автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Восстановление гильз цилиндров дизельных двигателей сельскохозяйственной техники термопластическим деформированием в матрице

На правах рукописи

□0306Т400

КОСТЮКОВ Александр Юрьевич

восстановление гильз цилинлров

пизельных обитателей сельскохозяйственной техники

термопластическим деформированием в матрице

Специальность 05.20.03 - Технология и средства технического

обслуживания в сельском хозяйстве

АВТОРЕФЕРАТ ппссеотаипи на соискание ученой степени канаиаата технических наук

Москва - 2006

003067400

Работа выполнена в Государственном научном учреждении «Всероссийский научно-исследовательский институт ремонта и эксплуатации машинно-тракторного парка» (ГНУ ГОСНИТИ)

Научный руководитель. доктор технических наук, профессор

Лялякин Валентин Павлович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Астахов Михаил Владимирович

кандидат технических наук Денисов Вячеслав Александрович

Ведущая организация: Институт механики и энергетики Мордовского государственного университета им. Н.П. Огарёва

Защита диссертации состоится_января 2007г. в_часов на

заседании диссертационного совета Д 006.034.01 Государственного научного учреждения "Всероссийский научно-исследовательский технологический институт ремонта и эксплуатации машинно-тракторного парка" (ГНУ ГОСНИТИ) по адресу: 109428, г. Москва, 1-й Институтский пр., д. 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГНУ ГОСНИТИ.

Автореферат разослан и опубликован на сайте http://www.gosniti.ru «_» декабря 2006 г.

Ученый секретарь , Л''

диссертационного совета У-^туу Р Ю. Соловьев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Ресурс двигателя, в первую очередь, зависит от износостойкости деталей цилиндропоршневой группы (ЦПГ), которые при капитальном ремонте двигателя заменяются на новые или восстановленные

Основным способом восстановления изношенных гильз цилиндров является расточка под ремонтный размер, что влечет за собой снижение твердости внутренней поверхности и необходимость организации производства поршней и поршневых колец ремонтного размера. Способы восстановления гильз цилиндров в номинальный размер не нашли широкого применения из-за того, что не соответствуют требованиям стандарта по качеству и имеют высокую себестоимость.

В связи с этим, разработка метода восстановления гильз цилиндров в номинальный размер, отвечающих требованиям стандартов, является актуальной задачей ремонтного производства.

Целью исследований является разработка и внедрение в ремонтное производство новой технологии восстановления гильз цилиндров дизельных двигателей способом термопластической деформации (ТПД), обеспечивающая 100 процентный послере-монтный ресурс.

Объекты исследования это гильзы цилиндров, наиболее распространенных в сельском хозяйстве дизелей, СМД-14, Д-50, А-41, КамАЗ-740, СМД-60.

Предметом исследования являются значения напряженно-деформированного состояния, количественные показатели физико-механических свойств восстанавливаемых гильз цилиндров в процессе воздействия на них переменного градиента температуры, как по радиусу, так и вдоль оси, а также воздействия жесткой охлаждаемой матрицы.

Методы исследования. Процесс ТПД в матрице рассматривали на основе механики деформируемого твердого тела. Экспериментальные исследования проводили с применением теории планирования экспериментов, с использованием современных приборов и оборудования, теории вероятностей и математической статистики

Научная новизна работы заключается в установлении закономерностей механизма обжатия изношенных гильз цилиндров методом ТПД в матрице из различных марок чугунов, в том числе зака-

ленных гильз цилиндров КамАЗ-740 и СМД-60, а также в разработке установки ТПД, позволяющей восстанавливать широкую номенклатуру гильз цилиндров автотракторных двигателей на номинальный размер.

Научная новизна работы подтверждена Патентом Р.Ф.№ 2181649 «Способ восстановления закаленных гильз цилиндров Б.И. №12, 27.04.2002 и Патентом Р.Ф.№2182932 «Установка для термической обработки полых цилиндрических изделий»

Практическая ценность работы. Оптимизированы параметры технологических процессов восстановления внутренних и наружных цилиндрических поверхностей гильз цилиндров ТПД в матрице. На основе полученных результатов разработан новый технологический процесс и установка для восстановления на номинальный размер гильз цилиндров методом ТПД в матрице, обеспечивающие 100 процентный послеремонтный ресурс.

Реализация результатов исследования. Результаты выполненных исследований внедрены на предприятиях «Щекиноагросервис» г.Щекино, Тульской области и АО «Выгоничиагроремонт» п.Выгони-чи, Брянской области при восстановлении гильз двигателя цилиндров ТПД в матрице в виде технологии и оборудования для ее осуществления с экономическим эффектом около 300 тыс. руб. ( в ценах 2005г.)

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены, обсуждены и одобрены на:

-научно-технических советах и конференциях ВНИИТУВИД «Рем-деталь», г. Москва 1991-2003г.

- научно-технических конференциях ГОСНИТИ в г Москва, 1991-1993 г;

- международной научно-практической конференции «Состояние и перспективы восстановления, упрочнения и изготовления деталей» г. Москва 1999 г;

- международной научно-практической конференции «Инженерно техническое обеспечение АПК и машино-технологические станции в условиях реформирования» г. Орел, 2000г;

- международной научно-практической конференции, посвященной 70-летию МГАУ, г. Москва 2000г.

- заседании кафедры ремонта и надежности машин МГАУ имени В.П Горячкина, г Москва, 2001 г

- научно-техническом семинаре «Восстановление и упрочнение деталей - современный высокоэффективный способ повышения надежности машин» г. Москва, 2003г.

- заседании кафедры технического сервиса, института механики и энергетики МГУ им. Н.П. Огарева, г. Саранск, 2006г.

Публикации. Основное содержание работы опубликовано в 12 печатных работах.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы и приложений, изложена на 237 страницах машинописного текста, содержит 51 рисунок, 30 таблиц, библиографию из 92 наименований, 3 приложения.

На защиту выносятся:

- закономерности механизма обжатия изношенных гильз цилиндров дизелей, которые протекают при различных режимах и способах ТПД в матрице;

-результаты экспериментальных оценок напряженно-деформированного состояния, физико-механических и эксплуатационных свойств гильз цилиндров, обжатых ТПД в матрице;

- новая технология восстановления гильз цилиндров дизельных двигателей на номинальный размер термопластической деформацией в матрице, обеспечивающая 100 процентный послеремонт-ный ресурс, новизна которой защищена патентами Российской Федерации.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы.

В первой главе изучено состояние вопроса, поставлена цель и определены задачи исследования. Установлено, что основным дефектом гильз цилиндров, отработавших межремонтный ресурс, является износ внутренней поверхности. Износ внутренней поверхности гильзы является сложным трехступенчатым процессом, включающим в себя адгезию, коррозию и абразивный износ. Трещины, сколы, забоины и задиры гильз являются результатом неправильной сборки или разборки двигателей, хранения или транспортировки ремфонда, а также аварийным состоянием ЦПГ. Такие гильзы 100% бракуются. Наибольший износ гильзы, как правило, находится в сечении, соответствующем положению верхнего компрессионного кольца в мертвой точке и является определяющим с точки зрения ремонтопригодности.

Геометрические параметры и химический состав гильз цилиндров автотракторных двигателей по химическому составу и размерам гильзы незначительно отличаются друг от друга и представля-

ют собой тонкостенные полые цилиндры переменного сечения. Относительная толщина стенки гильзы

р = (П-ф/0~0,1. .0,14 (1)

где О и б - соответственно наружный и внутренний диаметры гильзы цилиндров.

В настоящее время разработано несколько способов восстановления и упрочнения внутренней поверхности гильз цилиндров автотракторных двигателей, которые по своей технологии делятся на расточку под ремонтный размер и восстановление до номинального размера. Для восстановления гильз цилиндров в номинальной размер применяются такие способы: металлизация, гальванические способы, запрессовка износостойких пластин, наплавка на внутреннюю поверхность износостойких порошков, восстановление нагревом и т.д.

Основными характерными недостатками приведенных выше способов, в следствии которых они не получили широкого распространения в ремонтном производстве, являются:'

металлизация - низкая адгезионная прочность, использование дорогих материалов, сложность мехобработки и высокий уровень шума;

осталивание - низкая износостойкость, сложность мехобработки, высокая трудоемкость;

хромирование-низкая производительность, высокая стоимость процесса, недостаточная смачиваемость и прирабатываемость поверхности;

пластинирование - высокая степень точности всех операций, повышенный износ поршневых колец и угар масла, нарушение теплообмена в стенках гильзы;

центробежное напекание - значительные деформации, высокая стоимость материалов, сложность мехобработки.

Кроме того, практически все эти способы оказывают неблагоприятное влияние на экологию.

Исследования и сравнительные испытания, проведенные во ВНИИТУВИД «Ремдеталь», в Хабаровском ГТУ и других организациях, показали, а практика ремонтного производства подтвердила, что из известных способов восстановления гильз цилиндров автотракторных двигателей наиболее перспективным является способ

ТПД Преимуществами этого способа являются: простота технологии, сохранение первоначальных триботехнических условий для сопряжения гильза - поршневое кольцо, минимальный припуск на мехобработку, высокая производительность и экологическая чистота процесса. Но данный способ требует дополнительных исследований в части управляемости процесса обжатия, получения требуемой усадки за один проход и повышение износостойкости до уровня новой гильзы цилиндров.

Все способы можно разделить на два типа: ТПД гильз в жесткой охлаждаемой матрице (рисунок 1 г, д) и без матрицы, (рисунок 1. а, б, в) Сравнивая способы обжатия гильзы без матрицы, видим, что они отличаются друг от друга взаимным расположением индуктора и охлаждающего спрейера относительно гильзы. Обжатие гильзы происходит при непрерывно-последовательном быстром нагреве и охлаждении локального кольца всего ее участка, в результате действия высокого подвижного градиента температуры (ГТ). Взаимное расположение и движение индуктора и спрейера относительно восстанавливаемой гильзы непосредственно влияют на величину деформации и коробления детали, изменение ее микроструктуры, твердости поверхности, характера и значения остаточных напряжений, образование трещин, производительность процесса и себестоимость восстановления. К общим недостаткам способов ТПД без матрицы следует отнести высокие знакопеременные напряжения, возникающие при нагреве - охлаждении, которые способствуют трещинооб-разованию, и остаточные напряжения, вызывающие деформацию гильзы. Каждый из этих способов имеет свои конструктивные преимущества и недостатки, но способ обжатия гильзы в матрице имеет значительные преимущества по сравнению со способами восстановления гильз без матрицы, в том числе'

- достигается наибольшая усадка гильз за один цикл 11г = 07...1,1мм,

- отсутствие значительных остаточных напряжений, короблений и трещин;

- высокая точность геометрии внутренней поверхности гильзы (отклонение от цилиндричности не более 0,1мм;).

Без матрицы, а) - индуктор и спрейер расположены снаружи гильзы, б) - индуктор и спрейер расположены внутри гильзы, в) - индуктор расположен снаружи, а спрейер внутри гильзы 1 - гильза цилиндра, 2 - индуктор, 3 - спрейер, 4 - центрирующая оправка.

В охлаждаемой матрице, г) - не-закаливаемых гильз из легированного чугуна д) -закаливаемых гильз 1 - гильза цилиндра, 2 -индуктор, 3 - спрейер охлащаю-щий, 4 - матрица, 5 - спрейер закалочный.

Рис. 1. Схемы способов восстановления внутренней цилиндрической поверхности гильз цилиндров термопластическим деформированием (ТПД)

Для восстановления легированных гильз цилиндров предложенный способ осуществлялся по схеме, представленной на рис. 1 .г. Гильза при нагревании свободно расширяется до контакта с матрицей, при дальнейшем нагревании матрица препятствует свободному расширению материала гильзы, что приводит к её пластической деформации, т.е. перераспределению металла внутрь, по толщине стенки После процесса ТПД величина остаточной деформации гильзы компенсирует их износ, возникающее коробление гильзы и припуск на механическую обработку.

При ТПД процесс уменьшения внутреннего диаметра происходит за счет пластической деформации материала гильзы. С целью равномерного нагрева гильзы по диаметру и высоте в процессе обжатия необходимо предусмотреть вращение и продольное перемещение гильзы.

Основными параметрами режима восстановления являются: температура нагрева, скорость нагрева, скорость охлаждения, скорость вращения детали, зазор между матрицей и деталью и некоторые другие, которые оказывают существенное влияние на процесс пластической деформации, а следовательно, и на величину уменьшения внутреннего диаметра гильзы.

Температура нагрева, скорость нагрева и скорость охлаждения также определяют структуру металла восстановленной гильзы При восстановлении закаленных гильз цилиндров типа СМД-60 необходимо одновременно решить три взаимосвязанные задачи' получить необходимую усадку, закаленную поверхность НРСэ 40 42 и бездефектную внутреннюю поверхность (трещины не допускаются). Усадка определяется пластичностью металла, а твердость его хрупкостью, быстрый нагрев и охлаждение детали вызывают возникновение высоких напряжений, которые приводят к образованию трещин Для решения задачи ТПД закаленных гильз предложен комбинированный способ восстановления гильз цилиндров, рис 1д

Исходя из проведенного анализа литературных данных и статистической обработки износов гильз цилиндров, в работе поставлены следующие задачи исследований:

1 .Провести анализ существующих способов восстановления, определить потребности и объёмы восстановления гильз цилиндров.

2.Изучить характер и величину износа гильз цилиндров дизелей сельскохозяйственного назначения.

3 Исследовать напряженно-деформированное состояние и определить режимы восстановления внутренней поверхности гильз цилиндров ТПД

4 Исследовать физико-механические и эксплуатационные свойства гильз цилиндров дизелей восстановленных ТПД в матрице;

5.Исследовать свойства покрытий, и отработать режимы восстановления наружных посадочных поясков гильз цилиндров различными способами.

6 Провести лабораторные и эксплуатационные испытания гильз цилиндров восстановленных ТПД в матрице;

7.Разработать техническое задание на проектирование установки способом ТПД в матрице

Вторая глава содержит программу и методику экспериментальных исследований. Предметом исследования являются числовые значения напряженно-деформированного состояния, количественные показатели физико-механических и эксплуатационных свойств восстанавливаемых гильз цилиндров в процессе воздействия на них переменного градиента температуры как по радиусу, так и вдоль оси, а также воздействия жесткой охлаждаемой матрицы.

Исследования величин и характера износов рабочих поверхностей проводились путём микрометрирования с последующей статистической обработкой данных микрометража. Изношенные гильзы

цилиндров измерялись на ремонтных предприятиях, в дальнейшем эти данные использовались для определения границ применяемости разрабатываемого способа восстановления.

Исследования процесса ТПД проводили с применением ТВЧ марки ВЧИ-1 -60/0,066 на установке, предназначенной для термопластической деформации гильз цилиндров

Величина усадки гильзы определялась микрометражом внутреннего диаметра до и после термопластического обжатия в двух плоскостях и 4-х сечениях. За среднюю величину усадки 11г принималось среднее арифметическое значение полученных результатов по всем четырем сечениям

где с! - среднее значение усадки в сечении гильзы, мм; п = 8 - число измерений.

Исследования по оптимизации всех параметров, влияющих на процесс ТПД, определены экспериментально и уточнены при помощи теории планирования многофакторного эксперимента. Изменение температуры нагрева осуществлялось варьированием скорости перемещения гильзы относительно индуктора. Скорость нагрева регулировалась изменением подводимой мощности установки О = 0,3...4,0 х 10 Вт/мЮ2, Скорость охлаждения регулировалась путем изменения расхода воды через спрейеры в единицу времени. Частота вращения и скорость перемещения гильзы определялись расчетным путем. Измерение твердости внутренней поверхности гильз цилиндров проводилось на приборе 2018ТР.

Исследование температурного поля гильзы во время ТПД выполняли с помощью хромель-алюмелевых термопар, устанавливаемых в гильзе. Сигнал от термопар регистрировался с помощью свето-лучевого осциллографа Н-117/1.

Для исследования остаточных напряжений в гильзе, восстановленной ТПД, вырезались кольцевые образцы Остаточные напряжения первого рода на кольцевых образцах определялись методом последовательного удаления слоев. Относительные деформации определялись с помощью тензорезисторов Микроструктура гильзы, восстановленной ТПД, исследовалась на микроскопе МИМ-8 при увеличении в 100 и 500 раз

¡1

(2)

Ускоренные испытания двигателей проведены на стенде КИ- 5274 с искусственным введением в него элементоорганической присадки АЛП-4Д(ТУ38 101369-73) к топливу с концентрацией 2% (по весу)

Полевые эксплуатационные сравнительные испытания проводились в хозяйствах Калужской области.

Износостойкость гильз в процессе эксплуатации оценивалась отношением изменения линейных размеров (до и после испытаний ) внутренней поверхности гильз восстановленных к новым гильзам

Для получения достоверных результатов восстановления гильз цилиндров ТПД в матрице определялась партия деталей, достаточная для проведения исследований при заданной величине доверительной вероятности а0= 0,95 и относительной ошибке 5 = 10%

В третьей главе рассмотрены процессы, происходящие в гильзе при ТПД Сущность ТПД заключается в том, что при быстром индукционном нагреве деталей типа «полый цилиндр» создается градиент температуры (ГТ), который, деформируя деталь, вызывает ее остаточную деформацию (усадку), достаточную для компенсации износа поверхности и дальнейшей механической обработки. При этом, в одном технологическом цикле, в различной последовательности, выполняются операции нагрева, деформации и охлаждения детали. Кроме того, на пластическую деформацию оказывают влияние внешние силы(охлаждаемая жесткая матрица) и внутренние (холодные слои металла вокруг локально нагретого кольца части гильзы) ограничители, рис 2. Поэтому, чтобы получить необходимую усадку гильзы без матрицы, на практике применяют многократное повторение циклов. Использование высоких градиентов температур при восстановлении деталей способом ТПД создает предпосылки возникновения и развития трещин. >,'атр,"ца гильза

Л

Рис. 2. Схема изменения линейных размеров сечения образца гильзы при ТПД в матрице: - О,с] и О' с/' соответственно наружный и внутренний диаметр гильзы до и после ТПД

Применение внешних механических ограничителей (матрицы) способствует их «залечиванию».

Исходя из равенства объемов до и после ТПД

Агв яс!/ = Д^яО/' (3)

где Атв = А-&' \л Атп = Ъ-Г>' - теоретическая усадка внутреннего и наружного диаметров после ТПД, 1=1- длина детали принятая нами по предположению неизменной, при условии 1=1'.

Величина возможной деформации гильзы при ТПД составляет.

0=0/ (1+сХ'ДТ) - 8 (4)

За оценочный параметр усадки гильзы после ТПД принимаем относительное изменение внутреннего диаметра гильзы

5=(с1-сГ)/с1 = Д^/(1 (5)

Преобразуя формулу (5), получаем' 5 = ДI Б/ й2 = Б2[ 1 -1/ (1 +соДТ)] / рэ( 1 - Р)]2 = [ 1 -1 / (1 +а-ДТ)] /(1 - р)2 (6)

где а - коэффициент линейного расширения материала детали, дт- разность температур нагретой и охлажденной детали;

5 = а-ДТ(1- Р)2 к -Б (7)

к - коэффициент остаточной деформации, учитывающий сдерживание процесса деформации холодными частями гильзы. Б- зазор между матрицей и гильзой.

Из полученной математической зависимости следует, что относительная усадка 5 внутреннего диаметра гильзы не зависит от его размера с! и определяется коэффициентом ^относительной толщины стенки гильзы, коэффициентом линейного расширения материала гильзы а и разностью температур нагретой гильзы и охлажденной гильзы.

При термической обработке серого чугуна с тонкопластинчатой перлитной основой (как и эвтектоидной стали) температура нагрева повышается незначительно выше Ас,, поэтому рост зерна аусте-нита будет также незначительным. К концу нагрева аустенит будет мелкозернистым Кроме того, при быстром нагреве, в результате перекристализации, происходит дополнительное измельчение зерна, поэтому при восстановлении деталей ТПД высокоуглеродистых сплавов легко получить структуру безигольчатого мартенсита.

Различают несколько видов сверхпластичности: мелкозернистая, субкритическая, мартенситная и рекристализационная. В реальных технологических процессах восстановления деталей ТПД наблюдаются явления субкритической и мартенситной сверхпластичности.

Влияние сверхпластичности на величину остаточных напряжений заключается в неравномерной пластической деформации различных слоев детали, обусловленной ГТпри нагреве и охлаждении В первую очередь, деформируются те слои детали, в которых начинаются фазовые превращения. После охлаждения, благодаря сжатию внутренних слоев и деформации внешних слоев детали, возникают остаточные напряжения.

В четвертой главе приведены результаты экспериментальных исследований технологии восстановления гильз цилиндров ТПД в матрице.

Исследования изменений величины и формы усадки гильз цилиндров от температуры нагрева. Исследования проводились в пределах от 700 до 950°С, с интервалом 50°С, при скорости нагрева Ут = 70°С/с и зазоре между матрицей и образцом Б0 = 0,1 мм;. Скорость охлаждения матрицы характеризовалась расходом воды через спрейер в единицу времени. Для охлаждения матрицы расход составлял 70 л/мин , для закалки - 20 л/мин.

Проведенные исследования показывают, что наибольший коэффициент усадки принадлежит интервалу нагрева 800...850°С. Это объясняется тем, что при индукционном нагреве в первоначальный период, пока деталь "холодная" (в интервале до 700°С), усадка происходит, в основном, за счет градиента температуры (скорости нагрева) и незначительно - за счет температуры Далее, когда ток проникает в тело детали и увеличивается толщина нагретого слоя до 800...850°С, то на величину усадки оказывают совместное действие температура и градиент температуры. При нагреве гильзы свыше 850° влияние градиента температуры по сечению гильзы снижается, и усадка определяется, в значительной степени, только температурой нагрева

На графике рис.3, видно, что при увеличении температуры нагрева происходит резкое увеличение овальности и конусообразнос-ти гильзы, которые достигают при 950°С 0,15 и 0,17 мм соответственно. Наилучшие результаты получены при температуре нагрева 850°С. При этой температуре достигается необходимая для последующей механической обработки усадка и допускаемое отклонение формы отверстия гильзы, что обеспечивает ее восстановление с износом до 0,5 мм. включительно.

Из графиков(рис. 3 ) видно, что с увеличением скорости нагрева средняя величина усадки растет При этом, чем выше скорость на-

грева, тем больше темп роста Так, на участке от 30 до 50°С/с коэффициент усадки Ку = 0.003, а на участке от 50 до 70°С/с - К = 0,0095, что в 3 раза больше.

Овальность и конусообразность гильзы также растет с увеличением скорости нагрева, но незначительно и изменяется на всем интервале от 0,04 до 0,09 мм. Увеличение скорости нагрева свыше 80°С/с нецелесообразно, т к установка ТВЧ работает на максимальной мощности

| температура, при У8 = 70 'С/с t

30 40 SO 60 70 V»

скорость нагрева, при 9 = 850 °С Рис 3. Зависимость изменения величены и формы (овальность и конусность) усадки гильзы от температуры и скорости нагрева

1 - усадка от температуры нагрева 0г; 2 -усадка от скорости нагрева Ve;

3 - конусообразность от 6и при V„ = 70°С/с, 4 - овальность от 9 и при Ve= 70°С/с,

5 - конусообразность от 9и при Ve = 850 °С, 6 - овальность от 6и при ve= 850 "С

Влияние матрицы на процесс ТПД приведено на рисунке 4. На половине меридиального сечения гильзы схематично показаны два способа восстановления гильзы и приведены их технологические параметры

а) п^-^ б)

Рис. 4. Сечение гильзы при ТПД

а) в жесткой охлаждаемой матрице, б) без матрицы, путем создания подвижного градиента температуры 1 - гильза цилиндров, 2 - индуктор; 3 - спрейер, 4 - матрица;^, 11о-глубина и высота нагрева, V,-скорость перемещения гильзы, 0 - мощность источника теплоты, - расстояние между индуктором и спрейером, Н, К, г - геометрические параметры гильзы, 11г - радиальная усадка гильзы, п -частота вращения гильзы

В обоих случаях гильза нагревается непрерывно - последовательным способом, путем нагрева локальной ее части (область О) При этом необходимо отметить следующее:

-Д1; - глубина нагрева косвенно характеризуется частотой переменного тока и временем предварительной выдержки прогрева при восстановлении гильзы в матрице;

-дгомакс= Р!-г, что соответствует сквозному прогреву на всю толщину гильзы;

- Ь0 и 1т,- высота кольцевого индуктора и расстояния от нижнего его торца до центра отверстий закалочного спрейера,

- индуктор неподвижен, гильза относительно индуктора имеет вертикальное поступательное и вращательное движения.

Исследованиями установлено.

- при одних и тех же значениях мощности источника тепла (0) и высоты индуктора радиальная усадка (1)г) увеличивается с увеличением глубины прогрева (дг„) и имеет наибольшее значение при сквозном прогреве гильзы, то есть при 5=дг0/(11-г)=1 радиальная усадка достигает своего максимального значения, до Ц.тах=1,1 мм,

- радиальная усадка (11г) зависит от высоты (1п(1) индуктирующего кольца. Максимальное значение получается при 5,=!^/ Н=0,25.

- при условии постоянного нагрева гильзы до температуры Те макс=850°С наибольшая усадка 1)гтах достигается при скорости нагрева У=70°С/с;

- при величине скорости нагрева V = 40... 80°С/с (или У = 1 - 2мм/с) усадка увеличивается с 0,4мм до 0,8мм.

- постоянная максимальная температура нагрева гильзы "Г =850°С обеспечивается увеличением мощности источника

О МЭКС '

тока 9 = 0,37x109 - 1,37x109 Вт/м3;

- при постоянной мощности источника тока 0 = 1,37x109 Вт/м3, радиальная усадка (11г) зависит от температуры нагрева Те, чем больше температура нагрева, тем больше усадка гильзы. Однако нагревать гильзу более 900°С нецелесообразно, т.к. происходят значительные структурные изменения ее металлической основы;

- с увеличением скорости охлаждения величина усадки увеличивается в следствие меньшего теплового расширения матрицы;

- твердость, глубина закаленного слоя и структура материала находятся в такой же зависимости, что и радиальная усадка гильзы, т.е. твердость и глубина закаленного слоя будет тем больше, чем выше температура, скорость нагрева и охлаждения детали.

Основными параметрами оптимизации при проведении экспериментов являлись:

- величина диаметральной усадки 1_1г,10-3м;

-твердость внутренней поверхности, НКС;

- бездефектность материала гильзы ( отсутствие трещин после ТПД гильзы);

- структурные изменения материала.

Для оптимизации выбранных режимов проводился многофакторный эксперимент типа У=23,

За независимые переменные при проведении опытов приняты

- температура нагрева - О Г,°С

- скорость нагрева - Уа, °С/с

- скорость охлаждения -V л/мин.

Анализируя результаты экспериментов и учитывая выше сказанное, оптимальными режимами ТПД необходимо принимать средние режимы, обеспечивающие надежную эксплуатацию оборудования, экономию электроэнергии и др.

Таким образом выбраны следующие режимы ТПД при восстановлении гильз цилиндров.

Таблица 1

Режимы восстановления гильз цилиндров

Гильзы цилиндров пегированные закаленные

Параметры без предва подоп эительного зева с предварительным нагревом

Температура нагрева, ° С Скорость нагрева, град /с Расход воды для матрицы,л/м Расход воды для спрейера, л/м Скорость относительного перемещения гильзы и индуктора,мм/с Частота вращения, мин1 840 860 70.. 80 60 . 70 1,7. 2,0 26 840 .860 70... 80 60 70 20 1,7 ..2,0 26 800 . 820 50 ..60 70 80 20 ..25 3,0 3,5 2,0 . 2.5(р х ) 26

Проведенные исследования показали, что при быстром нагреве до 850 °С структура металлической основы находится в пределах требований ГОСТа 3443-77. Анализ микроструктуры показывает, что при нагреве до 950°С, хотя структура и находится в пределах требований ГОСТа, но заметны изменения формы, количества и характера распределения свободно выделившегося графита. Пластины стали более прямолинейны, что ухудшает механические свойства чугуна, как по износостойкости , так и по прочности.

Проведенные металлографические исследования гильз цилиндров Д-50 и КамАЗ-740 показали, что изношенные и восстановленные гильзы (нагрев до 850 °С, скорость нагрева 70 °С D сек.) имеют практически одинаковую структуру, металлическая основа состоит из перлита, феррита, фосфидной эвтектики и включения графита.. Таким образом, установлено, что быстрый нагрев до 850°С не вносит заметных изменений в структуру чугуна и соответствует требо-

ваниям ГОСТа 3443-78, а следовательно, и не ухудшает триботех-нические условия работы сопряжения гильза - кольцо.

Исследованием установлено, что при пластической деформации в деталях возникают остаточные внутренние напряжения, которые при определённых условиях могут повлиять на геометрические параметры, следовательно на долговечность этих деталей.

На рис. 4 показаны кривые распределения напряжений по сечению исследованных образцов. В исследованных образцах значения внутренних тангенциальных и радиальных напряжений по всем сечениям ниже предела текучести данного материала (ст=420 .670 МПа)

Максимальные тангенциальные и радиальные напряжения в эталонных образцах имеют значение соответственно +240 МПа и +1,4 МПа; в образцах из восстановленных гильз соответственно +210 МПа и +1,5 МПа.

В связи с тем, что «усадка» гильзы при способе ТПД в матрице происходит как по внутренней, так и по наружной поверхности, возникает необходимость нанесения компенсационного покрытия на посадочные пояски. В результате измерений восстановленных гильз, средняя усадка наружных посадочных поясков составила 0,5...0,6 мм. на диаметр при овальности 0,05...0,1 мм., удлинение гильзы составило 0,2... 0,35 мм.

При выборе покрытия, компенсирующего усадку и износ, учитывалось следующее: покрытие толщиной 0,5...0,6 мм должно иметь достаточную прочность сцепления с поверхностью гильзы в условиях механических, тепловых нагрузок, долговременной эксплуатации двигателя. Этим условиям, в наиболее полном объеме, удовлетворяет способ электродуговой металлизации Металлизация поясков осуществлялась серийным модернизированным электрометаллиза-тором ЭМ-12М с источником питания ПСГ-500. Для металлизации использовали алюминиевую проволоку марки АД-1 или А-5 диаметром 1,2...2,0 мм, а также сварочную проволоку Св-0,8.

Режимы металлизации: марка металла - АД-1 0 1,2 мм; дистанция напыления, мм-130; частота вращения, мин-1-15; скорость продольной подачи металлизатора, мм/об - 6; давление сжатого воздуха, МПа • 105- 0,45...0,55; диаметр воздушного сопла, мм - 8; диаметр проволоки, мм - 2; скорость подачи проволоки, м/мин - 5,4; интервал напряжений, В-27...30; сварочный ток, А-250...270; расход проволоки, кг/ч - 6,2.

Проведенные лабораторные и эксплуатационные сравнительные испытания восстановленных гильз способом ТПД в матрице и но-

вых гильз показали, что износостойкость восстановленных гильз на уровне новых.

Эксплуатационные испытания 16 двигателей, в которых были попарно установлены новые и восстановленные гильзы, показали, что среднее значение скорости изнашивания составляет -089x1 О*4. Сопряженные детали ( поршни и поршневые кольца) имеют темп износа равный износу деталей, сопряженных с новой гильзой. Ускоренные испытания на износостойкость гильз, восстановленных в номинальный размер различными способами показали, что в целом, способ ТПД в матрице является более предпочтительным, в

сравнении с другими способами.

ог

«К

Рис. 5. Распределение радиальных уг и тангенциальных у? напряжений в эталонных и восстановленных образцах гильз цилиндров: 1,2- распределение радиальных напряжений*? г соответственно в восстановленных и эталонных образцах, 3,4 - распределение тангенциальных напряжений ст I соответственно в восстановленных и эталонных образцах

Пятая глава содержит результаты внедрения технологии ТДП в производство и ее экономической эффективности.

На основании проведенных исследований и разработанных технических заданий было спроектировано и изготовлено оборудование с оснасткой для восстановления гильз цилиндров в номинальный размер. Разработаны технологические процессы восстановления как закаленных гильз типа СМД-60, КамАЗ-740 так и легированных типа Д-50, СМД-14. Для того, чтобы восстановить гильзу в номинальный размер, в соответствии с чертежом, технологический процесс должен придерживаться следующей последовательности и состоять из следующих операций: очистка; дефектация, предварительная токарная обработка наружной поверхности; ТПД гильзы; пескоструйная обработка; электродуговая металлизация; черновая токарная обработка посадочных поясков; растачивание внутренней поверхности; получистовое и чистовое хонингование внутренней поверхности; финишная антифрикционная безабразивная обработка; очистка внутренней поверхности; чистовая обработка посадочных поясков; контроль.

Устройство к установке ТВЧ для термопластического обжатия гильз в матрице ТПД-М 01.01.224 и приведенный выше технологический процесс внедрены на двух ремонтных предприятиях, «Щекиноагросервис» Тульской области и «Выгоничиагроремонт» Брянской области.

Анализ экономических показателей ремонтных предприятий «Щекиноагросервис» и АО «Выгоничиагроремонт», восстанавливающих гильзы цилиндров дизелей СМД-14, Д-50, КамАЗ-740, СМД-60 способом ТПД в матрице, показал, что средняя себестоимость составляет 50...60% от стоимости новой гильзы. Средняя отпускная цена восстановленных гильз составляет 60...70% , что в 1,5 раза дешевле новых.

Годовой экономический эффект от внедрения технологии восстановления гильз цилиндров составляет, при программе восстановления 2000 шт. в год - 302000 руб. (в ценах 2000г.)

ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Гильзы цилиндров двигателя СМД-14, Д-50, КамАЗ-740, СМД-60 отработавшие межремонтный ресурс, имеют средний износ 0,14...0,22мм, максимальный износ не превышает 0,33...0,51мм. При этом 4...7% гильз подлежат выбраковке по причине трещин и сколов; 83.. 86% гильз требуют восстановления до номинального или ремонтного размера.

2. Способ ТПД в матрице с комплектом оборудования обеспечивает восстановление закаленных и легированных гильз цилиндров автотракторных двигателей типа СМД-14, Д-50, СМД-60, КамАЗ-740 и др. в номинальный размер с физико - механическими свойствами на уровне новой детали..

3. Установлено, что относительная усадка внутреннего диаметра гильзы зависит от коэффициента относительной толщины стенки гильзы, коэффициента линейного расширения материала гильзы и разности температур нагретой и охлажденной гильзы и не зависит от его размера..

4. Метод ТПД гильзы в матрице, обеспечивает усадку гильз двигателей типа СМД-14, Д-50, СМД-60, КамАЗ-740 в пределах 0,6... 1,1мм.

5. Установлено, что действие матрицы оказывает большее влияние на процесс ТПД гильзы (70-75%), чем действие градиента температуры (25-30%) и создаёт максимальные внутренние напряжения растяжения се в пределах исключающих вероятность появления трещин.

6. В процессе ТПД гильзы в матрице появляются равномерно распределенные небольшие остаточные напряжения сжатия (оесж= 80... 120 МПа) по толщине, что является положительным упрочняющим фактором.

7. Разработанный новый комбинированный способ ТПД в матрице закаленных гильз цилиндров типа СМД-60 с одновременной закалкой ее внутренней поверхности обеспечивает получение улучшенных физико-механических свойств гильзы со структурой - бези-гольчатый или тонко игольчатый мартенсит глубиной не менее 1,5 мм, твердостью не менее НРСЭ 42...45 При этом способе восстановления гильз цилиндров используется одновременное действие матрицы и подвижного градиента температуры.

8. В результате опытной производственной проверки были получены следующие результаты:

- производительность процесса 60- 80 гильз в смену;

- восстановленные гильзы отвечают требованиям чертежа;

- ресурс восстановленной гильзы способом ТПД на уровне новой;

- скорость износа сопряженных деталей (поршни и поршневые кольца), работавших в новых и восстановленных гильз, одинакова;

- себестоимость восстановления гильзы не более 60% от стоимости новой.

9. Технологический процесс восстановления гильз цилиндров двигателей СМД-14.СМД-60, Д-50, КамАЗ-740 методом ТПД в матрице с комплектом оборудования внедрен на двух ремонтных предприятиях. Годовой экономический эффект от внедрения технологии составляет 302000 рублей, при программе 2000 шт. в год , указанным способом восстановлено более 20000 шт. гильз.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Исследование и разработка технологии, оборудования и оснастки для восстановления гильз цилиндров тракторных двигателей СМД-14, Д-50, Д-240 с; программой 100тыс. шт. в год //Отсчето НИР. Рук раб .... Гос per. № 79045802.- М. Ф. ГОСНИТИ,. 1981г.-246с..

2. Хромов В.Н., Лялякин В.П. Костюков А Ю. Новые технологии восстановления деталей термопластическим деформированием.// Тракторы и сельскохозяйственные машины, 1998 №8 ;

3. Костюков А.Ю Восстановление гильз цилиндров дизелей термопластическим деформированием в матрице.: -Орел: Труды ОрелГАУ- 2000г.;

4. Ширяев А.А , Костюков А.Ю, Бойченко А Э.Финишная антифрикционная безабразивная обработка внутренней поверхности гильз и цилиндров блоков автотракторных двигателей. :-М.: Труды ВНИИТУВИД «Ремдеталь».-1999.;

5. Ширяев A.A., Костюков А Ю, Бойченко А.Э...Восстановление гильз цилиндров автотракторных двигателей способом термопластической деформации : -М.: Труды ВНИИТУВИД «Ремдеталь»-1999.;

6. Костюков А.Ю. Восстановление гильз цилиндров термическим деформированием в матрице.: -М.: Труды МГАУ, 2000г.;

7. Лялякин В.П. Костюков А.Ю Унифицированная технология восстановления гильз цилиндров автотракторных двигателей в номинальный размер. //Тракторы и сельскохозяйственные машины, 2000г, №12;

8. Костюков А.Ю. Совершенствование технологии восстановления гильз цилиндров.//Ремонт .восстановление , модернизация, ,2002г, № 9;

9. Хромов В.Н., Костюков А.Ю. Теоретическое обоснование величины усадки гильз цилиндров автотракторных двигателей при восстановлении их термопластическим деформированием в матрице. -М.: Труды ВНИИТУВИД «Ремдеталь» - 2003г.;

10. Патент Р.Ф.№ 2181649. Способ восстановления закаленных ги^ьз цилиндров Б.И. №12, 27.04.2002, (авт. колл.: Хромов В.Н., Лялякин В.П., Ширяев А.А, Костюков А.Ю).;

11. Патент Р.Ф.№2182932 Установка для термической обработки полых цилиндрических изделий (авт. колл. Ширяев А.А, Костюков А.Ю. Хромов В.Н., Лялякин В.П). Б.И. №15, 27.05.2002г.;

12. Лялякин В.П. Бойченко А.Э. Костюков А.Ю. и др. Методы контроля новых и изношенных деталей. М.: ГОСНИТИ 2005г.-240с.

Подписано в печать 05.12 2006 г Печать офсетная Гарнитура "Ариэль" Формат 60x84/16 Объем 1,0 п.л Тираж 100 экз. Заказ 680.

ГОСНИТИ

109428, Москва, 1-й Институтский пр., д 1.

ВВЕДЕНИЕ.

1.Состояние вопроса, цель и задачи исследования.

1.1. Условия работы и конструктивные параметры гильз цилиндров дизелей

1.2. Анализ износов и других дефектов гильз цилиндров.

1.3. Анализ способов восстановления гильз цилиндров.

1.4. Анализ способов восстановления гильз цилиндров термопластическим деформированием.

1.5. Анализ устройств для восстановления гильз цилиндров.

1.6. Обоснование направления исследования восстановления гильз цилиндров ТПД в матрице.

1.7. Выводы, цели и задачи исследования.

2. Программа и методика экспериментальных исследовани.

2.1. Программа исследования.

2.2. Объект и предмет исследования.

2.3. Методика экспериментальных исследований.

2.3.1. Определение необходимого количества наблюдений.

2.3.2. Порядок проведения микрометража гильз цилиндров.

2.3.3. Разработка и изготовление экспериментальной установки.

2.3.4. Модель гильзы цилиндра и измерение основных технологических параметров ТПД.

2.3.5. Исследование ТПД в матрице с использованием теории планирования многофакторного эксперимента.

2.3.5.1.Выбор функции отклика, уровней и интервалов варьирования факторов, составление матрицы и обработка результатов многофакторных экспериментов.

2.3.6. Методика определения физико-механических свойств и металлографических исследований, восстановленных гильз цилиндров.

2.3.7. Методика определения остаточных напряжений в восстановленных гильзах цилиндров.

2.3.8. Методика стендовых испытаний двигателей.

2.3.9. Методики определения ошибки эксперимента.

3. Теоретические предпосылки к совершенствованию технологии восстановления гильз цилиндров ТПД в матрице

3.1. Сущность процесса обжатия при восстановлении гильз цилиндров ТПД.

3.2. Структурные превращения в чугуне при нагреве и охлаждении.

3.3. Критическая скорость охлаждения и прокаливаемость железоуглеродистых сплавов.

3.4. Сверхпластичность при восстановлении и упрочнении гильз цилиндров ТПД.

3.5. Особенности нагрева и охлаждения при ТПД восстанавливаемых гильз цилиндров из легированного чугуна.

3.6. Теоретическое обоснование величины усадки гильз при ТПД в матрице.

3.7. Анализ особенностей и постановка задач ТПД при восстановлении гильз цилиндров в матрице.

3.8 Математическая постановка задачи восстановления внутренней цилиндрической поверхности полого цилиндра нагревом в жесткой охлаждаемой обойме.

3.9 Выводы.

4. Результаты экспериментальных исследований технологии восстановления гильз цилиндров ТПД в матрице.

4.1. Определение величины и характера износов гильз цилиндров, обработка статистических результатов.

4.2. Изменение линейных размеров гильз цилиндров после ТПД в матрице.

4.2.1. Изменение усадки и твердости внутренней поверхности гильзы после ТПД в матрице.

4.2.2. Изменение наружного диаметра и длины гильзы после ТПД.

4.3. Влияние технологических факторов и конструкционных параметров. на изменение величины деформации внутреннего диаметра гильзы после ТПД в матрице.

4.4. Определение оптимальных параметров процесса ТПД при восстановлении гильз цилиндров в матрице с использованием теории планирования многофакторного эксперимента.

4.5. Изменение твёрдости и микроструктуры внутреннего слоя при ТПД в матрице.

4.6. Исследование напряженно-деформированного состояния восстановленных гильз цилиндров.

4.7. Исследование износостойкости восстановленных гильз цилиндров.

4.8. Восстановление посадочных поясков гильз цилиндров прошедших

ТПД в матрице.

4.9. Лабораторные и эксплуатационные испытания.

4.9.1. Лабораторные испытания двигателей.

4.9.2. Эксплуатационные испытания.

4.10. Выводы.

5. Внедрение результатов исследования в производство и их экономическая эффективность.

5.1. Производственные рекомендации для совершенствования термопластического деформирования гильз цилиндров в охлаждаемой матрице.

5.2. Технология восстановления гильз цилиндров ТПД в матрице.

5.3 Внедрение результатов исследований в производство.

5.4. Экономическая эффективность усовершенствованного технологического процесса восстановления и упрочнения гильз цилиндров ТПД в матрице

5.5. Выводы.

Актуальность проблемы. Отечественный и мировой опыт показывают, что ремонтное производство является экономически оправданным. Обеспечение предприятий агропромышленного комплекса запасными частями за счет восстановления изношенных деталей, позволяющее повторно использовать лимитирующие ресурс машин детали, является важной народнохозяйственной проблемой, поскольку при этом экономятся материальные, трудовые и топливно-энергетические ресурсы. Отказы сельскохозяйственной техники, в основном, происходят в двигателях внутреннего сгорания, фирменный ремонт которых заводами изготовителями выполняются в незначительном объеме [1].

Срок службы двигателя зависит в первую очередь от износостойкости деталей цилиндропоршневой группы (ЦПГ). Эти детали быстро изнашиваются и в период эксплуатации двигателя требуют 2 - 3-х кратной замены.

Сокращение производства двигателей и запасных частей, увеличение в десятки раз их стоимости не позволяют сельскохозяйственному производителю приобретать новые агрегаты. Поэтому увеличились нагрузки на уже эксплуатируемую в хозяйствах старую технику. По данным департамента механизации и электрификации Минсельхозпрода Российской Федерации нагрузки на один трактор сегодня в России в 4 раза больше, чем в США и в 15 раз больше, чем в Германии [2]. В этих условиях повышается интенсивность изнашивания агрегатов, узлов и деталей сельскохозяйственной техники.

На основании изложенного, в настоящее время возникла особая необходимость восстановления изношенных деталей, в частности гильз цилиндров автотракторных двигателей. Качественное, при низкой себестоимости, восстановление гильз цилиндров, позволит снизить расход новых запасных частей и сохранить работоспособность машинотракторного парка. Анализ возможности восстановления гильз цилиндров свидетельствует о их высокой ремонтопригодности. [5]

Изношенные гильзы цилиндров восстанавливаются в недостаточном количестве из-за отсутствия простых, недорогих, производительных способов восстановления и упрочнения.

Среди многих технологических процессов восстановления гильз цилиндров двигателей сельскохозяйственной техники заслуживает внимания способ пластических деформаций. Термопластическое деформирование металла (ТПД) позволяет восстанавливать внутренние и наружные цилиндрические поверхности деталей типа «полый цилиндр» из железоугреродистых сплавов с одновременным их упрочнением. Однако широкое внедрение процесса ТПД сдерживается отсутствием теоретических и технологических основ восстановления гильз цилиндров дизелей ТПД.

Поэтому разработка и внедрение новых технологий восстановления гильз цилиндров дизелей ТПД является актуальной задачей, требующей своего решения.

Актуальность данной задачи подтверждается включением ее в госбюджетную республиканскую программу согласно приказа Минсельсхозпрода "О мерах по увеличению объемов восстановления изношенных деталей и изготовления новых на ремонтных предприятиях АПК России." По темам МФ 3-1 «Исследовать и разработать технологию, оборудование и оснастку для восстановления гильз цилиндров тракторных двигателей» в 1981г. (Научный руководитель Костюков Ю.Л.), 5.93.27/4 «Исследование и обоснование унифицированной технологии восстановления гильз цилиндров автотракторных двигателей Д-50, Д-240, КамАЗ-740» в 1993-1995 годах и 5.96.04.4. «Исследовать и разработать технологию восстановления гильз цилиндров двигателей типа СМД-60 термопластическим обжатием с одновременной закалкой внутренней поверхности» в 1996-1999 годах (Научный руководитель Лялякин В.П.) [3,4 ].

Целью исследований является разработка и внедрение в ремонтное производство новой технологии восстановления гильз цилиндров дизельных двигателей способом термопластической деформации (ТПД), обеспечивающая 100 процентный послеремонтный ресурс.

Объекты исследования это гильзы цилиндров, наиболее распространенных в сельском хозяйстве дизелей, СМД-14, Д-50, А-41, КамАЗ-740, СМД-60.

Предметом исследования являются значения напряженно-деформированного состояния, количественные показатели физико-механических свойств восстанавливаемых гильз цилиндров в процессе воздействия на них переменного градиента температуры, как по радиусу, так и вдоль оси, а также воздействия жесткой охлаждаемой матрицы.

Методы исследования. Процесс ТПД в матрице рассматривали на основе механики деформируемого твердого тела. Экспериментальные исследования проводили с применением теории планирования экспериментов, с использованием современных приборов и оборудования, теории вероятностей и математической статистики.

Научная новизна работы заключается в установлении закономерностей механизма обжатия изношенных гильз цилиндров методом ТПД в матрице из различных марок чугунов, в том числе закаленных гильз цилиндров КамАЗ-740 и СМД-60, а также в разработке установки ТПД, позволяющей восстанавливать широкую номенклатуру гильз цилиндров автотракторных двигателей на номинальный размер.

Научная новизна работы подтверждена Патентом Р.Ф.№ 2181649 «Способ восстановления закаленных гильз цилиндров Б.И. №12, 27.04.2002 и Патентом Р.Ф.№2182932 «Установка для термической обработки полых цилиндрических изделий»

Практическая ценность работы. Оптимизированы параметры технологических процессов восстановления внутренних и наружных цилиндрических поверхностей гильз цилиндров ТПД в матрице. На основе полученных результатов разработан новый технологический процесс и установка для восстановления на номинальный размер гильз цилиндров методом ТПД в матрице, обеспечивающие 100 процентный послеремонтный ресурс.

Реализация результатов исследования. Результаты выполненных исследований внедрены на предприятиях «Щекиноагросервис» г.Щекино, Тульской области и АО «Выгоничиагроремонт» п.Выгоничи, Брянской области при восстановлении гильз двигателя цилиндров ТПД в матрице в виде технологии и оборудования для ее осуществления с экономическим эффектом около 300 тыс. руб. (в ценах 2005г.)

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены, обсуждены и одобрены на:

-научно-технических советах и конференциях ВНИИТУВИД «Ремдеталь», г. Москва 1991-2003г.

- научно-технических конференциях ГОСНИТИ в г. Москва, 1991-1993 г;

- международной научно-практической конференции "Состояние и перспективы восстановления, упрочнения и изготовления деталей" г. Москва 1999 г; международной научно-практической конференции «Инженерно техническое обеспечение АПК и машино-технологические станции в условиях реформирования» г. Орел, 2000г;

- международной научно-практической конференции, посвященной 70-летию МГАУ, г. Москва 2000г. заседании кафедры ремонта и надежности машин МГАУ имени В.П. Горячкина, г Москва, 2001 г

Научно-техническом семинаре « Восстановление и упрочнение деталей -современный высокоэффективный способ повышения надежности машин» г. Москва, 2003г. заседании кафедры технического сервиса, института механики и энергетики МГУ им. Н.П. Огарева, г. Саранск, 2006г.

Публикации. Основное содержание работы опубликовано в 12 печатных работах.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы и приложений, изложена на 237

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ к

1. Гильзы цилиндров двигателя СМД-14, Д-50, КамАЗ-740, СМД-60 отработавшие межремонтный ресурс, имеют средний износ 0,14.0,22мм, максимальный износ не превышает 0,33.0,51мм. При этом 4.7% гильз подлежат выбраковке по причине трещин и сколов, 83.86% гильз требуют восстановления до номинального или ремонтного размера.

2. Способ ТПД в матрице с комплектом оборудования обеспечивает восстановление закаленных и легированных гильз цилиндров автотракторных двигателей типа СМД-14, Д-50, СМД-60, КамАЗ-740 и др. в номинальный размер с физико - механическими свойствами на уровне новой детали.

3. Установлено, что относительная усадка внутреннего диаметра гильзы зависит от коэффициента относительной толщины стенки гильзы, коэффициента линейного расширения материала гильзы и разности температур нагретой и охлажденной гильзы и не зависит от его размера.

4. Метод ТПД гильзы в матрице, обеспечивает усадку гильз двигателей типа СМД-14, Д-50, СМД-60, КамАЗ-740 в пределах 0,6. 1,1мм.

5. Установлено, что действие матрицы оказывает большее влияние на процесс ТПД гильзы (70-75%), чем действие градиента температуры (2530%) и создаёт максимальные внутренние напряжения растяжения в пределах исключающих вероятность появления трещин.

6. В процессе ТПД гильзы в матрице появляются равномерно распределенные небольшие остаточные напряжения сжатия (оосж= 80. 120 МПа) по толщине, что является положительным упрочняющим фактором.

7. Разработанный новый комбинированный способ ТПД в матрице закаленных гильз цилиндров типа СМД-60 с одновременной закалкой ее внутренней поверхности обеспечивает получение улучшенных физико -механических свойств гильзы со структурой - безигольчатый или тонко игольчатый мартенсит глубиной не менее 1,5 мм, твердостью не менее HRC3

42.45 При этом способе восстановления гильз цилиндров используется одновременное действие матрицы и подвижного градиента температуры.

8. В результате опытной производственной проверки были получены следующие результаты:

- производительность процесса 60- 80 гильз в смену;

- восстановленные гильзы отвечают требованиям чертежа;

- ресурс восстановленной гильзы способом ТПД на уровне новой;

- скорость износа сопряженных деталей (поршни и поршневые кольца), работавших в новых и восстановленных гильз, одинакова;

- себестоимость восстановления гильзы не более 60% от стоимости новой.

9. Технологический процесс восстановления гильз цилиндров двигателей СМД-14,СМД-60, Д-50, КамАЗ-740 методом ТПД в матрице с комплектом оборудования внедрен на двух ремонтных предприятиях. Годовой экономический эффект от внедрения технологии составляет 302000 рублей, при программе 2000 шт. в год, указанным способом восстановлено более 20000 шт. гильз.

1. Черноиванов В.И. «Перспективы развития технического сервиса в агропромышленном комплексе». «Тракторы и сельскохозяйственные машины». 1997 №1., стр7-10.

2. Широких А., Сычев Н., Михлин В. « Машино- технологические станции». Сельский механизатор. 1997, №1, стр 1-3.

3. Отчет о НИР ВНИИТУВИД «Ремдеталь», тема 5. 93 27/ 4: «Исследование и обоснование унифицированной технологии восстановления гильз цилиндров автотракторных двигателей Д-50, Д -240, КамАЗ -740». 1995г.

4. Отсчет о НИР 79045802. «Исследование и разработка технологии, оборудование и оснастки для восстановления гильз цилиндров тракторных двигателей СМД-14, Д-50, Д-240 с программой 100 тыс. шт. в год». Малоярославский филиал ГОСНИТИ. 1981.

5. Черноиванов В., Бобоюдо JL, Евтеев А. «Воссрановление гильз цилиндров , двигателей ЯМЗ» .М. Сварочное производство. №10 1979г.6. «Повышение точности измерения износа деталей при испытании двигателей» ,М. «Двигателестроение», 1986г. №3, стр.45.

6. Шабатников М.П. «Металлографические аспекты изнашивания пары «гильза-поршневое кольцо». Двигателестроение 1984 г.№ 5, стр. 45.

7. Т. S. Sudarchan " Износы в гильзах цилиндров" Weur, 1991г.

8. Южаков И.В. Ямпольский Г.Я. Рыбаков Г.А. Абразивный износ сопряжения гильза-поршневое кольцо. «Автомобильная промышленность» 1977 №8. с.7

9. Ю.Антропов Б., Слабов Е. Еще раз о пылевом износе двигателей ЯМЗ и КамАЗ «Автомобильный транспорт» 1981. №9 с.35-37.

10. П.СураковГ.И Уменьшение износа автотракторных двигателей при пуске. М. Колос, 1982.143с.

11. Некрасов С.С. Колокатов A.M. «Новая технология восстановления гильз цилиндров» М. «Техника в сельском хозяйстве» 1984г. №2 стр 49

12. Лялякин В.П. Методы повышения ресурса деталей дизельных двигателей при их восстановлении. Дисс. докт. техн. наук.: Москва -1996.

13. ЕвдокимовЕ., Баранов В. «Анализ отказов отремонтированных двигателей»

14. Автомобильный транспорт», 1978г.№8 стр.41-43

15. Отсчет Б.467086. Технологический процесс по восстановлению поршней и гильз двигателей ЯМЗ-236 и ЯМЗ-238. г. Челябинск. Уральский филиал НИИАТ. 1975.

16. Ускоренные испытания на износостойкость гильз цилиндров двигателя ЯМЗ-238НБ. Отчет Ленинградского СХИ. Ленинград 1970.

17. Технологический процесс восстановления и упрочения цилиндров двигателей I СМД-14, СМД-60 электродуговой металлизацией и электроимпульснымлегированием. М. 1996.

18. Петров Ю.Н. и др. Рекомендации по восстановлению изношенных деталей машин хромированием и железнением-М.: Россельхозиздат, 1976. 15с.

19. Контарь А.Д. Исследование и разработка технологии ремонта гильз цилиндров автотракторных двигателей пористым хромированием. Дисс.канд. техн. наук. Кишинев 1975.

20. Моисеев В.В. Повышение межремонтного ресурса гильз цилиндров автомобильных двигателей центробежным индукционным напеканием в условиях ремонтных предприятий Госагропрома. Дисс. канд. техн. наук. -М., 1987.-283 с.

21. Меркулов Е. и др. Восстановление гильз цилиндров двигателей методом теплового формоизменения: экспресс-информации /Минтранс РСФСР ЦБНТИ М.: 1981, вып. 4, с. 1.19.

22. Хромов В.Н. Восстановление деталей сельскохозяйственной техники термопластическим деформированием. Дисс д.т.н.-М 1998. 360с.

23. Костюков Ю.Л., Федингин А.И. Термопластическое восстановление гильз цилиндров //Техника в сельском хозяйстве. 1981.- № 12. - С. 45.51.

24. А.С. СССР 753582. Способ восстановления полых цилиндрических деталей /Бовбас В.И., Воловик Е.Л., Костюков Ю.Л., Федингин А.И. Опубл. Б.И. № 29,1980.

25. Способ восстановления гильз цилиндров двигателей внутреннего сгорания методом теплового формоизменения: Информ. листок /Челябинский ЦНТИ, № 21-81.-с. 81.

26. Способ восстановления гильз цилиндров двигателей внутреннего сгорания методом теплового формоизменения: Информ. листок /Челябинский ЦНТИ, № 21-81.-с. 81.

27. Ширяев А.А., Костюков АЛО., Бойченко А.Э., Дмитриева Л.И. Восстановление гильз цилиндров автотракторных двигателей способом термопластической деформации.: Москва 1999.

28. Костюков А.Ю. Восстановление гильз цилиндров дизелей термопластическим деформированием в матрице.: Орел 2000г.

29. Отчет ВНИИТУВИД «Ремдеталь», «Исследовать и разработать технологию восстановления гильз цилиндров двигателей типа СМД-60 термопластическим обжатием с одновременной закалкой внутренней поверхности» 1999.- 98с.

30. Костюков А.Ю. Восстановление гильз цилиндров термопластическим деформированием в матрице.: Москва 2000г.

31. Артемьев Ю.Н. «Расчетные уравнения и таблицы» по курсу «Основы надежности сельскохозяйственной техники» М., 1978 г.

32. Митропольский А.К. «Техника статистических вычислений» М.,1971 г.

33. Калоша В.К, Лобко С.И, Никова Т.С. Математическая обработка результатов эксперимента. Минск: Высшая школа, 1982. - 103с

34. Хромов В.Н., Сенчуков И.К., « Упрочнение и восстановление деталей машин термо упруго-пластическим деформированием» Монография, Орел, ОГСХА, 1999г.

35. Ильин Л.Н. Основы учения о пластической деформации. М.: Машиностроение, 1980. - 150с.

36. Зб.Полухин П.И., Горелик С.С., Воронцов В.К. Физические основы пластической деформации: Учебн. Пособие для вузов. М.: Металлургия, 1982. - 584с.

37. Губкин С.И. Пластическая деформация металлов. М.: Металлургиздат, 1961, т.1,376 е., т.2,416с.

38. Колмогоров B.JI. Механика обработки металлов давлением. М.: Металлургия, 1986.-688с.

39. Третьяков А.В, Зюзин В.И. Механические свойства металлов и сплавов при обработке давлением. М. Металлургия, 1973. 224с.

40. Полухин П.И., Тюрин В.А., Давидков П.И., Витанов Д.Н. Обработка металлов давлением в машиностроении. М.: 1983. - 279с.

41. Мастеров В.А., Берковский B.C. Теория пластической деформации и обработка металлов давлением. М.: Металлургия, 1989. - 400с.

42. Чинарев Н.А, Кудрин А.Б. и др. Методы исследования процессов обработки металлов давлением М.: 1977. 312с.

43. Головин Г.Ф., Зимин Н.В. «Технология термической обработки металлов с применением индукционного нагрева"».

44. Пашков П.О. Пластичность и разрушение металлов Л.: 1950. - 259с.

45. Болтянский В.Н. Теория конструкция и расчет тракторных и автотракторныхдвигателей.

46. Селиванов А.И., Артемьев Ю.Н. Теоретические основы ремонта и надежности сельскохозяйственной техники. М.: Колос, 1978. - 248с.

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

48. Аскинази Б.М. Упрочнение и восстановление деталей машин электромеханической обработкой. М.: Машиностроение, 1989. - 200с.

49. Колесников В.П. «Восстановление посадочных мест корпусных автотракторных деталей местным нагревом с применением пластической деформации». Диссертация к.т.н. М.,1983 г.

50. Головин Г.Ф. «Остаточные напряжения и деформации при поверхностной высокочастотной закалке» М., Машгиз ,1962 г.

51. Кобрин М.М., Дехтярь Л.И. «Определение внутренних напряжений в цилиндрических деталях «.М., Машиностроение, 1965 г.

52. Колмогоров В.А. Напряжения. Деформации. Разрушение. М.: Металлургия, 1970.-230с.

53. Колмогоров В.Л., Богатов А.А., Мигачев Б.А. и др. Пластичность и разрушение. -М.: 1977.-336 с.

54. Громов Н.П. Теория обработки металлов давлением. Изд. 2-е, перер. и доп. М.: Металлургия, 1978.-359 с.

55. Лахтин Ю.М. Металловедение и термическая обработка металлов. М.: » Металлургия, 1983. - 360с

56. Головин Г.Ф. Остаточные напряжения и деформация при поверхностной высокочастотной закалке. Л.: Машгиз, 1962. -102 с.

57. Черноиванов А.И. Андреев В.П. «Новые технологические процессы и оборудование для восстановления деталей сельскохозяйственной техники.- М. Высшая школа, -1983.-90 с.

58. Шор Б.И. «Совершенствование технологии процесса восстановления поршневых пальцев тракторных и автомобильных деталей методом термопластического деформирования» дис.к.т.н. -М 1986.-207с.

59. Шепеляковский К.З. Метод измерения и регистрации температур и электрического режима при скоростном электронагреве, М.: 1954. - 16с

60. Шоршаров В.М., Тихонов А.С.,Булат С.И. и др. «Сверхпластичность металлических материалов». М.,Наука, 1973 г. -219 стр.

61. Гуляев А.П. Сверхпластичность стали. М.: Металлургия, 1982. - 56 с.

62. Кайбышев О.А. Пластичность и сверхпластичность металлов. М.: Металлургия, 1975.-280с.

63. Мастеров В.А., Берковский B.C. «Теория пластической деформации и обработки металлов давлением».М. Металлургия ,1989 г. -400стр.

64. Ункинсова Е. П., Овчинникова А.Г. «Теория пластических деформаций металлов» М. Машиностроение, 1983г. 597 с.

65. Меркулов Е , Гомзяков Б.Пластическое деформирование гильз.-Автомобильный транспорт, 1980, №9 с. 46.

66. Федюкин В.К. Смагоринский М.Е. «Термоциклическая обработка металлов и деталей машин».JL. Машиностроение, Ленингр. отд-е ,1989 г.- 255 с.

67. Штенберг М.М., Журавлев Л.Г., Поволоцкий В.Д., Пейсахов Ю.В. «О температурной зависимости предела текучести аустенитных сплавов, претерпевающих мартенситное превращение при деформировании». ФММ.1977 г.43 вып. 4,стр 786.792.

68. Головин Г.Ф., Замятнин М.М. Высокочастотная термическая обработка: Вопросы металловедения и технологии. 3-е изд. - Л.: Машиностроение, 1990. -239с.

69. Головин Г.Ф., Зимин Н.В. Исследование душевого способа охлаждения. -Промышленное применение токов высокой частоты. М. - Л.: Машиностроение, 1963.-е. 70-81 /Труды ВНИИ ТВЧ, вып. 4.

70. Головин Г.Ф. Остаточные напряжения деформации при поверхностной высокочастотной закалке. М.- Л.: Машгиз, 1962-102 с.

71. Головин Г.Ф., Зимин Н.В. Термическая обработка при индукционном нагреве. М.- Л.: Машиностроение, 1965. - 72с.

72. Сторожев М.В., Попов Е.А. «Теория обработки металлов давлением».Изд. 4-е,перераб. И дополн., учебник для вузов .М., Машиностроение ,1977 г. 424 с.

73. Смагоринский М.Е. Булянда А. А., Кудряшов С.В. «Справочник по термомеханической и термоциклической обработке металлов». С-Пб.: Политехника, 1992 г.- 416 с.

74. Головин Г.Ф. Остаточные напряжения, прочность и деформации при I поверхностной закалке ТВЧ.- М. Л.: Машиностроение, 1973.

75. Штейнберг С.С. Металловедение. Свердловск.: Металлургиздат. 1961. -420с

76. Артемьев Ю.Н. Основы надежности сельскохозяйственной техники. М.: Колос, 1973.- 162с.

77. Тельнов Н.Ф., Хромов В.Н. Гидротермическая раздача поршневых пальцев Механизация и электрификация сельского хозяйства. 1987. -№8, с. 15-16.

78. Костюков А.Ю., Совершенствование технологии восстановления гильз цилиндров // Ремонт, восстановление, модернизация. 2002.№9, с. 35-37

79. Вершинина Н.И. «Совершенствование технологии термической обработки гильз цилиндров дизельных двигателей на основе анализа их напряженно-деформированного состояния» Диссертация к.т.н.2000 -. 190с.

80. Асташкевич Б.М., Вершинина Н.И. и др. «Влияние остаточных напряжений в поверхностном слое на износостойкость гильз цилиндров» М. Металловедение и термообработка металлов, № 2,1993.83.3уев В.М. «Термическая обработка металлов» М Высшая школа 1986г.285с.

81. Башнин Ю.А., Ушаков Б.К., Секей А. Г. «Технология термической обработки» М. Металлургия, 1986г. 424с.

82. Металлография железа. -М. Металургия, 1972. т. Основы металлографии.-246с. .86. Рыбин В.В. «Большие пластические деформации и разрушение металлов". М.1. Металлургия 1986г. 223с.

83. Вершинина Н.И., Епархин О.М. и др. «Исследование возможности повышения стабильности магрогеометрии чугунных гильз цилиндров с помощью термообработки».М. Двигателестроение, № 8,1990.

84. Слухоцкий А.Е. «Индукторы» JI. «Машиностроение» 1989, 67с.

85. Глуханов Н.П. №Физические основы высокочастотного нагрева» JI. «Машиностроение» 1989, 55с.

86. Технологические процессы восстановления основных деталей двигателей А-41, А-01, ЯМЭ-238НБ, ЯМЗ-240Б / В.П. Лялякин, Ш.Г. Алиев, Е.И. Василькова и др. М.: ГОСНИТИ, 1987. 83 с.

87. Литовченко Н.Н . Раджабов Г.Г, Денисов В.И. «Восстановление изношенных деталей и антикоррозионная защита электродуговой металлизацией» М. «Знание», 1994 с. 69-72

88. Методы и средства активного контроля гильз цилиндров двигателей Д-50, СМД-14 при хонинговании / В.П. Лялякин, В.И. Черноиванов, С.А. Пискунови др. М.: ГОСНИТИ, 1978. 13 с.

89. Методические рекомендации по прогрессивным процессамхонингования при восстановлении деталей. М. ЦБНТИ, 1884, 32с.

90. Ширяев А.А., Костюков А.Ю., Бойченко А.Э. Финишная антифрикционная безабразивная обработка внутренней поверхности гильзи цилиндров блоков автотракторных двигателей.: Москва 1999.

91. Лялякин. В.П. Намаконов Б.В.»Антифрикционные покрытия гильз цилиндров». М. ЦНИИТЭИ, 1988. 4.1 88 с

92. Костюков А.Ю Хромов В.Н.Теоретическое обоснование величины усадки гильз цилиндров автотракторных двигателей при восстановлении их термопластическим деформированием в матрице. М.ВНИИТУВИД «Ремдеталь» 2003г

93. Патент Р.Ф.№ 2181649 Опубл. Б.И. №12, 27.04.2002 «Способ восстановления закаленных гильз цилиндров».

94. ЮО.Кочетов Э.И. «Восстановление и упрочнение деталей сельскохозяйственной техники диффузионным хромированием с применением термоциклической обработки». Диссертация к.т.н. 1992г. 208 с.

95. Унифицированная технология восстановления гильз цилиндров автотракторных двигателей в номинальный размер. М. Тракторы и сельскохозяйственные машины 2000 №12 (соавтор В.П. Лялякин

96. Ю2.Лялякин В.П., Пискунов С.А., Шинкевич В.А. Контроль твердости внутренней поверхности гильз цилиндров прибором 2018-ТР без их разрушения // Труды ГОСНИТИ. 1980. Т. 62. С. 108-119.

97. Методы и средства измерения твердости восстановленных гильз цилиндров двигателей СМД 14, ЯМЗ - 238 НБ, ЯМЗ -240.Руководящий технический материал РТМ 70.00009. 026-83.В.П.Лялякин, А.А. Идиатулин, Ф.Х. Бурумкулов. -М.: ГОСНИТИ, 1984г.-32с.

98. Наерман М.С. Методические рекомендации по финишным процессам механической обработки в ремонтном производстве. М. ЦБНТИ, 19082.-87с.

99. Ю5.Хартман К. Лецкий Э.К. Шеффер.В.А. Планирование эксперимента в исследовании технологических процессов. М. Мир, 1977. 552с.

100. Патент Р.Ф.№ 2181649 Опубл. Б.И. №12, 27.04.2002 «Установка для термической обработки полых цилиндрических изделий».

101. Евдокимов Е. Баранов В., Наместников А. Анализ отказов отремонтированных двигателей. М. Автомобильный транспорт. 1978. №8 с. 41-43.

102. Методика определения экономической эффективности использования в народном хозяйстве новой техники, изобретений и рационализаторских предложений М. ВНИИПИ, 1982г. 41стр.

103. Конкин Ю. А. Экономика ремонта сельскохозяйственной техники. М. Колос, 1978.-383с.

104. ПО.Методика определения экономической эффективности использования в народном хозяйстве новой техники, изобретений и рационализаторских предложений. М.: ВНИИПИ, 1982. - 41 с.

105. Костюков А.Ю. Совершенствование технологии восстановления гильз цилиндров. М. Ремонт восстановление, модернизация № 9.2002г.