1.4 Определение типа производства

Согласно ГОСТ 3.1108 - 74 тип производства характеризуется коэффициентом закрепления операций за одним рабочим местом [4].

(1.4)

где - число операций;

- число рабочих мест, на которых выполняются данные операции.

Тип производства характеризуется следующими коэффициентами закрепления операций:

- массовое - 1;

- крупносерийное - свыше 1 до 10;

- среднесерийное - свыше 10 до 20;

- мелкосерийное - свыше 20 до 40;

- единичное - 40.

Коэффициент закрепления операций: К_з.о. = 1 следовательно, имеем массовое производство.

Массовое производство характеризуется узкой номенклатурой, большим объемом выпуска изделий, непрерывно изготавливаемыми или ремонтируемыми в течение продолжительного времени.

Заводы массового производства специализируются на выпуске одного или нескольких однородных изделий, которые изготавливаются одновременно и параллельно.

Массовое производство характеризуется:

- закрепление за каждым рабочим постоянной повторной операции.

- обработка и сборка по непрерывному поточному методу.

- применение автоматических линий специализированных и агрегатных станков.

- расстановка оборудования по технологическому процессу.

- высокая степень оснащенности специальными приспособлениями, инструментами, автоматизированными измерительными устройствами.

- невысокая квалификация рабочих и высокая квалификация наладчика.

Годовая программа выпуска изделий: .

При массовом производстве определяем оптимальную величину партии детали [11]:

шт. (1.5)

где N – годовая программа, шт;

а – число дней, на которое необходимо иметь запас деталей, а=5 т.к. деталь средняя;

F_P – число рабочих дней в году, F_P =253 дн;

q – количество смен, q = 1.

шт.

Определяем месячное задание:

(1.6)

шт.

Определяем количество запусков:

(1.7)

К₃ = 4,2

Принимаем К₃ = 4

Определяем скорректированную величину партии деталей:

шт. (1.8)

ВЫВОД

В данном разделе дипломного проекта приведено описание и назначение детали «плунжерная пара».

Произведен анализ технологичности детали, по результатам которого деталь признана технологичной.

Приведена механическая и химическая характеристика материала заготовки.

Выбран массовый тип производства и проведен его анализ.

2 Технологическая часть

2.1 Анализ существующих способов восстановления плунжерной пары

В настоящее время существует целый ряд способов восстановления и упрочнения плунжерных нар топливных насосов [6, 11-15, 19, 20]. Восстановление плунжерных пар в настоящее время производится следующими методами:

- перекомплектовки;

- изготовления ремонтной детали;

- пластического деформирования втулки плунжера;

- химического никелирования;

- повторного азотирования;

- диффузионного хромирования плунжера;

- борирования втулки и плунжера;

- сульфоборирования;

- хромирования плунжера.

Восстановление методом перекомплектовки [19, 20, 23-25]. Ремонт способом перекомплектовки заключается в притирке, сортировке на группы, подборе и взаимной притирке плунжерных пар.

Гильзы притирают на притирочном станке с использованием притирочной пасты М10. Режимы притирания следующие: продолжительность работы паст при одном наложении 60 с; частота вращения детали или притира 250 мин''; число двойных ходов детали или притира 100... 150 мин"'; выход притира за пределы обработки плунжера 10... 12 мм; выход притира за пределы обработки гильзы 20...26 мм; начальное давление на притир 0,1 •••0,2 Па [20].

Окончательную притирку выполняют другим притиром с применением пасты МЗ при тех же режимах.

Плунжер притирают по технологическому процессу аналогично описанному. Для притирки плунжер закрепляют в шпинделе, а притир - в зажимном приспособлении.

После притирания определенного количества деталей их замеряют, сортируют на размерные группы и подбирают пары так, чтобы плунжер входил в гильзу на 1/3 длины от усилия руки. Затем в течение 1-2 мин притирают детали друг к другу. Детали притирают при частоте вращения плунжера 100...150 мин'' и числе двойных ходов гильзы 80...100 мин'' [24].

Таким методом можно восстановить всего 10-15 % всех деталей ремонтного фонда, годных к восстановлению [23]. Коэффициент износостойкости плунжерных нар но отношению к серийным составляет 0,9... 1,0 [19, 25]. Коррозионная стойкость не изменяется.

Изготовление ремонтной детали [14, 15, 19]. Данный метод заключается в изготовлении новой детали из двух сопрягаемых. Изношенную деталь, подвергают механической обработке. Так, с втулки удаляются следы износа, изготавливается новый плунжер и притирается с втулкой на режимах, описанных ранее.

Недостатками данного метода восстановления являются: высокая себестоимость за счет необходимости приобретения серийного технологического оборудования, аналогичного применяемому на заводе-изготовителе; повышенный расход стали на изготовление ремонтной детали; увеличенное число селективных групп. Все это делает данный способ малоэффективным для восстановления плунжерных пар.

Пластическое деформирование втулки плунжера. Восстановление деталей способом пластической деформации основано на способности металлов изменять свою форму и размеры без разрушения под действием нагрузки за счет остаточной (пластической) деформации [16, 20]. При пластической деформации объем детали остается без изменений, перемещается только металл с одного участка на другой.

Пластическая деформация металла происходит вследствие сдвигов целых зерен металла. В связи с 1ем, что при нагреве деталей происходит изменение структуры и механических свойств металла, после восстановления деталей их необходимо подвергать термической обработке.

При восстановлении плунжерных пар пластическим деформированием обычно восстанавливают втулку, уменьшая ее внутренний диаметр перемещением запаса металла внутренней поверхности к отверстию давлением, под прессом, с подогревом металла до температуры 600...650 °С. Доводку отверстия в восстановленной втулке выполняют по технологии завода-изготовителя. Изношенные плунжеры механически обрабатывают, а затем комплектуют с восстановленными втулками.

Недостатки этого метода - сложность применяемого оборудования, образование окалины, изменение структуры и физико-механических свойств деталей, высокий процент брака и энергоемкость процесса.

Химическое никелирование заключается в том, что при определенных условиях [36] никель из раствора осаждается на стальную поверхность без пропускания электрического тока [6, 17, 36, 37].

При химическом никелировании покрытий наносят на плунжер непосредственно в водном растворе, основными компонентами которого являются соли никеля, гипофосфат натрия и уксуснокислый натрий. Процесс идет в растворе при температуре 90...94 °С без применения электрического тока. Полученное химическим никелированием покрытие отличается высокой равномерностью.

Поскольку в растворе для химического никелирования всегда присутствует гипофосфит, одновременно с никелем из раствора на поверхность осаждается фосфор. Попадающий в покрытие фосфор повышает его твердость до HRC 42...45, После нагрева до температуры 400 °С и выдержки при этой температуре в течение 1 ч твердость покрытия повышается до HRC 65...67.

Перед нанесением никель-фосфатного покрытия на плунжер его механически обрабатывают, далее наносят на рабочую часть плунжера, затем плунжер притирают с втулкой.

Недостатки этого метода - невысокая адгезия покрытий, их шелушение и отслаивание, низкая стабильность процесса с большими потерями никеля.

Повторное азотирование. При азотировании вследствие диффузии азота, образования нитридов и структурных превращений изменяются размеры плунжера и отверстия гильзы [11, 14, 16]. Метод производится при температуре 440...460 °С в течение 25...30 ч. В среднем азот диффундирует в глубь металла на 0,01 мм/ч.

Длительность процесса, нестабильность размеров, неравномерность азотированного слоя по толщине, сравнительная сложность применяемых установок приводит к тому, что этот метод считается малоэффективным.

Диффузионное хромирование плунжера - это процесс насыщения поверхностного слоя стальных деталей хромом при высоких температурах (950...1300 °С) путем диффузиндирования хрома в железо [13; 38; 39].

Различают твердое, жидкое и газовое диффузионное хромирование. Твердое хромирование производится аналогично цементации. Жидкое хромирование осуществляют в ванне, в которую вводят феррохром. Для получения слоя 0,05...0,15 мм хромирование ведут в твердых порошках при температуре 1100 °С в течение 6-12 ч. Газовое хромирование продолжается 3-6 ч при температуре 900... 1100 °С для получения слоя 0,05...0,1 мм. Жидкое хромирование происходит при температуре 950...1150 °С в течение 10-15 мин для получения слоя 0,01....0,03 мм. Твердое 1ь хромированного слоя составляет HV 1300...1350.

Данный метод характеризуется высокой износостойкостью, хорошим сцеплением с основным металлом и высокой коррозионной стойкостью.

К недостаткам данного способа восстановления относятся: большая продолжительность процесса, малая толщина диффузионного слоя и коробление детали в процессе диффузионного хромирования. Все это делает данный способ восстановления плунжерных пар малоэффективным.

Борирование втулки и плунжера - насыщение поверхности детали бором

для повышения ее твердости, износо- и коррозионной стойкости [14, 20, 40]. Различают два вида борирования. Борирование при электролизе расплавленной буры и жидкое борирование. Для получения слоя 0,15...0,25 мм борирование продолжается 1-3 ч. Процесс протекает при температуре 900... 1100 °С.

Метод имеет следующие недостатки - большую продолжительность процесса (6-8 ч), коробление деталей в процессе нанесения покрытия и высокую хрупкость поверхностного слоя.

Сульфоборирование - процесс сульфидирования стальных деталей с добавлением в раствор буры [13, 17, 40]. Процесс химического сульфоборирования осуществляется в растворе при температуре 130... 150 °С. В течение 50-60 мин на покрываемой поверхности образуется слой толщиной 20 мкм, состоящий из сульфидов, повышающих антифрикционные свойства и боратов, обладающих твердостью до 13000 МПа.

Недостатками данного метода являются невысокая коррозионная стойкость и малая толщина покрытия.

Хромирование. Хром отличается высокой твердостью, значительной

прочностью сцепления со сталью и химической стойкостью. [23, 41, 42, 43]. Свойства его в значительной степени зависят от режима осаждения на поверхность.

Изменяя плотность тока и температуру раствора электролита, можно изменять микро-твердость осадков от 5000 до 10000 МПа. При этом износостойкость покрытия может значительно изменяться [16, 17].

Хромовые электролиты представляют собой растворы хромовой кислоты (Н2СГО4), образующейся при растворении хромового ангидрида (СгОз) в воде. Для выделения хрома на катоде, которым является деталь, в раствор нужно добавлять серную кислоту (H2SO4). При этом наиболее качественные осадки хрома и наибольший его выход по току получаются при соотношении CrO3:H2SO4=l:100. В процессе электролиза на катоде осаждается металлический хром (выход по току всего 13-15 %) и выделяется водород, частично растворяющийся в хромовом покрытии. Кроме того, на катоде шестивалентный хром восстанавливается до трехвалентного. На аноде, которым служит обычно свинцовая пластина, выделяется кислород, образуя на поверхности слой перекиси свинца и частично окисляя трехвалентный хром в шестивалентный.

В зависимости от концентрации и температуры хромового электролита можно получить матовые, блестящие и молочные покрытия. Матовые покрытия характеризуются очень высокой твердостью (9000... 10000 МПа), но отличаются хрупкостью и невысокой износостойкостью. Блестящие покрытия обладают высокой твердостью (7000...9000 МПа) и износостойкостью. Хрупкость блестящих покрытий меньше, чем матовых, но все же весьма значительна. Молочные покрытия обладают меньшей твердостью (4000...7000 МПа), чем блестящие, и достаточно пластичны и износостойки.

Проведенные в работах [42-44] исследования позволили установить, что на поверхности блестящего хромового покрытия имеется сетка тонких трещин, в то время как на поверхности матовых покрытий трещины невидимы. Трещины начинают образовываться при толщине покрытия около 0,01 мм. При хромировании на большую толщину они перекрываются, и в последующих слоях образуются новые трещины. Таким образом, блестящее хромовое покрытие имеет видимые и скрытые трещины (норы) в виде сетки, величина которой зависит от режима хромирования.

Одним из недостатков хромового покрытия является то, что оно плохо смачивается нефтепродуктами. Однако этот недостаток в некоторой степени устраняется созданием на поверхности покрытия пор, углублений или каналов, которые достаточно хорошо удерживают смазку на поверхности хрома. Такие поры создаются различными способами, наиболее распространенный из них - травление слоя хрома в разбавленной соляной кислоте [45].

Хромовое покрытие благодаря своей высокой микро-твердости, мелкодисперсности, хорошей теплопроводности и теплостойкости обладает высоким сопротивлением износу в условиях граничной смазки. В работах [46, 47] установлено, что износостойкость хрома в ряде случаев в 4-5 раз вын1е, чем азотированной стали, и в 10-15 раз, чем конструкционной.

Изучение механизма износа хромового покрытия методом рентгеноструктурного анализа показало [48], что поверхностные слои хрома в процессе трения наклёпываются, получая значительную пластическую деформацию, после исчерпания которой происходит отделение мельчайших частиц хрома.

По данным [49], хромирование плунжеров увеличивает их износостойкость в среднем в 2,5-3 раза и позволяет полностью восстанавливать изношенные детали. При этом автор отмечает, что становится возможной замена высококачественных труднообрабатываемых сталей (ХВГ) углеродистыми, что повышает стабильность размеров прецизионных деталей, исключает возможность заклинивания, вызываемого превращением остаточного аустенита, и снижает стоимость.

Таким образом, к достоинствам хромирования можно отнести следующие: высокая твердость хромового покрытия (HV 400... 1000) и его износостойкость. При хромировании отсутствует термическое воздействие на деталь (процесс протекает при температуре 20...60 °С), вызывающее изменение ее физико-механических свойств и структуры.

Основными недостатками хромирования являются: низкая производительность процесса; не достаточно хорошая прочность сцепления осадка с основным металлом; невысокая коррозионная стойкость покрытия вследствие постоянного присутствия в нем глубокой сетки трещин. По данным [50, 51], все это приводит к снижению износостойкости, отслаиванию и откалыванию покрытия в процессе работы плунжерных пар и их заклиниванию, так как абразивные частицы внедряются в трещины покрытия и скалывают его либо изнашивают втулку плунжера.

Таким образом, проведенный анализ показал, что существующие способы восстановления и упрочнения изношенных деталей плунжерной пары имеют много недостатков, вследствие чего требуется разработать способ более технологичный, относительно несложный, малотрудоемкий, а также проходящий при низких температурах с целью избежание нарушения термообработки и появления коробления деталей.

Разработаны два устройства: устройство для восстановления плунжерных пар ТНВД наноматериалами и устройство для безразборного восстановления плунжер­ных пар ТНВД наноматериалами.

В результате испытаний выявлено, что наноматериал после первой остановки стенда на длительное время (межсменное время) оседает на дно бака и далее эффек­тивность восстановления резко падает.

Основным требованием к устройствам обеспечивающих возможность приме­нения наноматериалов является постоянное поддержание первоначальной концен­трации наноматериала в носителе.

По результатам обработки экспериментальных исследований разработаны ос­новные требования к наноматериалам и технологиям:

• основным требованием к наноматериалам является максимальное прилипа­ние наноматериала к местам износа и взаимодействия с кристаллической решеткой материалов деталей;

• стоимость наноматериала должна быть соизмерима со стоимостью запасных частей;

• носитель и наноматериал должны способствовать предотвращению влияния гравитации на осаждение;

• наноматериал не должен терять своих свойств с течением времени;

• наноматериал не должен ухудшать физико-химические свойства носителя;

• основным требованием к технологии внесения наноматериала в носитель (дизельное масло, дизельное топливо) должно быть равномерное распределение его в носителе;

• для внесения наноматериала в систему смазки дизеля необходимо выклю­чить работу центрифуги, вносить наноматериал вне системы смазки в отдельном устройстве и готовую смесь подать непосредственно в картер двигателя.

Восстановление работоспособности плунжерных пар ТНВД производят в сле­дующей последовательности:

• Топливный насос и устройство устанавливаются на обкаточный стенд КИ-22205-01 и закрепляются. Подкачивающий насос соединяется с емкостью для смеси с нанома­териалом, который подает эту смесь к головке ТНВД.

• Соединяем секции плунжерных пар трубопроводами высокого давления через ак­кумулирующее устройство с манометром. Аккумулирующее устройство подсоединя­ется через клапан сброса давления к емкости для смеси с наноматериалом, которую наполняем рабочей смесью.

• Устанавливаем на рейку ТНВД устройство для перемещения рейки.

- Включаем основной двигатель стенда КИ-22205-01 и устанавливаем частоту вращения вал ТНВД. По манометру контролируем давление в над плунжерном про­странстве.

Подбираем необходимую величину подачи топлива секциями насоса, по раз­виваемому давлению в надплунжерном пространстве, изменяя длину шатуна в уст­ройстве для перемещения рейки ТНВД. Включаем электродвигатель привода рейки и устанавливаем частоту вращения вала в нужном диапазоне.

По милливольтметру контролируем величину тока, потребляемого электро­двигателем привода рейки.

По завершении цикла восстановления останавливаем стенд, производим де­монтаж манометра и трубопроводов высокого давления.

THВД подключаем к топливной системе стенда.

При использовании РиМет-5000 процентное содержание должно быть 5-7%. Продолжительность восстановления 1,5 часа.

Перед началом восстановления измеряется цикловая подача ТНВД. Затем проводится 1,5 часовой цикл работы ТНВД на устройстве для безразборного восста­новления плунжерных пар ТНВД, три цикла по 30 минут каждый. После каждого цикла проводится измерение цикловой подачи.

На производственных испытаниях технологии восстановления плунжерных пар ТНВД уточняем режимы восстановления ТНВД различной модификации:

• по процентному содержанию наноматериала в смеси;

• по перемещению привода рейки ТНВД.

После уточнения технологии разрабатывается окончательный проект рекомендаций по восстановлению плунжерных пар ТНВД наноматериалами.