1583

Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ)»

А.С. Ненишев, С.В. Мельник, В.П. Расщупкин, М.С. Корытов, Ю.К. Корзунин

ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ДЕТАЛЕЙ

ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Учебное пособие

Омск

СибАДИ

2009

УДК 629.33 : 621.432 ББК 39.33 : 39.35

Т 38

Рецензенты:

д-р техн. наук, проф. В.С. Кушнер (ОмГТУ); д-р техн. наук, проф. В.Я. Волков (СибАДИ)

Работа одобрена редакционно-издательским советом академии в качестве учебного пособия по дисциплине «Материаловедение. Технология конструкционных материалов» для студентов специальностей 140501, 190601, 190201, 190202.

Т 38 Технология производства деталей двигателей внутреннего сгорания:

учебное пособие / А.С. Ненишев, С.В. Мельник, В.П. Расщупкин, М.С. Корытов, Ю.К. Корзунин. – Омск: СибАДИ, 2009. – 92 с.

ISBN 978 – 5 – 93204 – 501 – 5

Описаны технологические процессы изготовления основных ответственных деталей поршневых двигателей. Рассматриваются конструктивные особенности деталей, технические требования на их изготовление и материалы, способы выполнения основных операций.

Табл. 5. Ил. 12. Библиогр.: 7 назв.

ГОУ «СибАДИ», 2009 ISBN 978 – 5 – 93204 – 501 – 5 А.С. Ненишев, С.В. Мельник,

В.П. Расщупкин, М.С. Корытов, Ю.К. Корзунин 2009

2

3

ВВЕДЕНИЕ

Прогресс в автомобильной и тракторной промышленности, дальнейшее увеличение грузооборота автомобильного транспорта, расширение тракторного парка предусматривают не только количественный рост автотракторного парка, но и значительное улучшение использования имеющихся автомобилей и тракторов, повышение культуры их эксплуатации, увеличение межремонтных сроков.

Одним из существенных источников повышения экономической эффективности двигателей автомобилей и тракторов является использование остаточного ресурса их деталей. Около 70...75 % деталей, поступивших в капитальный ремонт, могут быть использованы повторно либо без ремонта, либо после небольшого ремонтного воздействия.

Детали, полностью исчерпавшие свой ресурс и подлежащие замене, составляют 25...30 % всех деталей. Это поршни, поршневые кольца, подшипники качения, резинотехнические изделия и др. Количество деталей, износ рабочих поверхностей которых находится в допустимых пределах, что позволяет использовать их без ремонта, достигает 30...35 %. Остальные детали двигателя (40...45 %) могут быть использованы повторно только после их восстановления. К ним относится большинство наиболее сложных, металлоемких и дорогостоящих деталей, в частности блок цилиндров, коленчатый и распределительный валы, головка цилиндров и др. Стоимость восстановления этих деталей не превышает 10...50 % стоимости их изготовления.

В области развития и совершенствования автомобильных и тракторных двигателей основными задачами на современном этапе являются: расширение использования дизелей, снижение расхода топлива и удельной массы двигателей, стоимости их производства и эксплуатации. На принципиально новый уровень ставится борьба с токсичными выбросами двигателей в атмосферу, а также задачи по снижению шума двигателей в процессе их эксплуатации. Значительно больше внимания уделяется использованию электронных устройств в работе двигателей, в первую очередь дизелей.

4

1. СУЩНОСТЬ ТИПИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Развитие технологии машиностроения на отдельных этапах характеризовалась до недавнего прошлого глубокой индивидуализацией как конструктивных форм деталей машин, так и методов их изготовления, что заставляло решать в процессе производства ряд весьма сложных технологических задач.

До начала XIX в. производство значительного числа машиностроительных заводов носило индивидуальный и мелкосерийный характер. Только на отдельных, главным образом военных, заводах имело место серийное, а в ряде случаев и массовое производство в современном понимании. Технико-организационная особенность заводов этого типа, отличающая их от заводов мелкосерийного, а тем более индивидуального производства, состояла и состоит в резком разграничении во времени процессов подготовки производства и собственно производства. На заводах индивидуального и мелкосерийного производства эти процессы, напротив, либо недостаточно четко разграничены во времени, либо даже совпадают, т.е. подготовка осуществляется в процессе производства.

Сущность организации производства заводов крупносерийного производства и массового производства должна быть основана на такой системе перенесения всех конструктивных и технологических параметров, свойственных выверенной конструкции машины-эталона, которая обеспечивает при заданных масштабах производства повторяемость и тождественность данных параметров во всех машинах изготовляемой серии. Этот принцип организации производства является характерным и решающим для предприятий с крупными масштабами производства, и степень (полнота) его соблюдения отличает предприятия данного типа от индивидуального и мелкосерийного производств, базирующихся на частных технологических решениях.

Стремление к обобщению частных технологических решений получило свое первоначальное выражение в возникновении идеи типизации технологических процессов.

Основное направление типизации технологических процессов опиралось на классификацию конструкций деталей машин, различных по конструктивным формам и размерам, и преследовало задачу устранить индивидуальность технологических разработок для каждого случая механической обработки заготовок деталей.

5

Цель такого направления – значительно упростить систему организации индивидуального и мелкосерийного производства и в конечном итоге должно было в известной степени обеспечить создание дополнительных благоприятных предпосылок для применения методов крупносерийного производства. Однако поиски обобщенных решений при разработке технологических процессов изготовления деталей различных конструкций и классификация их привели к достаточно удобным практическим решениям, в частности потому, что классы, группы и подгруппы в системе классификации нередко создавались не только по объединяющим их конструктивным и технологическим признакам, но и по терминологическим. В результате такого перехода тот или иной класс деталей оказывался состоящим нередко из технологически разобщенных деталей машин. Это можно объяснить также и тем, что не были предварительно и с достаточной полнотой проработаны технологические предпосылки конструирования деталей машин, обусловливающие необходимость изменений конструктивных форм деталей применительно к тождественной последовательности основных технологических операций.

Совершенно естественно, что на основе квалификации существующих конструкций деталей машин, сложившейся в ряде случаев еще в те времена, когда никаких требований, кроме соответствия целевому назначению, к деталям не предъявляли, трудно было удовлетворительно разрешить задачу типизации технологических процессов. Своеобразная «наследственность» ранее существовавших индивидуализированных методов конструирования и изготовления нашла свое выражение в конструктивных формах деталей машин, исключавших возможность их классификации по основным совпадающим технологическим принципам. В силу этого совершенно необходимо установить новые дополнительные связи между технологичностью деталей как совокупностью технологических предпосылок конструирования и типизацией технологических процессов. Это может быть сделано только на основе предварительного сопоставления и анализа различных конструкций деталей машин. Такой анализ должен в конечном итоге обеспечить необходимое и достаточное технологическое подобие всех сопоставляемых заготовок деталей путем придания этим деталям дополнительных конструктивных особенностей или исключения существующих, конечно, без изменений функций, выполняемых деталями в машине.

Технические предпосылки конструирования заготовок деталей машин применительно к обобщению частных решений типизации

6

технологический процессов должны быть основаны на создании одних и тех же господствующих признаков у различных заготовок путем переноса их с одной заготовки на другую. В силу этого, обобщение частных технологических решений может быть осуществлено только на основе преемственности конструктивных и технологический признаков.

Отсюда возникает представление о технологическом ряде заготовок деталей совпадающего или различного целевого назначения, конструктивные формы и размеры которых ограничены определенными пределами геометрического подобия и таким сочетанием основных поверхностей, которые делают возможной их обработку с одной и той же последовательностью основных операций с одинаковыми точностью и чистотой.

Разработка технологического ряда должна быть основана либо на соответствующем подходе к конструированию всех деталей, образующих этот ряд, либо на предварительном выборе из числа уже существующих деталей одной или нескольких, обладающих возможно большим числом основных конструктивных признаков, которые могут быть перенесенными на другие, отличные от них, конструкции деталей машин без нарушения особенностей устройства и качества работы этих деталей в собранной машине.

Все технологические процессы, спроектированные для таких деталей, могут быть использованы и для обработки всех остальных деталей общего с ними ряда, т.е. могут быть типизированы. Отсюда следует, что типизация технологических процессов является одним из основных факторов, обеспечивающих дальнейшее развитие технологии машиностроения.

Типизацию технологических процессов можно осуществить в трех направлениях:

1)типизация технологических процессов применительно к существующим конструкциям деталей машин;

2)типизация технологических процессов применительно к измененным конструкциям деталей машин;

3)типизация технологических процессов применительно к специально спроектированным конструкциям деталей машин.

Понятно, что технологичность как совокупность технологических предпосылок конструирования деталей машин должна рассматриваться не применительно к экономичности и удобству обработки только одной отдельно взятой детали, как это обычно имеет место, а с точки зрения преемственности, т.е. создания ряда общих конструк-

7

тивных и технологических признаков в различных конструкциях заготовок или деталей машин с целью включения их в один и тот же ряд.

Конструктивное обоснование типизации технологических процессов деталей машин как одного из важнейших факторов технологической преемственности должно предопределять внедрение нормализованных деталей и узлов, приспособлений, нормализованных и гибких наладок. Это позволит значительно изменить организационнотехнический профиль заводов мелкосерийного производства и способствовать установлению новых экономических границ применимости методов крупносерийного производства в условиях индивидуального и мелкосерийного выпуска.

Если переход от частных конструктивных решений к обобщенным находит свое выражение в построении конструктивных рядов на основе конструктивной преемственности, то построение технологических рядов, в свою очередь, обуславливает переход от частных технологических решений к обобщенным, находящим свое практическое выражение в технологической преемственности. Из этого следует, что типизация технологических процессов должна быть связана с классификацией деталей машин по преемственным конструктивным и технологическим признакам. Только наличие преемственных признаков определяет конкретное содержание типизации технологических процессов. Такая точка зрения основана на принципиальной сущности идеи типизации, которую следует рассматривать как один из важнейших факторов технологической преемственности.

Под технологической преемственностью понимается такое направление в технологии машиностроения, при котором для изготовления деталей различных конструкций технологический процесс разрабатывается применительно к одной из них, выбираемой в качестве основания – базовой детали – для всех деталей, обладающих в различной степени тождественными признаками. Все эти детали как производные совместно с основанием образуют технологический ряд, применительно к которому и разрабатывается типовой технологический процесс. Технологические ряды бывают двух видов: а) с параллельной обработкой детали; б) с последовательной обработкой.

8

2. ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОРШНЕВЫХ КОЛЕЦ

Поршневые кольца относятся к самым важным деталям двигателя. От их состояния напрямую зависит работоспособность машины – ее разгонная динамика, расход масла и топлива, пусковые свойства двигателя, токсичность выхлопных газов и многие другие эксплуатационные показатели. На поршневые кольца в автомобильном двигателе возложены три основные задачи:

1)газовое уплотнение камеры сгорания, то есть сведение к минимуму проникновение газов из цилиндра в картер и обратно;

2)отвод тепла от нагретого горячими газами поршня в более холодную стенку цилиндра, которая охлаждается жидкостью или потоком воздуха. Плохая теплопередача ведет к перегреву поршня, задирам, прогарам и заклиниванию его в цилиндре;

3)управление смазыванием сопрягаемых деталей. Его цель в том, чтобы кольца, поршни и цилиндры не испытывали масляного голодания, но поступление масла из картера в камеру сгорания при этом должно быть если не исключено, то, по крайней мере, сильно ограничено.

Все эти функции выполняет комплект из трех поршневых колец: верхнего компрессионного, среднего компрессионно-маслосъемного

инижнего маслосъемного. При этом важно, чтобы кольца полноценно работали при любом скоростном и нагрузочном режимах двигателя. Условия у них очень нелегкие: тут и переменные силы давления и трения, и большие тепловые потоки, и действие агрессивных химических соединений.

2.1. Верхние компрессионные кольца

Особенно тяжелые условия работы – у верхнего компрессионного кольца двигателя. Именно оно воспринимает основную часть давления газа, достигающего при сгорании 5,5-6,0 МПа (в дизелях – до 15 МПа). Высока и температура верхнего кольца (200-250 °С), поскольку оно передает от поршня к стенке цилиндра до двух третей той теплоты, что поступает в поршень при сгорании топлива.

Вблизи верхней мертвой точки (ВМТ) это кольцо неизбежно испытывает недостаток смазки. Когда давление в цилиндре возрастает, то увеличивается и прижатие кольца к стенке цилиндра. Но по мере приближения к ВМТ уменьшается скорость скольжения кольца по

9