 для, значения приведены в табл. 5 [1];
	– коэффициент долговечности восстановленной детали (см. табл. 3).

 

 

для наплавки в среде углекислого газа:

 

для вибродуговой наплавки:

 

для хромирования:

 

для железнения:

 

для контактной наварки:

 

ручная  наплавка:

 

С учетом величины и характера износа, материала толкателя, его конструктивных особенностей и затрат на восстановление принимаем для восстановления поверхности толкателя клапана наплавку в среде углекислого газа.

 

 

2.2. Описание выбранного способа восстановления детали.

 

 

Дуговая наплавка в среде защитных газов является наиболее распространенным способом восстановления деталей в ремонтном производстве не только в России, но и за рубежом.

Сущность способа заключается в том, что электрическая дуга горит между электродом и наплавляемой деталью в струе газа, вытесняющего воздух из плавильного пространства, и расплав металла защищается от действия кислорода и азота воздуха. При наплавке и сварке стальных деталей используют углекислый газ, при сварке алюминия — аргон или гелий.

Схема наплавки в среде защитных газов приведена на рис. 3.

Процесс широко применяется для восстановления цилиндрических поверхностей деталей.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 3. Наплавка в среде защитных газов:

 

1-мундштук; 2- трубка; 3-газовое сопло; 4- наконечник; 5-электродная проволка

 

Сварку и  наплавку выполняют электродной  проволокой диаметром от 0,8 до 2,5 мм. Детали из малоуглеродистых и низколегированных сталей наплавляют проволокой диаметром 1,2 – 1,5 мм марок С_в–0,8, С_в–10А, Н_п–30, Н_п–40 и др., а из легированных сталей – марок С_в–18ХГСА, Н_п–30ХГСА, порошковыми проволоками марок ПП–3Х2В8, ПП–Х42ВФ и др. Высокую износостойкость наплавленного слоя можно получить наплавкой проволоки Н_п–2Х13.

Наплавка деталей в среде  углекислого газа по сравнению с  наплавкой под слоем флюса  имеет следующие преимущества: более  высокая (на 20—30 %) производительность процесса; меньший нагрев детали; отсутствие необходимости очистки наплавленного  слоя от шлаковой корки. Недостатком  процесса является склонность наплавленного  слоя к образованию трещин и значительное разбрызгивание металла.

Наплавка порошковой проволокой. Порошковая проволока представляет собой свернутую  из стальной ленты трубку диаметром 2—3 мм, заполненную шихтой в виде механической смеси легирующих (ферросплавы, углерод, различные металлы), защитных (мрамор, плавиковый шпат и др.) компонентов, железного порошка, а также веществ, стабилизирующих горение дуги.

Преимущества процесса — простота   его выполнения, так как не требуется  наличие флюсов или защитных газов, возможность получения износостойкого наплавленного металла и относительно высокий коэффициент наплавки  12— 20 кг/ (А -ч). Недостатки — значительная стоимость проволоки, получение  наплавленного металла с неравномерной  структурой и с повышенной пористостью.

При наплавке поверхностей значительной ширины и цилиндрических поверхностей больших диаметров вместо порошковой проволоки эффективнее применять  порошковую ленту шириной от 20 до 100 мм.

Режимы наплавки характеризуются силой тока, напряжением, скоростью наплавки, скоростью подачи проволоки, шагом наплавки, вылетом и смещением электрода.

 

 

 

 

 

 

3. РАЗРАБОТКА РЕМОНТНОГО ЧЕРТЕЖА ДЕТАЛИ.

 

 

 

 

 

 

4. РАСЧЕТ НЕОБХОДИМОЙ ТОЛЩИНЫ ПОКРЫТИЯ.

Толщина покрытия, наносимого на наружную цилиндрическую поверхность:

 

где: – толщина покрытия, мм;

– износ детали, мм;

– припуск на обработку перед покрытием, мм; (ориентировочно 0,1 ...0,3 мм на сторону);

– припуск на механическую обработку после нанесения покрытия, мм (на сторону), по табл. 6 [1] = 0,6 - 0,8 мм.

5. СХЕМА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ВОССТАНОВЛЕНИЯ ДЕТАЛИ.

Схема технологического процесса восстановления при наплавке приведена на рис. 4.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 4. Схема технологического процесса восстановления

при наплавке.

 

 

На специализированных предприятиях широко применяется маршрутная технология восстановления деталей, обеспечивающая правильную очередность выполнения операций своевременный операционный контроль, облегчающая производственной планирование, создающая предпосылки для поточного производства, повышения производительности труда и качества восстановления деталей. Количество маршрутов для одной детали не должно превосходить пяти – шести, маршруты должны комплектоваться на основе естественного сочетания дефектов.

Рекомендуются различные способы сокращения количества маршрутов: включение в состав одного маршрута восстановление всех соосных  поверхностей, включение в состав всех маршрутов сравнительно несложных  операций (правки, сверления отверстий, нарезки резьб, перепрессовки и  ряда других); отнесение деталей  с малораспространенными сочетаниями  дефектов к редким маршрутам и  др.

 

 

 

6. СОДЕРЖАНИЕ ОПЕРАЦИЙ.

 

 

6.1. Выбор средств технологического оснащения процесса.

 

 

6.1.1. Очистка и мойка детали.

 

Виды загрязнений: остатки масел и смазок, отложения  смол, аморфные и структурированные  осадки, продукты коррозии и механического  изнашивания. Способ очистки: в растворах  синтетических моющих средств (МЛ–51, МЛ–52, Лабомид–101, Лабомид – 203, МС–8, Темп–100), в растворяюще–эмульгирующих средствах, доочистка механизированными инструментами в барабанах (АМ–15, ДВП–1, Термос, Ритм), ручным механизированным инструментом, обработка растворами кислот (Каустик). Оборудование: струйная камерная машина ОМ–4610, струйная конвейерная машина ОМ–5343, погружная моечная машина ОМ–12190, ультразвуковая ванна УЗВ–16М, комбинированная моечная машина ОМ–9318, моечная машина для очистки мелких деталей ОМ–6068А. 

 

 

6.1.2. Контроль детали.

 

Контролируемые  показатели: измерение размеров деталей (линейные размеры, углы между плоскостями, осями), контроль отклонения формы (отклонение от цилиндричности, прямолинейности, плоскостности), контроль отклонения расположения поверхностей (радиальное и торцевое биение, расположение осей, поверхностей), контроль параметров шероховатости, контроль твердости поверхности, контроль целостности детали.

Используемые средства дефектации: штангенциркуль, микрометрические инструменты и рычажно–зубчатые приборы, угломер, индикаторные приспособления, проверочные линейки и плиты, струбцина с индикатором, твердомеры ТШ и ТК, магнитный, люминесцентный и ультразвуковой дефектоскопы.

Стол для  дефектации ОРГ-14-68-01-090А.

 

 

6.1.3. Черновое шлифование перед наплавкой.

 

Шлифование выполняют на круглошлифовальном станке  3М152МВФ.

 

Рекомендуемый режим (табл. 16 [1]):

продольная подача 0,005…0,015 мм/проход;

окружная скорость круга 25…30 м/с;

окружная скорость детали 10…15 м/мин.

 

 

6.1.4. Наплавка.

 

Наплавку производим, путем наложения валиков по винтовой линии с направленным охлаждением.

Для наплавки используются станки У-651, У-653 или полуавтоматы А-547Р, А-825М.