Технологический расчет производственного участка ремонта силовых установок автотранспорта на авторемонтном предприяти

Для нагрева деталей при пайке в ремонтном производстве чаще всего применяется газопламенный нагрев. Горючими газами служат ацетилен или пропан-бутановые смеси. В настоящее время для нагрева деталей при пайке так же достаточно широко используются водородно-кислородные смеси. Их получают в специальных электролизно-водных генераторах за счет электролитического разложения воды. Водородно-кислородная газовая смесь имеет ряд преимуществ перед другими газами. Она не вызывает загрязнения атмосферы, так как при сгорании выделяются пары воды, и является достаточно дешевым источником нагрева.

К недостаткам пайки можно отнести сложности восстановления внутренних цилиндрических поверхностей деталей. Кроме этого, необходимость применения специальных флюсов для предотвращения образования на поверхности деталей плотных и прочных оксидных пленок. В связи с тем, что остатки флюсов чрезвычайно коррозионно-активны (особенно при эксплуатации паяных соединений в электропроводящих средах), необходимо сразу же после пайки подвергать детали тщательной очистке для удаления их остатков. Предел прочности паяных соединений также невысок и зависит от толщины флюсовой прослойки между соединяемыми металлами.

Для восстановления и упрочнения деталей техники в настоящее время все шире применяются способы газотермического напыления. Использование данных способов связано в первую очередь с тем, что при напылении можно в широких пределах регулировать толщину и свойства получаемых покрытий. Среди способов газотермического напыления наибольшее распространение получили газопламенное, электродуговое и плазменное напыление.

Газопламенное напыление осуществляется за счет теплоты, образуемой в результате сгорания различных горючих газов (ацетилена, пропан-бутана, природного газа и др.) в среде кислорода. Из горючих газов наибольшее применение получил ацетилен, сгорание которого в смеси с кислородом позволяет получать температуру пламени порядка 3100…3200°С, что на 500…800°С выше температуры его заменителей. Для восстановления и упрочнения изношенных рабочих поверхностей деталей предпочтительное применение получило напыление порошками, которые позволяют в более широких пределах, по сравнению с проволоками, регулировать состав наносимых покрытий, что способствует повышению их прочности сцепления с основой.

При использовании электродугового напыления обеспечивается высокая производительность процесса (в 3…4 раза выше, чем при газопламенном напылении), отсутствуют температурные деформации восстанавливаемых деталей, т.к. они нагреваются до температуры около 100…110°С, имеется возможность наносить покрытия с заданным составом, структурой и свойствами. Электродуговое напыление обладает более высокой тепловой эффективностью, достигающей 57%, в то время как у газопламенного напыления она составляет лишь 13%, а у плазменного — 17% [9, 13]. Вместе с тем, электродуговое напыление, как и прочие дуговые сварочные процессы, характеризуется интенсивным выгоранием легирующих элементов и насыщением распыляемого металла газами из атмосферы. Кроме того, серийно выпускаемые отечественные аппараты для напыления имеют широкий факел распыла, вследствие чего коэффициент использования напыляемого материала не превышает 0,5…0,6.

Плазменное напыление по сравнению с газопламенным и электродуговым имеет ряд преимуществ: позволяет наносить покрытия из материалов широкого состава (металлы, сплавы, оксиды, карбиды, нитриды, бориды, пластмассы и их различные композиции), что позволяет варьировать составы с учетом разнообразия материалов деталей и стран производства автомобильной техники центра технического сервиса; плазменные горелки позволяют в широких пределах регулировать энергетические характеристики плазмы, что облегчает получение покрытий со свойствами, обусловленными требованиями технологии; использование инертных газов, не содержащих кислорода, способствует уменьшению окисления напыляемого материала и поверхности детали; напыленные покрытия по физико-механическим свойствам превосходят покрытия, полученные другими способами напыления.

Отличительной чертой технологии газотермического напыления (ГТН), объединяющей несколько различных методов, является нагрев и ускорение частиц напыляемого материала горячим потоком газа. Как правило, ГТН применяют для создания на поверхности деталей и оборудования функциональных покрытий — износостойких, коррозионно — стойких, антифрикционных, антизадирных, теплостойких, термобарьерных, электроизоляционных, электропроводных, и т. д. Материалами для напыления служат порошки, шнуры и проволоки из металлов, металлокерамики и керамики. Некоторые из методов газотермического напыления являются альтернативой методам гальванической, химико-термической обработки металлов, плакирования, другие — методам покраски, полимерным покрытиям. Ещё одно распространенное применение ГТН — ремонт и восстановление деталей и оборудования. С помощью напыления можно восстановить слои металла толщиной от десятков микрон до нескольких миллиметров. Особенностями технологии являются:

возможность нанесения покрытий из различных материалов (практически любой плавящийся материал, который можно подать как порошок или проволоку);

отсутствие перемешивания материала основы и материала покрытия;

невысокий (не более 150°С) нагрев поверхности при нанесении покрытия;

возможность нанесения нескольких слоев, каждый из которых несет свою функцию (например, стойкий к высокотемпературной коррозии + термобарьерный);

легкость обеспечения защиты работников и окружающей среды при нанесении (с помощью воздушных фильтров).

Одним из видов газотермического напыления является плазменное напыление. Сущность этого метода заключается в том, что в высокотемпературную плазменную струю инжектируется напыляемый материал, который нагревается, плавится и в виде двухфазного потока направляется на подложку. При ударе жидких частиц о поверхность основы происходит их деформация и закрепление, и, как следствие, формирование покрытия. Высокая температура плазменной струи (3−10 тысяч градусов) позволяет расплавлять частицы и наносить покрытия из керамических и тугоплавких материалов, что невозможно при других способах газотермического напыления. Одной из наиболее важных и актуальных проблем в области плазменного напыления является контроль процесса напыления и прогнозирование качества будущего покрытия. Основными технологическими параметрами, влияющими на качество формируемого покрытия, являются температура и скорость частиц. От этих параметров зависит время пребывания в зоне термической обработки и кинетика химических или фазовых превращений, и, следовательно, качество получаемого покрытия.

Для отдельных частиц эти характеристики различаются, но находятся в определенных диапазонах для всего потока в целом. Технологический режим соответствует стационарному процессу напыления при котором статистические характеристики остаются неизменными. Таким образом, в технологическом процессе необходимо регулировать и иметь заранее заданные в зависимости от типа напыляемых составов значения температуры и скорости напыляемых частиц.

Расчет технологического процесса выполнен в виде основной установки электродугового плазмотрона линейной схемы с номинальной мощностью 50 кВт (МЭВ-50). Принципиальная схема плазмотрона показана на рисунке 3.

6. Использована геометрия канала плазмотрона, хорошо зарекомендовавшая себя с точки зрения эффективности охлаждения элементов плазмотрона и устойчивости плазменной струи во время работы при атмосферном давлении: пусковая секция 5 мм, межэлектродные вставки 7−7-8−9-10 мм, анод 10 мм. Расстояние «катод-анод» по оси канала составляет 53 мм. Диаметр сопла с отверстиями для инжекторов порошка 13 мм.

Рис. 3.

6. Схема канала электродугового плазмотрона МЭВ-50.

Рис. 3.

7. внешний вид плазмотрона Состав установки плазменного напыления:

Система управления установкой на базе контроллера Siemens серии Sinamics G120;

Пульт управления установкой плазменного напыления (реализован на базе персонального компьютера и компьютерной среды LabVIEW);

Блок газоподготовки для подачи газа в плазмотрон Блок включает:

Металлические газовые линии;

Датчик давления для каждого газа;

Отдельные микрофильтры и электромагнитные клапаны для каждого газа;

Детекторы утечки газа;

Электронные расходомеры;

Контроль расхода охлаждающей жидкости Данные расходомеров и датчиков выводятся на панель оператора пульта управления установкой. Плазмообразующие газы: аргон (основной), водород, азот, гелий. Система позволяет работать с одним или двумя плазмообразующими газами. Транспортирующий газ: аргон Блок водоподачи Блок включает в себя:

датчики температуры и потока воды. Данные датчиков выводятся на панель оператора.

Порошковый дозатор.

Для минимизации времени простоя участка восстановления с учетом списочного состава автохозяйственного парка центра технического сервиса порошковый дозатор состоит из двух бункеров, двух дисковых приводов регулирования подачи порошка. Газовая система питателя содержит в себе предохранительные клапаны, ротаметры, электромагнитные вентили, шланги и дроссели.

Питатель порошка может работать в автономном режиме или управляться с центральной панели оператора.

Суммарная емкость бункеров — 4 литра Питающее напряжение — 220 В Мощность — 1 кВт Расход транспортирующего газа — до 15 л/мин.

Источник питания плазмотрона.

3.

3. Порядок работы на установке Для наплавки с целью восстановления распределительных валов необходимо соблюдать следующий порядок работы на установке:

Напыляемый порошок, предварительно просушенный при 2500 С в течении 30 мин засыпать в емкости порошкового питателя;

Включить ПК управления установкой;

Загрузить программу управления установкой;

В программе управления загрузить трехмерную модель восстанавливаемого вала, выбрав модель из выпадающего списка;

Установить распределительный вал в шпиндель установки и отрегулировать высоту установки блока измерения геометрии и плазменной головки напыления Запустить в программе управления установки процедуру измерения геометрии распределительного вала;

Открыть вентили систем подачи рабочего газа (РГ) и охлаждающей жидкости (ОЖ);

По датчикам расхода и давления на мониторе программы управления убедиться в поступлении ОЖ и РГ;

Выбрать и установить режим напыления;

Включить источник питания плазмотрона;

Запустить программу напыления, включив соответствующий тумблер программы управления установкой напыления;

После окончания процедуры наплавки необходимо:

— выключить источник питания плазмотрона;

— закрыть вентили подач ОЖ и РГ;

— завершить работу программы управления установки плазменного напыления, согласившись с автоматизированным заполнением отчета работы установки, предложенным программой;

— снять распределительный вал.

3.

4. Определение режимов напыления Условия работы распределительных валов двигателей внутреннего сгорания характеризуются как большими величинами нагрузок, так и высокой интенсивностью их изменения. Поэтому для восстановления исходной геометрии валов методом плазменного напыления применяются порошковые сплавы металлов. Основная зона изнашивания кулачков распределительного вала — верхушка его головки. Однако, при значительных выработках напыление осуществляется по всему профилю с последующим шлифованием под номинальный или, в случае коленчатых валов, под ремонтные размеры. Обычно точность геометрии наплавляемой детали достигается при помощи включения в установку копировального профиля.

В случае Центра технического сервиса при УМВД по ХМАО-Югре большого количества импортных автомобилей, отсутствия копировальных устройств для валов двигателей иностранных производителей в свободной продаже (реализуемая политика крупных автопроизводителей направленная, главным образом, на получение существенной прибыли за счет постпродажного сервиса транспортных средств) точность геометрии будет реализована за счет использования компьютерных 3D моделей валов, заложенных компьютерную программу управления процессом напыления. Точность позиционирования вала: стабильность скорости вращения и поперечных подач плазменной головки достигается использованием шаговых электродвигателей. Для наплавки распределительных валов изготовленных из стали наплавочным материалом выступают сплавы ПГ-СР4+3%Аl, ПГ-ФБХ6−2+6%, ПГ-С1+6%А1. Для валов, выполненных из чугуна целесообразно выполнять наплавку порошковым сплавом ПГ-СР4+5%Аl. Толщина слоя наплавки для вершины кулачка 1,3−1,6 мм, для цилиндрических поверхностей распределительных валов 0,4−0,6 мм. Обработка кулачков, восстановленных порошковыми сплавами ПГ-СР4 с твёрдостью покрытия HRСЭ = 45…50 производится шлифовальными кругами ЭБ16−25С1Б, ЭБ16−25С1К, зернистостью 16−25, средней твёрдости CI на бакелитовой или керамической связке. Обработка кулачков, восстановленных порошковыми сплавами на основе железа, производится шлифовальными кругами из черного или зеленого карбида кремния, зернистостью 16−25, средней твёрдости CI, на керамической связке.

Режимы плазменной наплавки для восстановления распределительных валов двигателей ЯМЗ-238 принимаются из книги Сидорова А. И. «Восстановление деталей машин напылением и наплавкой» .

Таблица 3.3.

Режимы плазменной наплавки Параметры ПГ-СР4+3%А1 ПГ-ФБХ6−2+3%Аl Наплавка вершины кулачка Сила тока, А 120 — 140 125 — 150 Напряжение, В 25 30 Частота вращения вала, мин-1 0,45 — 0,50 0,30 — 0,45 Расход порошка г /мин 20 — 22 18 — 20 Наплавка цилиндрической поверхности кулачка Сила тока, А 160 — 170 180 — 190 Напряжение, В 30 30 Частота вращения вала, мин-1 0,65 — 0,70 0,5 — 0,6 Расход порошка, г/мин 14 — 16 12 — 14 Наплавка опорной шейки вала Сила тока, А 170 — 180 190 — 200 Напряжение, В 30 35 Частота вращения вала, мин-1 0,7 — 0,8 0,6 — 0,65 Расход порошка, г/мин 12 — 14 10 — 12.

Таблица 3.4.

Режимы черновой и чистовой шлифовки Обрабатываемое покрытие, параметры обработки Режимы обработки Круг ПП600×25×305 ЭБ16−25С1Б ЭБ16−25С1К ПП600×25×305.

КЧ16−25С1К К3 16−25С1К 1 2 3 ПГ-СР4+3%А1 Черновое шлифование vк, м/с 34 34 1 2 3 vд, м/с 2,3 2,3 Sпоп, м/мин 0,60 — 0,64 0,60 — 0,64 Ra, мкм 2,5 2,5 Чистовое шлифование vк, м/с 34 34 vд, м/с 4,6 4,6 Sпоп, м/мин 0,25 — 0,55 0,25 — 0,55 Ra, мкм 0,63 — 0,32 0,63 — 0,32 3.

5. Расчёт норм времени на обработку.

3.

5.1. Плазменная наплавка Время наплавки одного распределительного вала определяется по формуле (44):

мин; (3.1).

где, tОСН — основное время; tBCП — вспомогательное время; tДОП — дополнительное время;

ТПЗ — подготовительно-заключительное; п — количество наплавляемых деталей в партии.

мин (3.2).

Скорость наплавки определяется по формуле:

(3.3).

где, αН — коэффициент наплавки, г/А-ч; αН = 12 г/А-ч; γ - плотность наносимого покрытия; γ =7,4; I-сила тока, А; I = 150 А; d — диаметр детали; h — толщина наплавленного слоя, мм;

(3.4).

где: I — износ детали, мм;

z1 — припуск на обработку перед покрытием, мм; z1 = 0,1 мм;

z2 — припуск на механическую обработку после нанесения покрытия; z2 = 0,4 мм;

мм.

Частота вращения определяется:

(3.5).

где, VH — скорость наплавки;

Норма времени на наплавку распределительного вала складывается из следующих элементов затрат времени:

(3.6).

где, ТОСН — основное время;

ТВСП — вспомогательное время; опытно опеределено.

ТВС = 4 мин;

ТДОП — дополнительное время; принимается 3% от ТОП;

ТОП — складывается из суммы ТОСН + ТВСП; отсюда ТДОП = 0,44 мин;

ТП.Зподготовительно-заключительное; ТП. З =15 мин;

п — количество наплавляемых деталей в партии.

Исходя из этих данных, по формуле 48 определяется норма времени на наплавку:

ТН = 10,7 + 4 + 0,44 + 15 = 30,14 мин.

3.

5.2. Токарная обработка.

(3.7).

(3.8).

где: L — расчётная длина обработки в направлении подачи, мм;

п — частота вращения, мин-1;

S — подача, мм/об.

L= l + l1+ l2+ l3, мм (3.9).

L = 70*8 + 0,8 + 9 + 5 + 1 = 575,8 мм Частота вращения определяется как:

(3.10).

Тогда по формуле 50:

ТОСН = 41 мин, Суммарно по формуле 49 получим:

ТН = 41 + 0,54 + 0,12 + 10 = 51,6 мин.

3.

6. Выбор наплавочного порошка, плазмообразующего и транспортирующего газов Наплавка деталей производится износостойкими присадочными металлами, отличными по составу и структуре от основного металла. В этом случае для уменьшения деформаций и предупреждения трещин следует стремиться к тому, чтобы зона плавления была минимальной и достаточно прочной, по пластичной структурной, способной к релаксации напряжения. В большинстве случаев при восстановлении деталей наплавку изношенных поверхностей осуществляют твёрдыми порошковыми сплавами, обладающими высокой износостойкостью. Однако эти сплавы не обеспечивают в зоне сплавления достаточной прочности из-за образования хрупких прослоек. Поэтому нередко для восстановления деталей, работающих со знакопеременными нагрузками, используется наплавочный материал с меньшим пределом прочности, менее износостойкий, но более пластичный. Выбор высоколегированных порошковых твёрдых сплавов объясняется не только их высокой износостойкостью, но и особыми свойствами, характерными для дисперсных частиц. По сравнению с монолитными проволоками температура плавления их ниже, они имеют более высокую удельную поверхность и их добавление к проволокам значительно увеличивает химическую активность протекания реакций в сварочной ванне, что способствует снижению температуры формирования слоев и повышению их качества. Порошковые твёрдые сплавы по износостойкости в 1,5 раза превосходят традиционно применяемые наплавочные материалы (износостойкие электродные проволоки, порошковые проволоки, ленты). Восстановление с их использованием детали обычно имеют ресурс выше новых.

При плазменной наплавке применяют порошковые твёрдые сплавы на никелевой (ПР-Н70Х17С4Р4, ПР-Н77Х15СЗ, ПР-Н73Х16СЗРЗ) и на железной (ПГ-С27,ПГ-УС25, ПГ-ФБС6−2, ПГ-С1) основе. Твёрдость первых составляет HRCЭ = 35−58, вторых HRCЭ = 42−60. Грануляция порошков для наплавки должна быть не менее 100 мкм, так как мелкие частицы в более значительной степени окисляются и выпадают, кроме того, они забивают сопло плазмотрона. Для наплавки крестовин были отобраны следующие твёрдые сплавы на железной основе: УС-25, сормайт-1, ФБХ-6−2+3%Аl, ПГ-СП4+3%Аl. Эти сравнительно недорогие и износостойкие сплавы в достаточном количестве выпускаются нашей промышленностью. Однако известно, что твёрдые сплавы обладают значительной хрупкостью и при наплавке часто образуются трещины. Добавление 8% по весу порошкового алюминия в сплавы сормайт-1, УС-25, способствует устранению трещин в наплавочных слоях. Добавка алюминия не снижает износостойкости наплавленных слоев, а наоборот, наблюдается некоторое повышение их.

Плазменную наплавку рационально применять для восстановления распределительных валов с использованием в качестве присадочного материала порошковых твёрдых сплавов на железной и на никелевой основе. В качестве газов для плазмообразования используется аргон с расходом 1,5−2 л/мин. Для транспортирования порошка в сварочную ванну и её защиты могут применяться аргон, расход 6−10 л/мин, и азот 10−16 л/мин. В случае применения аргона качество наплавки, как правило, высокое.

Заключение

В ходе выполнения курсового проекта, по проектирования АТП автохозяйства УМВД России по ХМАО — Югре. Был произведен анализ автохозяйственной деятельности предприятия. Сделаны заключения и выводы о необходимости содержания своего штата ремонтных рабочих, для проведения ТО и ТР.

В результате выполненной 2 главы, организация технического сервиса предприятия, были достигнуты результаты:

— произведен расчёт технологического процесса АТП, общая годовая трудоемкость работ составила 126 812 чел.-ч.;

— рассчитано количество требуемого персонала на АПТ, общее число производственных рабочих составило 23 чел.;

— рассчитано количество постов обслуживания, число постов ТО-1 5 шт., ТО-2 7 шт.;

— рассчитана необходимая минимально площадь АПТ, которая составляет 1203 м².

В технологической части, разработан технологический процесс ремонта распределительного вала двигателя Кама.

З. Подобрано оборудование и инструмент.

Газотермическое напыление: учебное пособие/ под ред. Л. Х. Балдаева.

М.: Маркет ДС, — 2007. — 344 с.

Воловик, Е. Л. Справочник по восстановлению деталей / Е. Л. Воловик. -М.: Колос, 1981. -351 с.

Улашкин А.П., Тузов Н. С. Курсовое проектирование по восстановлению деталей: Учебное пособие. — Хабаровск: Издательство Хабар. гос. техн. ун-та. — 2003, — 146с.

Черноиванов В.И., Голубев И. Г. Восстановление деталей машин (Состояние и перспективы). — М: ФГНУ «Росинформагротех». — 2010. — 376 с.

Напольский Г. М. Технологическое проектирование автотранспортных предприятий и станций технического обслуживания: Учебник для вузов. — Москва.: Транспорт, 1985. — 231с.;

Шейнблинт А. Е. Курсовое проектирование Детали Машин М.: Высшая школа,-1991г.

М.Н.Ерохин, А. В. Карп, Н. А. Выскребенцев и др. Проектирование и расчет подъемно-транспортирующих машин; Под ред. М. Н. Ерохина и А. В. Карпа. — М.: Колос, 1999.;

Техническое обслуживание автомобилей, книга 2 Туревский И. С., — ФОРУМ: ИНФРА — М, 2005.

Современные автомобильные технологии Дж. Дэниэлс. — М.: ООО «Издательство Астрель»: ООО «Издательство АСТ», 2003.

Сервис на транспорте Николашин В. М., учеб. пособие, Академия, 2004.

Восстановление распределительного вала плазменной наплавкой/ Шиповалов А. Н., Храпков Г. А., Юдин В. М. Техника и оборудование для села. — 2010. — № 7. — С. 21.

Изм.

Лист.

№ докум.

Подпись.

Дата.

Лист.