диплом на тему разработка новых способов восстановления деталей двигателя внутреннего сгорания 23.03.03 26 год / Записка, аннотация / диплом на тему разработка новых способов ремонта деталей двигателя внутреннего сгорания

2) Электроэрозионная резка (Рис. 3) обработка, заключающаяся в изменении формы, размеров, шероховатости и свойств поверхности заготовки под действием электрических разрядов в результате электрической эрозии.

Принцип действия электроэрозионной резки металла основан на возникновение электрических разрядов между электродом и заготовкой в диэлектрической среде. Заряд плавит и испаряет метал заготовки, этот процесс повторяется сотни раз в секунду, по длине всего электрода, при этом деталь остаётся холодной, так как процесс протекает мгновенно.

Электроэрозионная резка металла только в последние года начала приобретать доступность для общественности, что снижает её стоимость и трудозатраты для поиска этой услуги. Эта технология обеспечивает высокую точность при обработке металла и высокую чистоту поверхности, требуемую для производства высокоточных деталей.

Преимущества способа обработки металла электроэрозией:

обработка любого металл. Не зависимо от примесей в нём, количестве углерода;

высокая точность обработки из-за отсутствия давления инструмента на заготовку. Так как при электроэрозионной резке нету прямого механического контакта электрода с заготовкой, в отличие от механической обработки,

можно обрабатывать материалы сложные в обработке;

создание сложных геометрических форм. Электроэрозионная обработка позволяет изготавливать изделия с острыми внутренними углами и глубокие отверстия за одну установку заготовки;

большое количество выполняемых операций. В них входит: вырезание деталей сложной формы, формирование отверстий, шлифовка, полировка и сверхточное шлифование и полирование;

автоматический процесс производства. Станки для электроэрозионной обработки оснащены системами ЧПУ, что позволяет автоматизировать производство и сократить количество задействованных рабочих.

Недостатки электроэрозионной обработки:

низкая скорость обработки;

большие расходы на электроэнергию;

большая трудоёмкость при налаживании процесса. Обосновано это тем,

что электроэрозионная обработка включает в себя множество параметров,

такие как напряжение и сила тока на электроде, частота и длительность импульсов, скорость подачи, соблюдение правильного зазора между электродом и заготовкой на протяжении всей обработки. Для этого требуется высококвалифицированный специалист;

высокая стоимость оборудования и его содержание.

3) 3D печать металлом или аддитивные технологии (Рис. 3) – это технология, отличающаяся от классического субтрактивного метода тем, что трёхмерный объект создаётся путём послойного нанесения материала, а не удалением его из заготовки. Создание объекта производится на основе цифровой 3D-модели.

Методом DMLS – Direct Metal Laser Sintering (с англ. прямое лазерное спекание металла), создаются детали из порошка с помощью спекания слоёв лазеров. Порошок наносится послойно на всю плоскость рабочей зоны.

Специальный валик выравнивает поданный материал в ровный слой и удаляет излишний материал из камеры, после чего лазерная головка спекает частицы свежего порошка между собой и с предыдущим слоем.

Строительной смесью являются металлические порошки на основе алюминиевых, титановых, кобальтовых сплавов, а также нержавеющей и инструментальной стали.

Рисунок 3 - Схематичное изображение процессов: гидроформирования;

электроэрозионной резки; 3D печати металлом

1.4Критерии выбора оптимального способа

восстановления деталей

Описанные выше технологии позволяют восстанавливать или изготавливать запчасти с повышенным ресурсом. Для изготовления требуются конкретные характеристики оборудования, которые позволят изготавливать необходимые изделия.

На станке для электроэрозионной резки можно производить детали с высокой точностью и высокой чистотой поверхности. Деталь вырезается из листа материала по контуру. Такой способ применим к изготовлению роторов фазовращетелей в механизме газораспределения, прямозубых шестерен, изготовление отверстий сложной формы без дополнительной оснастки.

Гидроформирование металла делает из полой заготовки круглого сечения, изготовить полое изделие сложной формы по средством пластического деформирования под давлением жидкости. Оптимальное применение – это производство валов, например распределительные валы.

При изготовлении валов технологией гидроформирования, позволяет добиться облегчение конструкции, высокой точности. Применяемый материал может превосходить материал изначальной детали во многих показателях.

3D печать применима к изготовлению корпусных деталей, деталей сложной формы, с внутренними каналами, такие как поршень или гбц.

Использование большого количества сплавов различных металлов, даёт возможность изготовить детали из нетипичных для них материалов или даже использовать несколько сплавов или металлов, что позволит увеличить ресурс деталей или облегчить те детали, которым важно критично показания их массы. После печати её можно покрыть с помощью гальваники другим металлом, чтобы улучшить износостойкость покрытия или антифрикционные свойства поверхности.

1.5Вывод по главе и курс для разработки нового способа

Новые технологии по обработке металла позволяют реализовать в ремонте ДВС самые смелые идеи, которые увеличат ресурс отдельной детали, механизма или всего двигателя, повысив надёжность слабого звена ДВС.

Работа по изготовлению запчастей должно включать в себя несколько технологических процессов для достижения нужно результата по увеличению ресурса.

2 РАЗРАБОТКА НОВОГО ИЛИ КОМБИНИРОВАННОГО СПОСОБА

ВОССТАНОВЛЕНИЯ

2.1Описание принципа работы газораспределительного

механизма

Механизм газораспределения (ГРМ) (Рис. 4) служит для организации своевременного открытия и закрытия клапанов, которые обеспечивают наполнение цилиндров рабочей смесью и опорожнение их от отработавшей смеси. Клапана устанавливаются в верхней части двигателя – в головке блока цилиндров (ГБЦ). Привод движения открытия и закрытия клапанов чётко и однозначно связан с вращением коленчатого вала и осуществляется от распределительного вала.

Распределительный вал, на большинстве современных легковых автомобилей, располагается в ГБЦ. Он непосредственно воздействует на клапан кулачком через регулировочную шайбу.

При вращении распределительного вала его специально спрофилированный кулачок периодически воздействует на стержень клапана, утапливая его и отодвигая от седла. Таким образом, между полостями впускного или выпускного коллектора и камерой сжатия цилиндра образуется проход, через который рабочая смесь впускается в камеру сжатия или отработанные газы вытесняются поршнем в выпускной коллектор. Возврат клапанов осуществляется мощными цилиндрическими пружинами.

Рисунок 4 - Механизмы привода клапанов с верхним расположением распределительного вала у автомобилей типа ВАЗ-2108: 1 - Клапан;

2 - Головка блока цилиндров; 3 - Распределительный вал с кулачком;

4 - Пружина; 7 - Направляющая втулка; 5 - Регулировочная шайба;

6 - Направляющая. δ - тепловой регулируемый зазор

На современных двигателях, для повышения общей эффективности двигателя, на распределительные валы устанавливаются фазорегуляторы

(Рис. 5), который меняет моменты закрытия и открытия клапанов. Это позволяет оптимизировать работу двигателя в зависимости от оборотов.

Фазорегулятор устанавливается на торце распределительного вала со стороны приводной цепи или ремня ГРМ. Конструктивно он представляет собой муфту, состоящую из двух основных частей. Ротор, который жёстко закреплён на распределительном вале и внешний корпус, к которому прикручена звёздочка привода ГРМ или цельная конструкция корпуса и звёздочки.

Между ротором и корпусом есть специальные полости для моторного масла. Корпус имеет подвижность относительно ротора — обычно в пределах до 40 градусов.

Рисунок 5 – Механизм газораспределения современного ДВС

2.2Выбор оптимального материала для восстановления

или изготовления запчастей

2.2.1 Выбор материалов для производства распределительного вала

В отличие от традиционной технологии изготовления распределительного вала ГРМ (Рис. 6) – из одной цельной заготовки, путём токарной обработки, описанная далее технология изготовления включает в себя сборку распределительного вала из нескольких частей, которые изготовлены разными методами обработки.

Рисунок 6 – Чертеж распределительного вала: 1 - Вал; 2 - Задняя шейка; 3 -

Передняя шейка; 4 - Кулачок; 5 - Шейка

Вал испытывает ряд нагрузок:

ударные нагрузки при контакте кулачка с толкателем;циклические знакопеременные нагрузки;крутильные колебания;

контактные нагрузки на кулачках от толкателей;изгибающие нагрузки вдоль оси вала.

Учитывая эти нагрузки и технологию изготовления вала гидроформированием, нужно подобрать материал, который позволит выполнить холодную пластическую деформацию металла и одновременно

будет устойчив к усталостным разрушениям, иметь достаточную жёсткость после гидроформирования.

К такому материалу относится сталь конструкционная высоколегированная, мартенситно-стареющего класса. А именно марка Н18К8М5Т. Эту марку стали возможно деформировать на 80% от первоначальных размеров заготовки без промежуточного отжига, при этом происходит нагартовка и рост предела текучести и твёрдости.

Сталь Н18К8М5Т, без проведения термообработки и других упрочняющих её структуру операций, имеет следующие физико-

механические свойства:

предел кратковременной прочности (σв) – 900–1100 МПа;

предел текучести (σт) – 700– 900 МПа;

относительное удлинение (δ5) – 15–20 %;

относительное сужение (ψ) – 60–70 %;

ударная вязкость (KCU) – 400–500 кДж/м²;

модуль упругости (E) – 190–210 ГПа;

твёрдость (HB) – 280–320 МПа (≈28–32 HRC).

Сравнивая эти два материала, можно сделать вывод, что прочностные характеристики бесшовной трубы из марки стали Н18К8М5Т будут такие же,

как и у прутка из чугуна ВЧ45 при относительно равных диаметрах.

Кулачки (Рис. 7):

Рисунок 7 – Кулачки коленчатого вала

Кулачки распределительного вала испытывают ряд нагрузок:

контактные напряжения - в зоне контакта с толкателем/коромыслом (до

2000 Н/мм² и выше), зависят от усилия пружины и профиля кулачка;

ударные нагрузки – при увеличенном тепловом зазоре, когда кулачок резко ударяет по толкателю;

циклические нагрузки – повторяются каждый рабочий цикл.

Беря во внимание описанные нагрузки и то, что распределительные валы производят из чугуна марки ВЧ45, материалом для изготовления берётся чугун марки ВЧ60.

Чугун ВЧ60 обладает следующими характеристиками:

предел кратковременной прочности (σв) – 600 МПа;

предел текучести (σт) – 370 МПа;

относительное удлинение (δ5) – 2 %;

модуль упругости (E) – 170–180 ГПа;

твёрдость (HB) – 192–277 МПа.