Разработка технологического процесса восстановления выпускного клапана автомобиля ГАЗ 69А

Разработка технологического процесса восстановления выпускного клапана автомобиля ГАЗ 69А

Введение

Повышение качества ремонта машин при одновременном снижении его себестоимости — главная проблема ремонтного производства. В структуре себестоимости капитального ремонта машин 60…70% затрат приходится на покупку запасных частей, которые даже в условиях рынка остаются дефицитными при росте цен. Основной путь снижения себестоимости ремонта машин — восстановление, повторное использование изношенных деталей, так как себестоимость восстановления большинства деталей, как правило, не превышает 20…60% цены новой детали. Кроме того, восстановление деталей — один из основных путей экономии материально — сырьевых и энергетических ресурсов, решение экологических проблем, так как затраты энергии, металлов и других материалов в 25…30 раз меньше, чем затраты при изготовлении новых деталей.

В процессе восстановления детали можно не только снизить себестоимость ремонта машин, но и во многих случаях повысить его качество, так как многие из способов значительно упрочняют восстановленные поверхности, повышают их износостойкость.

1. Конструктивно-технологический анализ выпускного клапана

1.1 Назначение выпускного клапана и технологический процесс его изготовления

Рисунок 1. Эскиз выпускного клапана Клапаны механизма газораспределения предназначены для герметизации цилиндра двигателя при тактах сжатия и рабочего хода и соединения его с трубопроводами впускной и выпускной системы при тактах впуска или выпуска в процессе газообмена. Выпускной клапан предназначен для выпуска отработавших газов.

Клапаны изготавливаются из легированных сталей с высоким содержанием хрома и никеля. Клапаны изготавливают штамповкой, заготовкой является стальной пруток. Деталь подвергается механической обработке, обеспечивающая шероховатость в местах сопряжения с направляющей втулкой и седлом клапана. Затем деталь закаляют и отпускают на длине 3−5 мм от торца. Поверхность, сопряженную с направляющей втулкой хромируют на глубину 0,002−0,006 мм. Твердость закаленного слоя на поверхности HRC 45, не менее.

Общие операции при изготовлении:

1) Заготовка — круглый прокат.

2) Базирование — за стержень клапана .

3) Черновая и чистовая обработка поверхностей:

— под направляющую втулку;

— фаски клапана;

— стержня клапана.

1.2 Анализ условий работы выпускных клапанов газораспределения

Выпускной клапан устанавливается в направляющую втулку, которая в свою очередь установлена в головке блока цилиндров.

Условия работы клапанов:

— большие динамические нагрузки;

— высокие скорости перемещения;

— неравномерный нагрев отдельных участков;

— повышенная коррозионно-активная среда;

В процессе работы выпускной клапан подвергается следующим видам изнашивания:

— износ стержня клапана по диаметру;

— износ или выгорание рабочей фаски клапана;

— износ торца стержня клапана;

1.3 Анализ дефектов выпускного клапана и возможных технологических способов восстановления

Деталь имеет дефект — износ стержня клапана по диаметру. Износ появляется из-за трения в сопряжении «клапан-направляющая втулка» во время открытия и закрытия клапана.

Данный износ можно восстановить следующими способами:

1. Хромированием;

2. Железнением (осталиванием) ;

3. Обработкой под ремонтный размер;

1.4 Выбор технологических баз для обработки

Точность при механической обработке при восстановлении детали зависит от правильного выбора технологических баз. В качестве технологических баз используют поверхности, которые в процессе эксплуатации не изнашиваются. В нашем случае базой будет являться наружная цилиндрическая поверхность стержня клапана.

1.5 Разработка ремонтного чертежа детали

На ремонтном чертеже сплошной толстой (основной) линией обозначают поверхности, подлежащие восстановлению — это поверхность стержня клапана, находящаяся в сопряжении с направляющей втулкой. Технические требования излагаются на поле ремонтного чертежа над основной надписью, группируя вместе однородные и близкие по своему характеру требования, в которых отражены допускаемые отклонения размеров и шероховатости от номинальных, данные о разбросе твердости, наличии пор, раковин, отслоений, прочности сцепления нанесенного слоя и др. Таблица дефектов расположена в левом нижнем углу поля ремонтного чертежа, в которой указываются: номера и наименование дефектов, коэффициенты их повторяемости от общего числа деталей, поступивших на дефектацию и от общего числа ремонтопригодных деталей, основной и допускаемые способы устранения дефектов. Под таблицей дефектов указываются условия и дефекты, при которых деталь не принимается на восстановление. В правом верхнем углу поля чертежа помещаем таблицу категорийных размеров.

2. Разработка технологического процесса восстановления выпускного клапана

2.1 Выбор рационального способа восстановления выпускного клапана

Для устранения данного износа должен быть выбран рациональный способ, т. е. технически обоснованный и экономически целесообразный. Рациональный способ восстановления деталей определяют, пользуясь критериями: применяемости, долговечности и технико-экономической целесообразности.

Рассмотрим способы восстановления стержня клапана под направляющую втулку.

Технологический критерий (критерий применимости). Исходя из твердости поверхностного слоя стержня клапана (HRC 40, не менее), рассмотрим вышеперечисленные способы восстановления по критерию применимости (Кп). Критерий применимости (Кп) является технологическим критерием и определяет принципиальную возможность применения различных способов восстановления.

Таблица 1 Параметры способов восстановления, подходящих по критерию применимости.

Таблица 2 Критерии технико-экономические и долговечности способов восстановления. (стр. 85,стр 281)

Рассмотрим вышеперечисленные способы восстановления по критерию долговечности и технико-экономической целесообразности. Критерий долговечности определяет работоспособность восстанавливаемых деталей. Он выражается через коэффициент долговечности под которым понимается отношение:

Кд = Д вост / Д нов (2)

где Двостдолговечность восстановленной детали, Дновдолговечность новой детали, КД должен обеспечивать 80% от нормы для новых деталей. Критерий технико-экономической (КТ) целесообразности является отношением:

КТ=С-min, (3)

где, Судельная себестоимость нанесения 1 покрытия. Для рационального способа восстановления выбираем минимальное значение КТ.

Выбираю для восстановления стержня клапана осталивание, так как этот способ имеет лучшие значения коэффициентов технико-экономической эффективности, и долговечности.

2.2 Разработка предварительного маршрута восстановления и расчленения его на технологические операции

Для ремонтного предприятия необходимо предусмотреть то, чтобы в процессе восстановления был устранен комплекс дефектов.

В самом начале всех операций ставим подготовительную операцию необходимую для очистки и мойки клапана от загрязнений.

Технологический маршрут: в начале — операция для устранения отклонений формы (овальность), затем операция востановления, для получения номинальных размеров и шероховатостей поверхности выбираю окончательную механическую обработку — шлифование. Контрольная операция является последней, при которой проверяется качество и точность выполненных работ, годность детали к эксплуатации.

Последовательность выполнения операций.

При установлении последовательности выполнения операций сначала предусматривают подготовительные операции, затем по возможности операции связанные с нагревом детали, потом механическая обработка, начиная с менее точных поверхностей.

1. Механическая обработка для придания поверхности необходимой шероховатости, устранения овальности и конусности;

2. Гальваническая

3. Механическая обработка до нужного размера;

4. Контроль.

2.3 Выбор оборудования, приспособлений, вспомогательного, режущего и измерительного инструмента

1)Операция 005- шлифовальная: получистовое шлифованиеподготовка поверхности к осталиванию. В качестве оборудования используем станок 3151. Режущий инструмент — круги шлифовальные 33А40СМ2К.

2) Операция 010- гальваническая. Оборудование: ванна марки 70−7888−3008 ГОСНИТИ с габаритными размерами 1015?810?1000 и толщиной листа 5−8 мм, с вентиляцией. Материал ванны — сталь эмалированная (таблица 148, /7/); стол монтажный ОРГ-1468−01−080 ГОСНИТИ; ванна марки 70−7888−1095 ГОСНИТИ с габаритными размерами 910?990?1195 и толщиной листа 5−8 мм, материал — сталь, рольный свинец, винипласт, фторопласт (таблица 148, /7/); выпрямитель постоянного тока ВАКГ-12/6−600 (с. 128, /8/); ванна марки 70−7888−1091 ГОСНИТИ с габаритными размерами 1500?1440?1510 и толщиной листа 5−8 мм, материал титан ВТ0 (таблица 148, /7/); камера сушильная ПЛ-12 076 (с. 149, /5/). Приспособления: подвеска (таблица 148, /7/).

3)Операция 015- шлифовальная. Оборудованиестанок 3В182, инструмент-круг шлифовальный ПП 500−30−305 15А 16Н М33К1 А35,

где 500 - диаметр шлифовального круга, мм;

30 - ширина шлифовального круга, мм;

305 - диаметр отверстия шлифовального круга, мм;

15А - круг применяется для закаленных сталей, позволяет обрабатывать материал с высокой твердостью;

16Н - зернистость мелкая с содержание зерен основной фракции 40−50%;

М3 - твердость абразивного инструмента - мягкая, т.к. твердость поверхности высокая;

3- плотная структура абразивного инструмента, применяется при твердых материалах;

К1 - связка керамическая;

А - класс круга точный;

35 - допускаемая окружная скорость, м/с.

4)Операция 020- контрольная. Оборудование — стол контролера, инструмент — микрометр с пределами измерений: 0−25 с точностью 0,01 мм., микрометр МК25.

2.4 Разработка маршрутной карты восстановления выпускного клапана автомобиля ГАЗ-69

Маршрутная карта на восстановление выпускного клапана состоит из операций, которые выполняются в следующей последовательности:

1) шлифовальная;

2) гальваническая;

3) шлифовальная;

4) контрольная.

Наименование операций в маршрутной карте приводятся в прилагательной форме и нумеруются в технологической последовательности, номера операций записывают кратные пяти, например 005, 010, 015 и т. д. Содержание операций записывают кратко, четко, в повелительной форме. Содержание операций не записывают, если оно раскрыто в других документах (операционной карте, карте типового технологического процесса). Допускается не включать в состав технологических операций операционные перемещения. Рекомендуется оставлять свободные строки между описанием операций (с. 123, /6/).

2.5 Обоснование общих и операционных припусков и допусков на обработку

Направляющие втулки клапанов автомобиля ГАЗ-69, шероховатостью не более Ra =2,5, можно получить чистовым шлифованием на станке 3151 по второму классу точности и седьмому классу шероховатости (таблица 179, /2/).

Толщину наносимого слоя выбираем с учетом износа детали, припуска на предварительную и последующую механические обработки. Толщина наносимого слоя определяется по формуле:

h=И/2+zполучист+zчист (4)

где Иизнос поверхности 0,4 мм.

zполучист=0,1 мм — припуск на получистовое шлифование, принимаю для устранения овальности и конусности поверхности.

Zчист=0,3 мм — припуск на чистовое шлифование, принимаю с учетом снятия дефектного слоя после осталивания (стр.280/8/)

h =0,4/2+0,1+0,3=0,6 мм

2.5.1 Расчет режима и нормы времени гальванического осаждения (железнения)

Электролит выбирают в зависимости от назначения покрытия, условий работы деталей и производительности процесса. Для ремонта наиболее эффективны электролиты составов 2,5 и 6 (таблица 153, /7/).Они обеспечивают скорость осаждения до 0,3 мм/ч, высокую твердость (Н RС45…50) и износостойкость. Для сопряжения клапан — втулка требуется обильная смазка, значит необходимо получить область покрытия без сетки и трещин, что обеспечивается холодным электролитом состава 5 (таблица 153, /7/).

Электролит состава 5 содержит: железо хлористое 600…750 г/л, натрий хлористый 100 г/л, марганец хлористый 15…30 г/л, кислотность 1,6…3,2 (рН), кислота аскорбиновая 0,5…2,0 г/л, плотность тока 10…30 А/дм2, температура электролита 20…40°С, выход металла по току 80…92%.

Принимаем режим железнения для получения покрытий без сетки и трещин: железо хлористое 675 г/л, натрий хлористый 100 г/л, марганец хлористый 15 г/л, кислотность 2,5 (рН), кислота аскорбиновая 1 г/л, плотность тока 30 А/дм2, температура электролита 20 °C, выход металла по току 90% (рисунок 73, /7/).

Определяем потребляемый ток по формуле

? = F· Dк·? (5)

где F = ?· D·L (6)

L = 45 мм — длина поверхности покрытия,

D = 8,6 мм — диаметр восстанавливаемой поверхности,

Dк = 40 А/дм2 — плотность тока,

? = 1,5 — коэффициент, учитывающий потери тока (с. 83, /6/).

F = 3,14· 45·8,6 = 1215,18 мм² = 0,121 дм2 — площадь поверхности покрытия.

?= 0,121· 40·1,5 = 7,26 А.

Определяем основное время электролитического осаждения по формуле:

Тосн = 1000· Н·?/(С Dк· ?в) = 1000· 0,2·7,8/(1,042·40·90)=41,5 мин (7)

где Н = 0,453 мм — толщина наносимого слоя покрытия,

? = 7,8 г/см3 — плотность осажденного металла, С = 1,042 г/А· ч — электрохимический эквивалент металла (с. 112, /1/),

?в = 90% - выход металла по току (таблица 153, /7/).

Определяем штучно — калькуляционное время электролитического осаждения по формуле:

Тш.к. = Тосн+Твс+Топ*1,12/n*Kи.; (8)

где Тосн = 41,5 мин — основное время электролитического осаждения, Твс = 0,20мин вспомогательное время (таблица 295/8/),

Топ= 4,33мин оперативное время Ки = 0,8 — коэффициент использования оборудования, (таблица 297 /8/)

Количество деталей, одновременно загружаемых в основную ванну 80 шт. (табл.295/8/).

Тш.к. = 41,5+0.20+4.33*1,12/80*0.8=0,72ч Расчет режимов и норм времени на предварительное шлифование:

При шлифовании используем круг ПП 500−30−305 15А 16Н М33К1 А35, станок 3В182.

Глубину резания T принимаем равной 0,015 мм/об (таблица 84/8/)

Определяем частоту вращения детали:

Скорость вращения принимаем равной Vвращ= 42 м/мин, (Таблица 87/8/).

Число оборотов детали вычисляем по формуле:

(11)

где, — расчетная скорость вращения, м/мин;

d — диаметр обрабатываемой поверхности, мм.

об/мин

n=1553* мин-1, принимаем по станку 300 мин-1.

Основное время:

Тосн=S/T*n;

где S — величина снимаемого слоя, мм.(12)

Тосн=0,1/300*0,015=0,023 мин.

Вспомогательное время на установку и снятие клапана на шлифовальный круг 0,4 мин (табл.90/8/).

Дополнительное время, мин:

Тдоп= Топ*К/100 (13)

Топ=Тосн+Твсп=0,023+0,2=0,223 мин. (14)

Тдоп=0,223*9/100=0,02 мин.

Подготовительно заключительное время, Тпз=7 мин. (табл.92/8/).

Штучное время:

(15)

Тшт=0,023+0,2+0,02=0,24 мин Оптимальная партия деталей n=80 шт. (табл.295/8/).

Определяем штучно — калькуляционное время:

Тш.к чист.= Тш+ Тпз/n = 0,24+7/80 = 0,32 мин. (16)

Расчет режимов и норм времени на чистовое шлифование:

При шлифовании используем круг ПП 500−30−305 15А 16Н М33К1 А35, станок 3В182.

Глубину резания T принимаем равной 0,015 мм/об (таблица 84/8/)

Определяем частоту вращения детали:

Скорость вращения принимаем равной Vвращ= 42 м/мин, (Таблица 87/8/).

Число оборотов детали вычисляем по формуле:

(11)

где, — расчетная скорость вращения, м/мин;

d — диаметр обрабатываемой поверхности, мм.

об/мин

n=1422* мин-1, принимаем по станку 300 мин-1.

Основное время:

Тосн=S/T*n

где S величина снимаемого слоя (12)

Тосн=0,3/300*0,015=0,07 мин.

Вспомогательное время на установку и снятие клапана на шлифовальный круг 0,4 мин (табл.90/8/).

Дополнительное время, мин:

Тдоп= Топ*К/100 (13)

Топ=Тосн+Твсп=0,07+0,4=0,47 мин. (14)

Тдоп=0,47*9/100=0,04 мин.

Подготовительно заключительное время, Тпз=7 мин. (табл.92/8/).

Штучное время:

(15)

Тшт=0,07+0,4+0,04=0,51 мин Оптимальная партия деталей n=80 шт. (табл.295/8/).

Определяем штучно — калькуляционное время:

Тш.к чист.= Тш+ Тпз/n = 0,51+7/80 = 0,59 мин. (16)

Расчет режимов и норм времени на контрольную операцию:

С учетом простоты геометрической формы детали для контрольной операции достаточно Тшт = 0,1 минуты на деталь, Тпз=1 мин. (табл.94/6/).

Тш.к чист.= Тш+ Тпз/n = 0,1+1/80 = 0,105 мин.(17)

2.6 Составление операционных карт и операционных эскизов

На операционной карте указывают номер и наименование операций в соответствии с маршрутной картой, наименование и модель (код) оборудование и приспособление, материал, массу, и твердость детали.

В соответствующих строках карты на каждый переход приводят номер, содержание с техническими требованиями, измерительный и режущий инструмент (наименование и код), расчетные размеры, режимы обработки, рассчитанное основное, вспомогательное, подготовительно — заключительное и штучное время. Нормы времени рассчитывают на все операции восстановления.

Эскиз для выполнения операции механической или слесарной обработки может совмещаться с основным текстом операционной карты или выполнятся на отдельном листе.

На операционном эскизе место, подвергаемое обработке, указывают толстой линией. Указывают только те размерно-точностные характеристики и другие технические требования, которые необходимо для выполнения данной операции.

При выборе оборудования для каждой технологической операции должны быть учтены размер партии, габариты детали, размеры и расположения обрабатываемых поверхностей.

3. Технико-экономическая оценка технологического процесса клапана выпускного автомобиля ГАЗ-69

3.1 Расчет полной себестоимости восстановления детали

Себестоимость восстановленной детали рассчитывается по формуле:

Св.общ =Сиз+Спрн+Срм +Срезо+ Соц+Сох+Cб+Сп (18)

Где Сиз — стоимость изношенной детали, принимается по цене металлолома или договорной, с учетом транспортных расходов.

Спрн — зар. плата производственных рабочих с начислениями, руб.;

Срм — стоимость ремонтных материалов, руб.;

Соц, Сох — общецеховые и общезаводские накладные расходы, руб.

Срезо — расходы на амортизацию, ТО и ТР оборудования, затраты на износ инструмента и.т.д., руб.

Сбпотери от брака (учитыв. только в отчетных калькуляциях);

Сп — прочие расходы (налоги, сборы, отчисления в специальные внебюджетные фонды, платежи за выбросы загрязняющих веществ, обязательное страхование имущества, плата за аренду и др.).

Сиз = m· См = 0,15 · 6 = 1 руб, (19)

где m = 2 кгмасса детали, См = 6 руб — сталь.

Заработная плата производственных рабочих с начислениями на восстановление детали определяется суммированием их по всем операциям маршрутной карты на восстановление.

Заработная плата производственных рабочих с начислениями по операциям определяется из выражения:

Спр.н = Спр+Сдоп + Ссоц (20)

где Спр — основная заработная плата производственных рабочих, руб.;

Сдоп — дополнительная зарплата, принимается 10−18% от Спр;

Ссоц — начисления по соцстраху, принимаются для АТП 26% от суммы основной и дополнительной зарплаты.

Основную заработную плату на выполнение операции рассчитывают по формуле:

Спр = ?(ТшкСч)Кд, (21)

где Тшк-норма времени на выполнение данной операции (штучно-калькуляционное время), ч.; Сч — часовая тарифная ставка рабочего выполняющего данную операцию, руб./ч.; Кд — коэффициент, учитывающий доплаты к основной заработной плате (Кд =1,025 … 1,030).

Спр=((0,55*29,22)+(1,06*29,22)+(0,59*29,22)+(0,105*32,44))*1,03=69,7 руб.

Сдоп=Спр*0,18;(22)

Ссоц=(Спр+Сдоп)*0,26;(23)

Спр.н =(Спр+Сдоп+Ссоц)/60 (24)

Сдоп =69,7*0,18=12,54 руб.

Ссоц =(69,7+12,54)*0,26=21,38 руб.

Спр.н =(69,7+12,54+21,38)/60=1,84 руб.

Стоимость ремонтных материалов определяется расчетным путем по фактическому расходу.

Срм=кСпр; (25)

где к — коэффициент при шлифовальных работах, принимаю к=0,5.

Срм=0,5*69,7=34,85 руб.

Общецеховые и общезаводские накладные расходы принимаются соответственно 85−105% и 55−70% от основной зарплаты производственных рабочих, а затраты на ремонт оборудования и на инструмент 65 — 85%.

Соц = (0,85…1,05)Спр; (26)

Сох = (0,55…0,70)Спр; (27)

Срезо= (0,65…0,85)Спр; (28)

Соц = (0,85…1,05)*69,7=59,2 руб.

Сох = (0,55…0,70)*69,7=38,3 руб.

Срезо = (0,65…0,85)*69,7=45,3 руб.

Прочие затраты рассчитываются по формуле:

Сп = Кп (Св-Сп), (29)

где Кп принимается равным 0,05 — 0,01

Стоимость восстановления детали:

Св= 1+1,84+34,85+45,3+59,2+38,3+1,55+0,9=182,94 руб.

Сп=(0,05−0,01)Св=(0,05−0,01)182,94=4,57 руб.

Заключение

В процессе выполнения работы был разработан технологический процесс восстановления шатуна и произведена технико-экономическая оценка процесса восстановления шатуна, по результатам которой можно сделать вывод о целесообразности применения выбранного способа восстановления на авторемонтном предприятии.

Данный способ восстановления является наиболее приемлемым для данных типов износов т.к. процесс осталивания имеет высокую точность и можно получить поверхности, которые не требуют дальнейшей термической обработки. Покрытия, полученные осталиванием, имеют более высокие физико-механические свойства по сравнению с покрытиями нанесенными другими способами и форма деталей после покрытия копируют форму готовой детали, что уменьшает металлоемкость восстановления.

Библиографический список

1. Курчаткин В. В. Надежность и ремонт машин.-М: Колос, 2000;776 с.

2. Ульман И. Е., Герштейн И. М., Нассонов В. С., и др Ремонт машин:. — М.: КОЛОС, 1967. — 504 с.

3. Ульман И. Е., Игнатьев И. С., Борисенко В. А. и др Техническое обслуживание и ремонт машин /.; Под общ. ред. И. Е. Ульмана. — М.: Агропромиздат, 1990. — 399 с.: ил.

4. Воловик Е. Л. Справочник по восстановлению деталей. — М.: Колос, 1981. — 351 с., ил.

5. Серый И. С., Смелов А. П., Курсовое и дипломное проектирование по надежности и ремонту машин /- 4-е изд., перераб. И доп. — М.: Агропромиздат, 1991. — 184 с.: ил.

6. Канарчук В. Е. и др. Восстановление автомобильных деталей. Технология и оборудование. Учебное пособие для вузов.-М.: Транспорт, 1995;303 с.

7. Тельнов Н. Ф. Ремонт машин — М.: Агропромиздат, 1992. 560 с.: ил.

8. Матвеев В. А., Пустовалов И. И.: Техническое нормирование ремонтных работ в сельском хозяйстве. — М.:Колос-1979.