Технология изготовления клапана

Содержание 

1. Описание  функциональных признаков детали……………………….……..
1. Механизм газораспределения………………………………………….…
2. Клапаны впускные и выпускные………………………………………....
3. Изготовлении клапанов……………………………………………….…..
2. Выбор заготовки, материала, и определение коэффициента использования материала………………………….....................................................................
3. Разработка технологического процесса……………………………………..
1. Разработка маршрутно-технического процесса………………………...
2. Разработка операционного технологического процесса……………....
4. Расчет режима резания (на одну операцию)………………………………...
1. Исходные данные………………………………………………………….
2. Определении режима резания…………………………………………….
3. Проверка выбранного режима по мощности……………………………
4. Определение основного (технологического) времени………………......

Литература…………………………………………………………………………

 

     

1. Описание  функциональных признаков детали. 

1.1 Механизм  газораспределения

     Основное  назначение механизма газораспределения  – управление процессами впуска свежего заряда и выпуска отработавших газов. Механизм газораспределения в 4-тактных двигателях состоит из распределительного вала с приводом к нему, кулачный шайб (на валу), толкателей, штанг, рычагов, клапанов – впускных и выпускных; в 2-тактных двигателях газораспределения осуществляется самим поршнем чрез продувочные  и выпускные окна в цилиндре или через окна (продувка) и клапаны в крышке (выпуск). Передаточное отношение чисел оборотов распределительного вала к коленчатому валу составляет у 4-тактных двигателей 1:2 (так как открытие клапанов происходит один раз за два оборота коленчатого вала), тогда как у 2-тактных 1:1.

     Нужные  фазы клапанного газораспределения, т.е. моменты открытия и закрытия клапанов, а также законы движения клапанов определяются соответствующими профилями кулачных шайб, углом их заклинивания и кинематической схемой клапанного привода.

     Фазы  продувки и выпуска у бесклапанных 2-тактных двигателей определяются высотой окон и кинематикой шатунно-мотылевого механизма. 

1.2 Клапаны  впускные и выпускные

      Основными деталями  клапанного комплекта  являются (рис.1): клапан, корпус клапана,  направляющая втулка, пружина и ее тарелка.

Клапаны во время работы подвергаются  воздействию  высоких температур, а также значительным динамическим нагрузкам. Температуры  впускных клапанов достигают 300-400 С, а выпускных – 600-800 С; в особо тяжелых условиях работают выпускные клапаны, подвергающиеся воздействию протекающих с  
 

большой скоростью  горячих газов, вызывающих эрозию и газовую коррозию клапана.

     Теплоотвод  от клапанов осуществляется  в основном через опорное седло клапана и направляющую втулку стержня. В форсированных деталях для лучшего отвода тепло иног7да применяют пустотелые клапаны, залиты на ⅔ металлическим натрием,  имеющим низкую температуру плавления (97С) и высокую температуру кипения (880С). Заливка клапана натрием снижает температуру тарелки на 15-20%.

      Клапаны располагаются в крышке чащ всего  вертикально, что обеспечивает пониженный износ стержня и направляющей втулки; реже применятся наклонно расположении  клапанов. Клапаны открываются внутрь цилиндра, благодаря чему достигается плотно прилегании их к седлу при наличии высоких давлений газа в цилиндр; при небольших давлениях, а также при разрежении в цилиндр (во время процесса всасывания) плотность прилегания клапана к седлу обеспечивается натяжением пружины.

      Для получения хорошего наполнения цилиндра проходные сечения клапанов должны быть возможно большими.

      Клапаны устанавливают либо непосредственно  на крыше (см. рис. 1.а), либо помещают их в отдельный литой корпус (см. рис. 1,б); последняя конструкция сложнее, однако она позволяет производить смену клапанов без разборки крышки и охлаждаются водой. Непосредственная установка клапанов в крышки позволят увеличить диаметр тарелки клапана примерно на 20%  и применятся главным образом в двигателях быстроходного типа.

      Количество  клапанов у 4-тактных тихоходных двигателей, обычно два – один впускной и  один выпускной. 
 
 
 

 

При скорости поршня свыше 7-8 м/сек целесообразно  переходить на четыре клапана; обще проходное  сечение клапанов при этом увеличивается, а теплоотвод от клапанов (особенно выпускных) улучшается благодаря относительному уменьшению диаметра клапана. Для улучшения наполнения

цилиндра (при четырех клапанах) иногда диаметр  впускных клапанов делают на 15-20% больше диаметра выпускных.

      У 2-тактных двигателей с прямоточно-клапанной  продувкой  в  зависимости от скорости поршня и особенностей конструкции двигателя применяют  1,2,3 или 4 выпускных клапана.

      Клапаны делают цельными или составными: чаще всего применяется цельная  конструкция (см. рис. 1), которую изготовляют из кованных или штампованных стальных заготовок, причем тарелка клапана получается путем высадки материала. В быстроходных двигателях иногда применяют сварную конструкцию стержня и тарелки, изготовленных из различных материалов. В тихоходных двигателях встречаются составные конструкции клапанов (рис. 2 а, б), например, стальной стержень и опорная тарелка из жароупорного чугуна. 
 
 

В верхней  части стержня делают конус  а одну в  или несколько б выточек для фиксации опорной тарелки пружины (рис. 3) посредством разрезного сухаря г с конической наружной поверхностью. В малооборотных двигателях малой передней мощности ставят обычно одну пружину; в мощных двигателях – две и бол;  в бол форсированных двигателях устанавливают концентрически две (или даже три) пружины различного диаметра (см. рис. 1), причем навивка пружины должна быть сделана в разные стороны. 

 

В быстроходных двигателях  с непосредственным приводом клапана от кулачка тарелка  пружины ввертывается в нарзанно отверстие полого стержня клапана (рис. 4), что позволяет регулировать зазор между клапаном и кулачком.

      Тарелка 2 фиксируется особым замком 3, который  прижимается к тарелке клапанными пружинами; верхняя поверхность  тарелки должна быть цементирована и отшлифована.

      Переход от стержня к нижней тарелке клапана (грибку) должен быть выполнен с большим радиусом закругления и тщательно обработан, так как в

этом месте  обычно возникают наибольшие напряжения в клапане (рис. 5). Тарелка клапана имеет коническую фаску, которая садится на опорное седло;  
 

обычно  принимаемый угол конуса в 45 обеспечивает самоцентрирование клапана и надежно уплотни его.

      Форма тарелки клапана определяет его  жесткость, обтекаемость и устойчивость  конической фаски в работе. В тихоходных двигателях используют плоскую форму тарелки (рис. 5,а); в быстроходных двигателях применяют для впускных клапанов так называемую «тюльпанную» форму (рис. 5,б), а для выпускных клапанов – выпуклую (грибовидную) форму тарелки (рис. 5, в).

      Внутренний  диаметр клапанной тарелки d, определяющий проходное сечение клапана (см. рис. 1, а), составляет при двух клапанах в крышке d=(0,3…0,4)D, а при четырех клапанах d=(0,27…0,34) D. Ход клапана обычно лежит в пределах b=(0,24…0,70) d. Диаметр стержня d=(0,15…0,30) d.

      Опорным седлом клапана служит непосредственная крышка, корпус клапана или особо опорное кольцо (см. рис. 1.6). Опорное кольцо вставляется в корпус клапана (см. рис. 2,б), а в корпус крышки запрессовывается, ввертывается или завальцовывается (рис. 6).

     Начало подъема клапанов и момент посадки их на седло должны осуществляться плавно (с минимальными скоростями) во избежание возникновения ударов при  работе клапанов. Для обеспечения плотной посадки клапана на опорное седло должен быть предусмотрен регулировочный зазор, гарантирующий сохранении некоторого минимального зазора при всех режимах работы двигателя.

     Основными дефектами работы клапанов в эксплуатации являются: пропуски клапанов, выгорание поверхности фаски, зависание клапанов, обрыв тарелки клапана. 
 
 
 
 

 

1.3 Изготовление  клапанов

     Материалом  для клапанов служат стали разнообразных  марок. Пусковые клапаны, учитывая  содержание влаги в пусковом воздухе, изготовляют из нержавеющей стали 2 13.

     Для выпускных клапанов используют жаропрочные  и жаростойкие аустенитные стали. Наиболее широкое применение имеет сталь Х14Н14В. Иногда для  повышения  износостойкости стержни клапанов из стали Х14Н14В азотируют, а на фаски тарелок наплавляют литые твердые сплавы типа стеллитов, например вольфрамохромокобальтовый сплав ВЗК или нихром Х20Н80.

     Сплавы  ВЗК  и  Х20Н80 обладают хорошей  жаростойкостью до 1000-1100◦. Твердость  ВЗК около 70 HRC; нихром имеет меньшую твердость, но благодаря болшей пластичности лучше прирабатывается к седлу; плотное закрытие обеспечивается даже при короблении седел.  
 

     Твердые сплавы наплавляют на фаску клапана  восстановительным ацетилено-кислородным пламенем. Толщина наплавляющего слоя после шлифования около 1 мм.

     Для улучшения отвода тепла выпускные  клапаны иногда изготовляют полыми и заполняют металлическим натрием, который при работе двигателя находится  в жидком состоянии (температура плавления натрия 97.7◦)

     Выпускные клапаны менее форсированных  двигателей изготовляют из стали  Х10С2М (сильхром), которая дешевле  Х10СМ,  20ХН4ФА и др., а для малооборотных двигателей- сталь 45.

     Корпусы клапанов изготовляют из перлитного чугуна СЧ 28-48 и СЧ 32-52. У многооборотных  двигателей в головках или крышках  цилиндров  предусматривают  для  клапанов гнезда в которые запрессовывают направляющие втулки и седла.

Материалами для направляющих и седел служат бронзы БрАЖ 9-4, БрАЖМц 10-3-1.5 и др. Высокими механическими свойствами, износостойкостью и жаростойкостью отличаются алюмийниево-железо-никелевые бронзы БрАЖН 10-4-4 и БрАЖН 11-6-6. Седла клапанов для

     некоторых мощных двигателей изготовляют из твердых сплавов типа стеллитов.

     Заготовками для клапанов служат поковки и  штамповки. Тарелки образуют путем высадки материала.

     Стержень  клапана иногда подвергают правке между  двумя широкими  плоскими плитами, движущимися  в разные стороны.

     Перед окончательной механической обработкой заготовку подвергают термической  обработке. Для клапанов из стали  Х14Н4В она заключается в нагреве до 820◦ и охлаждении на воздухе.

     Основное  требование, предъявляемое к механической обработке клапана, - обеспечить строгую соосность конуса тарелки и направляющей части стержня. Проверяют соосность индикатором в специальном приспособлении. Клапан укладывают на призмы и слегка прижимают к ним пружиной и роликами. Вращение клапану передается от шпинделя, снабженного маховичком и резиновой подушкой. Осевое давление воспринимается упором. Биение допускается не

более 0.01 – 0.02 мм. На этом же приспособлении может  быть проверено биение торца, если его перпендикулярность к стержню необходима п условиям работы клапана.

     Направляющую  часть стержня выполняют с  допуском Х, а у выпускных клапанов – с допуском типа ТХ, чтобы избежать заедания при значительном нагреве. Соответствующие отверстия в корпусе или в направляющей втулке имеют допуск А.