Проект участка по ремонту блоков цилиндров в условиях ООО «Авто Тех Центр Новосибирск»

Содержание Введение

1. Анализ производственной деятельности предприятия

1.1 Общая характеристика предприятия

1.2 Технологическая характеристика производства

1.3 Анализ материально-технической базы предприятия

1.4 Анализ действующих технологических процессов ремонта

1.5 Анализ современных, перспективных технологий гальванического восстановления гильз цилиндров ДВС

1.6 Постановка задач проектирования

1.7 Выводы

2. Разработка технологического проекта участка

2.1 Расчёт объёмов производства

2.2 Расчёт потребности в технологическом оборудовании и производственных площадях

2.3 Разработка решения по планировке оборудования

2.4 Обоснование количества и состава рабочих

2.5 Выводы

3. Разработка технологического процесса восстановления блоков цилиндров

3.1 Анализ технического состояния объекта и обоснование способов технологических воздействий

3.2 Разработка маршрутного технологического процесса

3.3 Разработка операционных технологических процессов восстановления цилиндров

3.4 Выводы

4. Разработка конструкции устройства для гальванического восстановления цилиндров

4.1 Анализ известных конструкций

4.2 Обоснование предлагаемого варианта конструкции и её описание

4.3 Обоснование и расчеты технологических и конструкционных параметров устройства

4.4 Выводы

5. Безопасность жизнедеятельности

5.1 Анализ состояния охраны труда на предприятии

5.2 Охрана труда участка по ремонту блоков цилиндров

5.2.1 Расчёт освещения участка

5.2.2 Расчёт вентиляции

5.2.3 Расчёт заземления

5.2.4 Выбор средств защиты

5.2.5 Безопасность конструкторской разработки

5.2.6 Экологическая безопасность проекта

5.3 Выводы

6. Экономическая эффективность проекта

6.1 Определение экономической эффективности проекта участка по ремонту блоков цилиндров

6.2 Экономический расчет конструкторской разработки

6.3 Определение экономического эффекта от внедрения конструкторской разработки

6.4 Выводы Общие выводы по проекту Библиографический список Введение Необеспеченность ремонтных мастерских, специализирующихся на восстановлении автомобилей иностранного производства, дорогостоящими запасными частями является серьёзным фактором снижения качества работ. Вместе с тем, около 75% деталей, выбраковываемых при первом капитальном ремонте автомобиля, являются ремонтопригодными, либо могут быть использованы без восстановления вообще. Поэтому, целесообразной альтернативой дорогостоящим запасным частям является вторичное использование изношенных деталей, восстанавливаемых в процессе ремонта автомобилей и его агрегатов.

Из ремонтной практики известно, что большинство выбракованных по износу деталей теряют не более 1−2% исходной массы. При этом прочность деталей практически сохраняется. Например, 95% деталей двигателей внутреннего сгорания выбраковывают при износах, не превышающих 0,3 мм, и большинство из них могут быть вторично использованы после восстановления. [1]

С позиции материалоемкости воспроизводства машин экономическая целесообразность ремонта обусловлена возможностью повторного использования большинства деталей как годных, так и предельно изношенных после восстановления. Это позволяет осуществлять ремонт в более короткие сроки с меньшими затратами металла и других материалов по сравнению с затратами при изготовлении новых деталей. По ряду наименований важнейших наиболее металлоемких и дорогостоящих деталей вторичное потребление восстановленных деталей значительно больше, чем потребление новых запасных частей. Так, например, восстановленных блоков двигателей используется в 2,5 раза больше, чем получаемых новых. [1]

Высокое качество отремонтированных автомобилей и агрегатов предъявляет повышенные требования к ресурсу восстановленных деталей. Известно, что в автомобилях и агрегатах после капитального ремонта детали работают, как правило, в значительно худших условиях, чем в новых. Это связано с изменением базисных размеров, смещением осей в корпусных деталях, изменением условий подачи смазки и пр. Поэтому, технологии восстановления деталей должны базироваться на таких способах нанесения покрытий и последующей обработки, которые позволили — бы не только сохранить, но и увеличить ресурс отремонтированных деталей. Например, при восстановлении деталей плазменным и детонационным напылением, индукционной и лазерной наплавкой, а также электрохимическим наращиванием, их износостойкость значительно увеличивается по сравнению с новыми. [1]

1. Анализ производственнотехнологической деятельности предприятия

1.1 Общая характеристика предприятия Предприятие ООО «Авто Тех Центр Новосибирск» (далее — «АТЦ Новосибирск») является автообслуживающим предприятием (станцией технического обслуживания). Размещение — городское. Данная СТО расположено по адресу: город Новосибирск, улица Залесского, дом 7/2, корпус 1, на бывшей территории крупного завода, и практически полностью занимает один из его производственных корпусов (так же в здании расположены несколько офисных помещений, принадлежащих другим организациям). Занимаемая площадь — более 1000 м². Одновременно на предприятии могут обслуживаться до 13 автомобилей, то есть, предприятие относится к среднему классу. Организацию можно отнести к типу комплексных СТО, так как в ней выполняется практически полный перечень работ по техническому обслуживанию и ремонту автомобилей, а также, ведётся продажа запасных частей, расходных материалов, оказываются услуги по независимой экспертизе кузовов легковых автомобилей.

На данном предприятии обслуживаются и ремонтируются автомобили частных лиц, а так же нескольких сторонних предприятий с малым автопарком. На СТО обслуживается смешанный парк автомобилей: легковые автомобили любого типа, грузовые автомобили грузоподъёмностью до 1,5 тонн и автобусы вместимостью до 13 мест (то есть автомобили и автобусы класса «Газель»).

Особую роль в деятельности предприятия занимают автомобили, принадлежащие членам крупного автоклуба (Tourer-V-клуб). В основном, это заднеприводные автомобили марки Toyota (Mark II, Cresta, Chaser, Crown, Soarer, Supra, Aristo и т. д., в том числе и их спортивные модификации Tourer-V и IR-V). Автомобили этих моделей составляют около половины, из числа обслуживаемых. Услуги СТО членам клуба предоставляются со скидкой.

1.2 Технологическая характеристика производства На предприятии «АТЦ Новосибирск» есть следующие участки:

1. Участок мойки автомобилей и агрегатов. На нём осуществляется внешняя мойка кузовов автомобилей (и как отдельная услуга, и как подготовительная операция перед обслуживанием, или ремонтом), уборка салонов автомобилей, предремонтная мойка агрегатов (в основном, двигателей). Вместимость участка- 1−2 автомобиля, в зависимости от их размера.

2. Участок ремонта шин автомобилей и шиномонтажа. Этот участок совмещён с участком мойки автомобилей и агрегатов. Это связано с сезонным характером работ, а также с тем, что снятие колёс с автомобилей удобнее производить в цехе технического обслуживания и общего ремонта, и отдельного помещения для него не требуется. На данном участке производится ремонт шин, камер, шиномонтаж, балансировка колёс легковых автомобилей и т. д. Вместимость участка такая — же как и у предыдущего: 1−2 автомобиля.

3. Цех технического обслуживания и общего ремонта. В нём осуществляется полный спектр работ по техническому обслуживанию автомобилей, а так же ремонт электрооборудования, ходовой части, производятся услуги по экспертизе кузовов автомобилей, установка дополнительного оборудования, а так же подразборка автомобилей перед кузовным ремонтом. Снятие крупных агрегатов перед их ремонтом так же осуществляется на этом участке. Вместимость участка- 8 автомобилей.

4. Цех кузовного ремонта. В нём осуществляется сборка, разборка, ремонт кузовов легковых автомобилей, а так же подготовка их к покраске. Вместимость участка- 3 автомобиля

5. Участок ремонта двигателей автомобилей. Осуществляется сборка, разборка двигателей, дефектовка, мойка не крупных деталей и узлов. На данном участке, также иногда проводится ремонт других агрегатов, в частности, коробок перемены передач. Снятие этих агрегатов производится в цехе общего ремонта, поэтому параметра вместимости автомобилей у него нет, но одновременно ремонтироваться там могут два двигателя.

6. Участок окраски кузовов автомобилей. Здесь окрашиваются, сушатся, полируются и доводятся отремонтированные кузова автомобилей. Иногда в этот участок переносятся, также и работы по подготовке кузовов к покраске.

7. Зона ожидания. Представляет собой 5 стояночных мест, отделенных от общей парковки, предназначенной для автомобилей работников соседних организаций. Соответственно, находится за пределами основного производственного корпуса.

Также, на предприятии есть два складских помещения, административное помещение и комната ожидания для клиентов.

План предприятия представлен на рисунке 1

Рисунок 1- Планировка производственного корпуса предприятия ООО «АТЦ Новосибирск»

1- Участок кузовного ремонта; 2- участок ремонта ДВС; 3- складские помещения; 4- компрессорная; 5- участок ТО и общего ремонта; 6- участки мойки автомобилей и ремонта шин; 7- малярный участок; 8- зона хранения; 9- офисные помещения; 10- помещение под проектируемый участок.

Документационное обеспечение предприятия «АТЦ Новосибирск».

Учётные карточки автомобилей, ремонтные листы, ведомости дефектовки, карточки складского учёта, документы бухгалтерии и практически вся остальная документация ведётся с помощью компьютерной техники. На бумажных носителях сохранились лишь планотчёты ТО и ремонта, а также заключения кузовной экспертизы, которые выдаются владельцам вместе с товарным чеком по окончании работ. Данная схема значительно снижает трудоёмкость ведения документации, а также увеличивает сохранность информации. Со всем документооборотом, связанным непосредственно с проведением работ справляется один человек.

1.3 Анализ материальнотехнической базы предприятия В таблице 1 приведена ведомость технологического оборудования.

Таблица 1- Ведомость технологического оборудования ООО «АТЦ Новосибирск»

1.4 Анализ действующих технологических процессов ремонта В данный момент, на предприятии ООО «АТЦ Новосибирск» действуют технологии ремонта двигателей, которые не могут в полной мере соответствовать современным требованиям надёжности и долговечности восстановленных агрегатов. Вместо полноценного восстановления рабочих размеров деталей до номинальных, или хотябы до допустимых показателей, проводится лишь замена таких деталей как поршневые кольца, вкладыши коленчатого вала, уплотнители, детали привода ГРМ и т. д. на новые. По статистике, тяговоэкономические и эксплуатационные показатели двигателей, восстановленных таким способом, возвращаются к своему исходному состоянию за пробег, не превышающий одной четвёртой от ресурса нового агрегата.

Особое влияние на мощность и экономичность двигателя оказывает состояние деталей цилиндропоршневой группы. Как известно из теории ремонта двигателей, эпюра износа цилиндра имеет форму конуса, большее основание которого расположено вблизи ВМТ и износ гильзы цилиндра несколько больший в плоскости качания шатуна, из-за действия от него нормальной силы (см. рис.2).

Рисунок 2- характер износа цилиндра

1- Пошень; 2- Гильза цилиндра; 3- Эпюра износа;

Неравномерный износ цилиндра по высоте приводит к радиальным перемещениям кольца в канавке. В результате этих перемещений возникает сила трения, вызывающая износ первого поршневого кольца и канавки поршня. Чрезмерный износ этих деталей приводит к тому, что газы свободно проходят в картер, что ускоряет сгорание масла и изнашивание деталей цилиндропоршневой группы двигателя. [2]

Исходя из всего вышеописанного, предлагается спроектировать участок по восстановлению блоков цилиндров двигателей на базе предприятия «АТЦ Новосибирск» с разработкой приспособления для гальванического вневанного восстановления гильз цилиндров.

1.5 Анализ современных и перспективных технологий гальванического восстановления гильз цилиндров ДВС В основном, гильзы восстанавливают железнением. При восстановлении крупных корпусных деталей (блоков двигателей, например) площади наращиваемых поверхностей мала, по сравнению с площадью всей детали, поэтому в таких случаях целесообразно применение безванных способов нанесения покрытий. Принцип такого нанесения заключается в том, что у поверхности, подлежащей покрытию, с помощью несложных устройств создают местную электролитическую ячейку (ванночку), в которую подают электролит, а деталь и анод подключают к источнику тока. [2]

Вторым направлением в совершенствовании технологии гальванических покрытий является использование периодических токов (реверсивного, асимметричного, импульсного и т. д.) вместо постоянного, что в несколько раз повышает производительность процесса и улучшает свойства покрытий. Сущность этого способа заключается в том, что ток, изменяясь по определённому закону, периодически меняет своё направление. Осаждение металла периодически прекращается и заменяется его кратковременным частичным растворением. Вместе с последним разрушается образовавшаяся пассивная плёнка, а прикатодный слой электролита обогащается катионами металла. Повторение этих циклов при правильном выборе режимов осаждения позволяет увеличить производительность процесса.

Холодные электролиты. Полученные поверхности устойчивее против окисления, пoзвoляют пoлучaть качественные покрытия с лучшими механическими свoйствaми. Во все хoлoдные электролиты ввoдится хлoристый мaргaнец, кoтoрый замедляет oбрaзoвaние дендритов и спoсoбствует получению гладких покрытий бoльшoй толщины, кроме того крайне упрощается оборудование для нанесения покрытий, и соответственно, технологический процесс. Но, производительность таких электролитов меньше, чем горячих из-за меньшей допускаемой плотности тока.

Специально для восстановления гильз цилиндров были разработаны различные сплавы железа с повышенными физико — механическими свойствами. Например, сплавы железа и фосфора, а также железа, никеля и фосфора, с помощью которых получают железофосфорные покрытия, которые при нагреве до температуры более 250? С не снижают, а наоборот, увеличивают свою микротвёрдость за счёт образования фосфидов железа. В результате чего увеличивается износостойкость, а также, сцепляемость с основным металлом.

Существуют ещё некоторые решения, которые позволяют повысить производительность, или качество наносимого покрытия, например, турбулентное движение электролита или гальваномеханическое нанесение покрытий, но отражения в данном проекте они не найдут, из-за технологической трудности их осуществления во вневанном способе нанесения покрытий.

1.6 Обоснование и постановка задач проектирования Заднеприводные автомобили Toyota оснащаются рядными шестицилиндровыми двигателям. В основном, это семейство 1JZ и 2JZ. Гильзы цилиндров этих двигателей одинаковы. Да и в целом, эти двигатели довольно похожи конструктивно, в том числе и тем, что у них отсутствует заложенная в конструкции возможность обработки гильзы под ремонтный размер.

Фирмы, производящие детали для форсирования двигателей изготавливают поршни ремонтного размера (+0,5 мм и +1 мм). Однако, в основном, на двигатели, оснащённые турбонаддувом (модификации 1JZ-GTE и 2JZ-GTE). Установка их на атмосферные двигатели непременно приведёт к уменьшению степени сжатия, кроме того, стоимость их чрезвычайно высока. Например, ремонтные поршни производства фирмы GReddy стоят 36 000 руб. за комплект. Фирмой TODA выпускаются поршни, подходящие и для атмосферных двигателей, но их рекомендованная стоимость 52 400 рублей за комплект, а стоимость стандартного комплекта поршней не превышает 17 000 рублей. Гильзы в запчасти не поступают, а стоимость нового блока цилиндров составляет 108 000 рублей.

Тем временем, цилиндропоршневая группа рассматриваемых двигателей по статистике, приходит в негодность вместе с выработкой ресурса всего агрегата. Кроме того, ЦПГ бывает часто повреждена вследствие не грамотной форсировки (например, разрушение поршня из-за детонации). Ещё, характерным отказом является разрушение лопаток турбинного колеса, обломки которых попадают в цилиндры двигателя. Таким образом, восстановление гильз цилиндров под номинальный размер вполне оправдано.

Основной задачей данного проекта является разработка участка по восстановлению блоков двигателей, на котором может производиться оперативный, не дорогой, и самое главное, современный и качественный ремонт блоков.

1.7 Выводы ООО «АТЦ Новосибирск» является перспективным и активно развивающимся предприятием, у которого есть все материальные и трудовые ресурсы для выполнения качественного ремонта автомобилей. Проект участка по ремонту блоков предлагается с целью увеличения влияния данной организации на рынке автосервиса г. Новосибирска.

2. Разработка технологического проекта участка

2.1 Расчёт объёмов производства Предприятие ООО «АТЦ Новосибирск» находится на рынке услуг с января 2010 года. По этой причине, долговременной статистики по обращениям не существует. Но есть статистика по обращениям за 2010 год. Всего за год было 1100 обращений на станцию (по всем видам работ, кроме кузовных), из них- 118 (то есть 10,7%) по капитальному ремонту двигателей и их замене на двигатели с пробегом или на новые, в связи с износом ЦПГ.

Исходя из бизнес — плана на последующее развитие, ожидается увеличение числа обращений за услугами СТО до 2000; 2500 в год. Это связано с активной рекламной деятельностью администрации, увеличением среднего возраста подержанных автомобилей, ввезённых из Японии и увеличением количества автомобилей, принадлежащих частным лицам. Соответственно, увеличится и количество обращений по ремонту двигателей.

Годовой объём работ — это общие затраты времени на выполнение годовой производственной программы участка. Он рассчитывается по формуле[4]:

чел.-ч. (1)

Где: tтрудоёмкость работ по восстановлению блока цилиндров, чел.-ч.

Nгодовая производственная программа ремонта, шт (N=214- 10,7% от планируемых 2000 единиц).

Определённую сложность составляет точное определение величины трудоёмкости работ. Причиной этого служит отсутствие норм времени, установленных заводом — изготовителем, на ремонт данной детали. Но, по укрупнённой методике проектирования можно определить величину трудоёмкости ремонта комплектного двигателя по следующей формуле[5]:

чел.-ч. (2)

Где: t_Э— эталонная трудоёмкость ремонта комплектного двигателя, чел.ч. Для четырёхцилиндровых двигателей составляет 32 чел.-ч. 6] Но так как участок проектируется преимущественно для блоков шестицилиндровых двигателей, то данное число следует увеличить в 1,5 раза, (т.е. до 48 чел.-ч.).

К_ПР— коэффициент приведения трудоёмкостей на ремонт в зависимости от годовой программы (К_ПР=1,2 [5]).

чел.-ч.

Доподлинно известно, что трудоёмкость ремонта блока цилиндра составляет 14,4% от трудоёмкости ремонта комплектного двигателя[5], отсюда следует, что усреднённая трудоёмкость ремонта одного блока цилиндров:

чел.-ч.

чел.-ч.

Что бы увеличить загруженность участка требуется увеличить количество восстанавливаемых блоков. Это возможно сделать вместе с ростом производственной программы всего СТО (что предусматривает бизнесплан), и принимая заказы на ремонт от сторонних организаций и частных лиц.

2.2 Расчёт потребности в технологическом оборудовании и производственных площадях Расчёт количества единиц технологического оборудования целесообразно вести аналитическим методом исходя из условий выполнения комплекса технологических операций. Перечень необходимого технологического оборудования и оснастки представлен в таблице 2.

Таблица 2- перечень технологического оборудования и организационной оснастки, необходимого для участка по восстановлению блоков цилиндров.

Площади участков по физическим показателям (суммарной площади, занятой оборудованием) рассчитывают по следующей формуле[6]:

м² (3)

Где: kкоэффициент на рабочие места, проходы и проезды (принимается k=3,5[6]),

— площади в плане, занятые однотипным оборудованием,

i-количество позиций однотипного оборудования, Х₀— количество единиц однотипного оборудования.

м².

2.3 Разработка решений по планировке технологического оборудования Планировка участка должна определяться общей организации технологического процесса на нём, расчётом количества и площади оборудования, последовательностью технологических операций, и нормами технологического проектирования.

Бизнесплан предприятия «АТЦ Новосибирск» предусматривает в ближайшие три года увеличение производственных площадей за счёт соседних пустующих, либо частично занятых помещений. Под участок для восстановления блоков цилиндров предлагается выделить помещение № 10 (см. рис. 1), так как оно с некоторым запасом удовлетворяет требования для данного участка по площади, то есть перепланировка участка не потребуется даже с учётом довольно значительного роста производственной программы. Кроме того, на участке будут установлены некоторые виды технологического оборудования, которые могут участвовать не только в ремонте блоков цилиндров, но и в ремонте некоторых других деталей автомобилей.

Для обеспечения прохода в это помещение из основного производственного цеха требуется проделать дверной проём, а для этого изменить планировку санузла и передвинуть верстак № 15 (см. планировку производственного участка на НиРМ ДП 4500.00 Д2). Расстановка оборудования должна соответствовать порядку типового технологического процесса восстановления данной детали. Но некоторыми операциями, такими как мойка, разборка и окраска блоков, целесообразно загрузить другие участки предприятия с целью экономии рабочего времени, производственных площадей и уменьшения капиталовложений.

2.4 Обоснование количества и состава рабочих К производственным рабочим относят рабочих участков основного производства, непосредственно выполняющих технологические операции, связанные с выпуском продукции предприятием. Количество производственных рабочих определяется как частное от деления годового объёма работ на годовой фонд времени рабочего [6]:

чел. (4)

где: — Годовой фонд времени технологически необходимого работника (принимаем =2070, ч. 6])

чел (принимаем 1).

Данное количество работников предусматривает только основной вид работ, но не предусматривает побочные работы и увеличение программы предприятия по позитивному плану.

2.5 Выводы Для обеспечения полноты и качества работ на участке по ремонту блоков цилиндров требуется большая номенклатура оборудования и большие производственные площади. Данные капиталовложения не противоречат стратеги развития ООО «АТЦ Новосибирск» на ближайшие периоды.

3. Разработка технологического процесса восстановления блока цилиндров

3.1 Анализ технического состояния объекта и обоснование способов технологических воздействий При работе блоки двигателей испытывают химическое тепловое и коррозионное воздействие газов и охлаждающей жидкости, механические нагрузки от переменного давления газов, динамические нагрузки, вибрации, контактные нагрузки и влияние абразивной среды[4].

В процессе эксплуатации блоков двигателей современных легковых автомобилей возникают следующие дефекты: трещины, изломы и пробоины, повреждения и износ резьбы в отверстиях и на шпильках, износ, овальность, конусность и смещение отверстий в опорах под вкладыши коренных подшипников, коробление поверхности прилегания к головке блока, износ отверстий под установочные штифты и втулки, а также износ, овальность, конусность и задиры поверхностей гильз цилиндров[7].

Блок выбраковывают при трещинах и обломах в гнёздах под вкладыши коренных подшипников, в масляных каналах и местах, недоступных для выполнения ремонта, а также, в случаях, когда имеется: более двух трещин между отверстиями цилиндров, более четырёх трещин в водяных рубашках или более двух трещин, выходящих на обработанные поверхности[7].

Трещины, изломы и пробоины заваривают электродуговой или газовой сваркой, наложением заплат и закреплением их болтами и сваркой, наложением заплат с применением полимеров на основе эпоксидных смол. Трещины в местах, не испытывающих больших нагрузок, заделывают штифтами или уплотняющими фигурными вставками. Преимуществом сварки является высокая производительность процесса, однако, при её применении в детали возникают значительные тепловые напряжения, кроме того, процесс сварки требует высокой квалификации рабочих.

Изношенные резьбовые отверстия восстанавливают нарезанием резьбы увеличенного размера или постановкой вставок. Шпильки с изношенной резьбой, как правило, выбраковывают, а иногда восстанавливают наплавкой и нарезанием резьбы нормального или увеличенного размера.

Посадочные места (постели) под вкладыши коренных подшипников восстанавливают расточкой под ремонтный размер, нанесением покрытий сваркой, заделкой составами на основе эпоксидных смол, постановкой полуколец. Также, применяют осталивание в проточном электролите с помощью приспособлений, позволяющих одновременно наращивать постели всех подшипников. Перед осталиванием постели растачивают, чтобы придать им геометрически правильную форму и удалить с рабочей поверхности слой, насыщенный маслом. В ячейку, образуемую приспособлением на каждой постели, подают проточный электролит. Такой процесс позволяет наращивать слой металла толщиной 0,4- 0,8 мм. 7]. Особо стоит отметить способ восстановления, заключающийся в расточке постелей коленвала под номинальный размер со смещением оси. Для этого плоскости разъёма крышек коренных подшипников шлифуют на 0,5−0,7 мм., устанавливают их обратно и растачивают отверстия под номинальный размер.

Коробления поверхности прилегания к головке блока, превышающее 0,7 мм.(для двигателей семейства JZ), устраняют шлифованием на плоскошлифовальных или вертикальносверлильных станках. Также, допускается пришабривание, либо шлифование вручную.

Основные дефекты гильз цилиндров — износ и задиры рабочей поверхности. В некоторых двигателях (с «мокрыми» гильзами) наблюдается также деформация и изнашивание наружных посадочных поверхностей и кавитационный износ поверхностей охлаждения гильз. В основном, гильзы цилиндров восстанавливают расточкой под ремонтный размер с последующей доводкой (хонингованием) и постановкой соответствующих поршней. При растачивании цилиндров следят за сохранением расстояний между осями цилиндров и перпендикулярностью осей цилиндров оси коленчатого вала. После растачивания диаметр гильзы на 0,04−0,1 мм. Меньше ремонтного размера, это припуск на хонингование. Обычно, хонингование ведут в два приёма: черновое и чистовое. На некоторых предприятиях вместо хонингования применяют раскатку шариковыми головками в этом случае, оставляют припуск 0,05−0,06 мм. Однако, в некоторых современных двигателях подобные операции не предусмотрены с целью повышения технологичности изготовления блоков и уменьшения номенклатуры запасных частей. Кроме того, количество ремонтных размеров ограничено, и в случае глубокого механического повреждения (например, поломки компрессионного кольца) применение ремонтных поршней затруднено, либо невозможно. Такие гильзы восстанавливают одним из следующих методов: постановка легкосъёмных тонких пластин, электроконтактной приваркой ленты, индукционной центробежной наплавкой, железнением, или хромированием[2].

3.2 Разработка маршрутного технологического процесса Технологический процесс восстановления детали — это процесс, содержащий целенаправленные действия по изменению определённого состояния детали с целью восстановления её эксплуатационных свойств[4].

В первую очередь выполняются подготовительные операции (очистка, обезжиривание, правка, восстановление базовых поверхностей). Далее выполняется механическая обработка, предназначенная для придания правильной геометрической формы изношенным поверхностям. Затем обычно выполняется наращивание изношенных поверхностей, при этом, сначала выполняют операции, при которых деталь нагревается до высокой температуры (сварка, наплавка, термообработка) и если необходимо, то детали подвергают вторичной правке, а после — выполняют наращивание не связанное с нагревом. После этого выполняется механическая и слесарная обработка. Контрольные операции назначают в конце технологического процесса и после выполнения наиболее ответственных операций.

Ниже приведён перечень операций, проводимых при восстановлении блоков цилиндров, и дано их краткое описание.

Моечная. Предназначена для удаления всех типов загрязнений с поверхностей блоков, для увеличения качества и скорости выполнения последующих операций. Особенностью данной операции является то, что перед её выполнением необходимо закрыть поверхности трения (гильзы цилиндров, и постели коленвала) специальными крышечками или консистентной смазкой от попадания моющих средств и воды, с целью предупреждения коррозии. Мойка блока выполняется на участке мойки автомобилей и агрегатов при помощи аппарата высокого давления с применением средства «Деталан-10» или ему подобного.

Контрольная. Проводится для выбраковки блоков, и определения перечня дальнейших воздействий. Сначала визуально проверяется наличие выбраковочных дефектов. Если такие дефекты отсутствуют, то проверяется наличие трещин, сколов и т. д. на поверхностях блока, затем, выявляются повреждения шпилек и резьбовых отверстий, назначается способ устранения данных дефектов. Далее, на поверочной плите при помощи щупов контролируется состояние привалочных поверхностей, на стенде для опрессовки блоков проверяется герметичность его полостей. В конце, с помощью индикаторных нутромеров и приспособлений для проверки соосности выявляется износ гильз, постелей коленвала, а также их взаиморасположение.

Слесарная. Заключается в удалении обломанных болтов и шпилек. Удаление может производиться как чисто слесарным способом (с помощью боров и экстракторов), так и с привлечением сварочного аппарата (наваривание гаек и воротков), а также сверлильного станка (высверливание). Операция проводится на слесарном верстаке.

Слесарная. Подготовка («разделка») трещин, пробоин, отверстий с сорванной резьбой и вставок к заварке или заделке пластмассами. Операция проводится на слесарном верстаке с применением шлифовальных машинок, бор — машинок, ручных дрелей и прочего слесарного инструмента, так же может быть применён сверлильный станок, и любое оборудование, находящееся на других участках предприятия.

Сварочная. Выполняется заварка трещин, отверстий, приварка вставок. Данная операция выполняется при помощи электросварочной установки, а также электропечи для нагревания блоков. Для облегчения выполнения операции блок может быть закреплён на стенде для ремонта двигателей, либо на выкатном поддоне электропечи. После выполнения данной операции требуется сделать повторную проверку плоскостей прилегания головки блока цилиндров, и картера двигателя, а также правильности взаиморасположения конструктивных элементов детали с целью выявления короблений.

Слесарная. Заделка трещин и пробоин полимерами. Выполняется на слесарном верстаке, либо на стенде для ремонта двигателей. Перед непосредственно заделкой, целевую поверхность требуется обезжирить. Заделка производится составами Б и Г (по классификации ГОСНИТИ), либо их аналогами. Для увеличения скорости отверждения составов допускается применение местного нагрева (например, промышленным феном). При нагреве поверхности до 100 градусов время полимеризации состава составляет менее двух часов.

Слесарная. Обработка сварных швов и заделок полимерами. Выполняется на слесарном верстаке, либо на стенде для ремонта двигателей. Инструменты — шлифмашинка, дрель, бор — машина, наборы слесарного инструмента и т. д. Затупляются острые кромки, заусенцы, излишние наплывы материала. После выполнения данной операции в обязательном порядке проводится повторная опрессовка блоков с целью выявления брака.

Шлифовальная. Шлифование базовых поверхностей. Для двигателей семейства JZ базовыми являются две гладкие плоскости, расположенные на приливах с левой стороны (по ходу движения) двигателя. Обработка выполняется на плоскошлифовальном станке. Величина снятого слоя обязательно фиксируется.

Шлифовальная. Шлифуются привалочные поверхности ГБЦ и поддона картера. Обработка проводится вплоть до устранения изгибов. Операция выполняется на плоскошлифовальном станке.

Шлифовальная. В случае восстановления опорных поверхностей коленвала растачиванием со смещением оси его вращения требуется удалить слой металла с крышек коренных подшипников. Шлифование проводится на плоскошлифовальном станке с применением соответствующего спецприспособления, при этом может проводиться обработка всех крышек сразу. Допускается, также шлифование крышек вручную на абразивном круге.

Расточная. Производится растачивание постелей коленвала под ремонтный или номинальный размеры, под постановку ДРД, либо с целью подготовки поверхности под последующее наращивание. Обработка проводится в два прохода (кроме случая с последующим наращиванием) — черновой и чистовой. Операция поводится на горизонтальнорасточном станке.

Слесарная, сварочная либо гальваническая. Проводится наращивание поверхностей под подшипники коленвала. Наращивание может производиться при помощи постановки ДРД, заделки полимерами, наплавки, либо твёрдым железнением в проточном электролите. Применение ДРД и полимеров целесообразнее при повреждении 1- 3 постелей. При этом, дополнительную деталь требуется закрепить штифтами и провести чистовое растачивание. В случае заделки полимерами используется скалка, которая ориентирует наращиваемые отверстия относительно неповреждённых, после такой заделки дополнительное растачивание полученной поверхности не требуется, необходимо лишь слесарным путём удалить излишки материала. Наплавку следует производить только в случае очень глубоких (более 3 мм. [7]) повреждений с использованием специальной наплавочной головки и последующем контроле геометрии всего блока. Электрохимическое наращивание лучше проводить, если изношены все постели, однако проблематично получить при таком способе слой более 0,8 мм.

Расточная. Проводится чистовое растачивание нарощеных поверхностей под подшипники коленвала. Операция ведётся на горизонтально — расточном станке.

Контрольная. Производится контроль диаметра, соосности и отсутствия дефектов на восстановленных поверхностях под подшипники коленвала. Контроль ведётся на дефектовочном верстаке с применением нутромеров, контрольных скалок индикаторных приспособлений для проверки соосности, а также визуально.

Расточная. Требуется провести растачивание поверхности цилиндров с целью создания ровной поверхности, и удаления пограничного слоя металла для дальнейшего электрохимического наращивания. Операция проводится в один проход. Растачивание проводится на вертикально — расточном станке.

Гальваническая. Местное наращивание поверхности гильз железнением. Проводится на отделённом гальваническом участке. В качестве источника тока используется выпрямитель типа ГИТ7500, или его аналог. Местная ванна создаётся с помощью спецприспособления. Так же возможно применение проточного электролита, при этом он прокачивается с помощью насоса типа ГХН 0,6/2.1. Перед началом операции проводится 2−3 минутное травление поверхности обратным током, либо кислотой. При выполнении данной операции необходимо регулярно следить за составом электролита с целью предупреждения его обеднения.

Моечная. Необходимо промыть блок цилиндров после наращивания с целью предохранения его и станков от коррозии.

Расточная. Проводится чистовое растачивание нарощенных поверхностей гильз на вертикально — расточном станке, с целью подготовки к дальнейшему хонингованию.

Шлифовальная. Производится хонингование поверхности цилиндров. Операция выполняется на хонинговальном станке с целью уменьшения шероховатости поверхности гильз и придания им специальных свойств.

Контрольная. Проверяется диаметр и расположение восстановленных гильз с помощью нутромеров, а также визуально отсутствие брака на их поверхности. Контроль проводится на дефектовочном верстаке.

Малярная. Для восстановления повреждённого декоративного покрытия блока. Выполняется на малярном участке. Сначала зачищаются поверхности с повреждённым покрытием, затем, зачищенные места замываются и на них наносятся грунт и краска. Перед выполнением операции необходимо защитить рабочие поверхности блока от попадания пыли и ЛКМ.

3.3 Разработка операционных технологических процессов восстановления цилиндров Операция 085. Расточная. Расточка гильз цилиндров.

Рассчитываем длину рабочего хода суппорта:

L_Р.Х=L_Рез.+y, мм. (5)

Где: L_Рез— длинарезания, мм. (составляет 86 мм.)

yдлина подвода, врезания и перебега инструмента, мм. (составляет 5 мм при расточке в проход [8])

L_Р.Х=86+5=91 мм.

Для расточки чугуна подача на один оборот шпинделя S₀=0, 8 мм/об. Период стойкости инструмента составляет 50 минут[8]. Рекомендованная скорость резания определяется по формуле:

v=v_таб.ЧК₁ЧК₂ЧК₃, м/мин. (6)

где: v_таб.— рекомендуемая скорость резания, м/мин. (составляет 80 м/мин. [8])

К₁— коэффициент, зависящий от обрабатываемого материала (для серого чугуна- 0,9),

К₂-коэффициент, зависящий от марки твёрдого сплава резца (для сплава ВК6- 1,15),

К₃-коэффициент зависящий от вида обработки (для растачивания- 1).

v=80Ч0,9Ч1,15Ч1=90,97, м/мин.

Рассчитаем рекомендуемое число оборотов шпинделя:

мин^-1, (7)

Где: dдиаметр точения, мм (диаметр цилиндра составляет 86 мм.)

мин^-1.

Ближайшая частота вращения по паспорту станка n=263 об/мин.

Уточняем скорость резания:

м/мин, (8)

м/мин.

Расчёт основного машинного времени:

м/мин, (9)

мин.

Операция 090. Гальваническая. Железнение поверхности гильз.

В качестве электролита следует применять смесь из 200 г. хлористого железа, 200 г. сернокислого железа, и 10- 15 г. гипофосфида натрия на 1 литр дистиллированной воды. Он обеспечивает покрытия хорошего качества и обладает хорошей производительностью[2]. Также, целесообразно применение асимметричного периодического тока с катодно — анодным показателем 0,9.

Площадь боковой поверхности цилиндра вычисляется по формуле:

F_ц=рЧdЧL_Рез., дм² (10)

F_ц=3,14Ч0,86Ч0,86=2,32, дм².

Площадь всех шести цилиндров в таком случае составляет 13, 92 дм².

Сила тока, необходимого при железнении составляет:

I= F_цЧД_к, А (11)

Где: Д_к— катодная плотность тока, А/Дм² (для холодных электролитов допускается до 30 А/Дм²[9]),

I=2,32Ч30=69,6, А для одного цилиндра.

I=13,92Ч30=417,6 А для наращивания всех шести цилиндров сразу.

Но, электрохимический процесс следует начинать с меньшей плотности тока т. е. с 5 А/Дм² в течение 0,5 — 1 минуты. Это называется начальный рабочий ток. Затем, плотность тока втечение 5 — 10 минут выводят до заданного значения.

Рассчитаем время, необходимое для электролиза:

ч, (12)

Где: — плотность железа, г/см³ (равна 7,8 г/см³),

Сэлектрохимический эквивалент железа, гЧа/ч, (1,04),

з-катодный выход железа по току (принимаем 0,75)

вкатодно — анодный показатель асимметричного тока (принимается равным 0,9 [2]),

hтолщина осадка, мм. Определяется по формуле:

h=h_п.р+h_о.р.+h_х, мм. (13)

где: h_п.р— глубина дефектного слоя, убираемого при подготовительном растачивании, мм. (принимается 0,3 мм.),

h_о.р— припуск на повторное растачивание в номинальный размер, мм. (принимается 0,8 мм. [8]),

h_х— припуск на хонингование, мм. (принимается 0,09 [7]),

h=0,3+0,8+0,09=1,19 мм.

ч.

С целью увеличения скорости операции рекомендуется проводить наращивание всех шести гильз одновременно. Подготовительнозаключительное время принимаем 0,4 часа.

Операция 100. Расточная. Расточка гильз цилиндров.

Для расточки железа подача на один оборот шпинделя S₀=0,6 мм/об. Период стойкости инструмента составляет 50 минут[8]. Рекомендованная скорость резания:

v=120Ч0,7Ч1,25Ч1,0=105, м/мин.

Рассчитаем рекомендуемое число оборотов шпинделя:

мин^-1.

Ближайшая частота вращения по паспорту станка n=490 об/мин.

Уточняем скорость резания:

м/мин.

Расчёт основного машинного времени:

мин.

Операция 105. Шлифовальная. Хонинговка цилиндров.

Длина брусков составляет:

мм. (14)

мм.

Рассчитаем длину выхода брусков:

y=0,3Ч, мм. (15)

y=0,3Ч64,5=19,35, мм. Данная величина может уточняться в зависимости от погрешности формы после растачивания.

Расчёт рабочего хода хона проводится по формуле:

L_Р.Х.Х.= L_Р.Х.+2у-L_U, мм. (16)

L_Р.Х.Х.= 86+2Ч19,35−64,5=60,2, мм.

Принимаем характер обработки — двукратный остальные принятые режимы сведены в таблицу 3.

Таблица 3- режимы хонингования нарощенных гильз цилиндров.

Рассчитаем число оборотов хона, соответствующего рекомендуемой скорости:

мин^-1, (17)

мин^-1.

Уточнения частоты по паспорту станка не требуется, так как она регулируется бесступенчато.

Расчёт числа двойных ходов инструмента:

n_дв.х., (18)

n_{дв.х.(черн.)}

n_{дв.х.(чист.)}

3.4 Выводы Ремонт блоков цилиндров — это весьма трудоёмкий процесс, требующий для своего осуществления огромную номенклатуру оборудования и оснастки, высокие квалификацию и мастерство исполнителей, высокую культуру и организованность производства. Для обеспечения высокого качества отремонтированных блоков цилиндров от исполнителей требуется соблюдение режимов восстановления и обработки поверхностей деталей, а так же норм охраны труда, окружающей природной среды.

Кроме того, технология производства и ремонта автомобилей не стоит на месте. На смену несовершенным чугунным блокам приходят блоки из лёгких сплавов (алюминиевых и магниевых). А на смену гильзам из чугуна приходят более совершенные — покрытые высокотвёрдыми материалами (керамика и никасил, например), которые обеспечивают больший ресурс и лучшие эксплуатационные показатели двигателей, а также, зачастую, дешевле. Но огромным недостатком таких конструкций является заложенное на стадии проектирования отсутствие возможности их восстановления, однако, современные ремонтные материалы, оборудование, и последние научные достижения могут дать возможность использовать дорогостоящие детали намного дольше заложенного в них ресурса.

ремонт гальванический цилиндр восстановление

4. Разработка конструкции устройства для гальванического восстановления гильз цилиндров

4.1 Анализ известных конструкций При восстановлении корпусных и других крупных деталей площадь наращиваемых поверхностей мала по сравнению со всей площадью. Поэтому, их наращивают безванными способами: проточным, струйным, электроконтактным и др.

При струйном (анодноструйном) способе электролит подают струями в межэлектродное пространство через отверстия насадка. Насадок одновременно служит анодом и местной ванночкой. Для получения равномерного покрытия, деталь должно вращаться с частотой 20 мин^-1 [2], поэтому для блоков цилиндров данный способ не применим. Его преимущественно применяют для восстановления валов.

Сущность электроконтактного способа (электронатирания) заключается в том, что электроосаждения металла происходит при прохождении тока через маленькую ванночку. Последняя образуется в зоне контакта покрываемой детали с анодом, обёрнутым адсорбирующим, пропитанным электролитом материалом. Деталь и анод перемещаются друг относительно друга (вращается деталь или анод), т. е. возникает трение анода по детали.

Наиболее применимым и целесообразным способом для восстановления деталей является местное осаждение при неподвижном, или прокачиваемом электролите. Смысл его заключается в том, что отверстие герметизируют, заливают в него электролит 2 (см. рис. 2), устанавливают анод и подключают к источнику тока. Само отверстие служит ванночкой. Этот способ также часто применяется для восстановления посадок под подшипники в корпусных деталях.

Электролиз при таком способе происходит в маленьком объёме электролита без регулирования температуры. В результате он обедняется, перегревается и усиленно испаряется. Поэтому местным железнением в неподвижном электролите трудно получить качественные покрытия толщиной более 0,3 мм. Для увеличения объёма электролита и улучшения условий электролиза устанавливают стакан 5 и кольцо 9 (см. рис. 2).

Рисунок 3- схема вневанного железнения.

1- деталь; 2- электролит; 3- анод; 4- прокладки; 5- стакан; 6- распорка; 7- опорная плита; 8- стакан; 9- кольцо.

Проточный способ нанесения поверхностей лишён этого недостатка, а заключается в том, что в зоне восстанавливаемой поверхности создаётся местная ванна, через которую насосом прокачивают электролит. Аноды располагают внутри ванны.

Крышки для цилиндров применяют при вытравливании алюминиевых цилиндров кислотой при ремонте и производстве (см. рис. 4). Но подобные конструкции не подходят для электрохимического наращивания из-за отсутствия крепления для электрода, и закрывают лишь часть блока, соприкасающуюся с головкой цилиндров. Это не позволит воспользоваться преимуществами проточного осаждения и не выгодно с точки зрения охраны труда. Но они могут быть соответствующим образом модернизированы, что позволит применять как для вытравливания, так и для наращивания.

Рисунок 4- крышка для травления цилиндров алюминиевого блока.

1- крышка; 2- блок цилиндров; 3- сливная трубка; 4- запорный вентиль.

Некоторое применение, также, нашли специальные оправки для ванного хромирования гильз. Смысл их заключается в изоляции пластмассовыми деталями тех поверхностей, которые не подлежат наплавке, и закреплении всей конструкции на балке. Электролит проникает через отверстия в верхней крышке. Недостатки этого приспособления очевидны — необходимость снятия гильзы, большая номенклатура и слабая универсальность деталей, плюс недостатки самого процесса ванного хромирования.

Рисунок 4- схема приспособления для ванного хромирования гильзы

1- Крышка; 2- верхняя часть оправки; 3- верхняя часть оправки; 4- анод;

5- катод; 6- сквозное окно для прохода электролита; 7- гильза; 8- изолятор.

4.2 Обоснование предлагаемого варианта конструкции и её описание Принципиальная схема приспособления представлена на рисунке 4.

Рисунок 6- схема приспособления для электрохимического наращивания гильз цилиндров.

1- гайка; 2- электрод; 3- болты; 4- верхняя крышка; 5- уплотнители; 6-блок цилиндров; 7- нижняя крышка; 8- съёмная рукоятка.

Приспособление представляет собой две крышечки, которые герметизируют цилиндр с обеих сторон. Верхняя крышка крепится к блоку четырьмя болтами, которые ввинчиваются в отверстия для болтов крепления головки блока цилиндров. Болты, соответственно, имеют резьбу, идентичную той, что на болтах для головки, но в отличие от последних имеют шестигранное место под ключ.

Верхняя крышка имеет следующие конструктивные элементы: четыре отверстия под болты крепления к блоку, выточку под прокладку, отверстие для слива электролита, отверстие для крепления электрода. В проточку для прокладки заправлена прокладка из маслостойкой резины с целью предупреждения утечек. Внутри отверстия для слива электролита вставлена футорка, а в ней нарезана резьба под фитинг для сливного шланга, который в свою очередь, возвращает электролит в ёмкость. Отверстие под электрод резьбы не имеет, он крепится к крышке гайкой, под которую подкладывается шайба, соединённая с выпрямителем.

Электрод представляет собой круглый стержень из стали Ст3, обточенный сверху до диаметра резьбы под гайку. При монтаже электрода на крышку, между ними устанавливается прокладка из кислотостойкой резины с целью исключения протечек.

Нижняя крышка. Имеет два наружных диаметра. В меньший диаметр устанавливается манжетный уплотнитель, а глубина его установки ограничивается большим, таким образом, крышка держится внутри цилиндра только за счёт натяжения создаваемого уплотнителем. В крышке проделано отверстие, внутри которого нарезана сквозная резьба под фитинг подающего электролит шланга и под монтажную ручку. Подающий шланг крепится к нижней крышке, потому что электролит должен циркулировать внутри гильзы только за счёт давления создаваемого насосом.