автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Восстановление зеркала гильз цилиндров двигателей совмещенным процессом растачивания и поверхностного пластического деформирования

ХАРЬКОВСКИЙ ИНСТИТУТ МЕХАНИЗАЦИИ И ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

РГо ОЛ

На правах рукописи

;;; ь-л: ь:.:;

Аветисян Виктор Казарович

УДК 621.941:787.4:539

ВОССТАНОВЛЕНИЕ ЗЕРКАЛА ГИЛЬЗ ЦИЛИНДРОВ ДВИГАТЕЛЕЙ СОВМЕЩЕННЫМ ПРОЦЕССОМ РАСТАЧИВАНИЯ И ПОВЕРХНОСТНОГО ПЛАСТИЧЕСКОГО ДЕ£ ОРМИРОВАНШ

Специальность: 05.20.03 - Экоппуатация, восстановление и ремонт сельскохозяйственной техники

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Харьков 19&3 г.

Работа выполнена на кафедре "Ремонт машин" Харьковского института механизации и электрификации сельского хозяйства

Научный руководитель Научный консультант Официальные оппоненты

Ведущее предприятие

- кандидат технических наук, доцент Сидашенко А.И.

-кандидат технических наук, профессор Ермолов Л.С.

- Член-корреспондент ИА Украины, заслуженный деятель науки и техники Украины, доктор технических наук, профессор Анилович В.Я.

- кавдидаг технических наук, доцент кафедры технологии металлов и материаловедения ХАдИ Кодомлец В.В.

- Областное производственное объединение Харьковагротех-ника

Защита диссертации состоится "30 " ^ьес^ог сУ&м 1953 г. час -00 мин на заседании специализированного Совета

К 120.38.01 Харьковского института механизации и электрификации сельского хозяйства - адрес: 310078, г. Харьков-78, уд. Артема,

чч.

С диссертацией иокно ознакомиться в библиотеке института. Автореферат разослан г.

Ученый секретарь спец;-,агг.зигозанного Соэе13

) (Г

Ермолов Л.С.

в

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА. РАБОТЫ

Акгуальноогь работы. Долговечность двигателя в значительной 5гепени зависит от износа деталей цилиндро-поршневой группы, в lacTHocTH, гииьз цилиндров, определящнх в значительной мере его ресурс.

Стойкость гильз .цилиндров, заменяемых ежегодно для поддержания работоспособности только тракторных и комбайновых двигателей превышает 30 млц.рублей Спо ценаи IS9I г.). Из общего количества расходуемых рияьз цилиндров повторно используется менее И Б этой связи следует, что массовое и высококачественное восстановление гильз цилиндров - задача большой важности.

Актуальность применения комбинированного способа обработки гидьз цилиндров и проводимых исследовании подтверждается тем, что эта работа по нашему аредяокенис вклвчена в Государственнус программу повышения надежности и эксплуатационных показателей машин и оборудования для АДЯ за счет прогрессивных технологий по Министерству машиностроения военно-промышленного комплекса и конверсии.

Цель работа. Разработка технологии восстановления зеркала цилиндров совмещенным процессом растачивания и поверхностного пластического деформирования (ГЩ)» позволяющая значительно повысить качество восстановления и производительность процесса.

Объект исследования. Технология восстановления зеркала цилиндров двигателей Д-Э7, Д-IVt и их модификаций совмещенным процессом растачивания и поверхностного пдасгичйркого деформирования (Ш1Д),

Научная новизна. Разработан шпиндель, комбинированная головка специальной конструкции для восстановления зеркала цилиндров совмещенным процессои растачивания и Ш!Д и устройство для крепи*-

»ii if чт

п;я их при восстановления.

Получена скскнткческая зависииость дм расчета йппаничеекой кесгиостн шгицдедл а коибнакдоваваоя рошзкой» созиояяюцая.. пра конструпрсьацни ссиастки, прогнозировахь точность обработки щшш ров.

Гстанов лены »снозия получения износостойкого скол еа поверх-носги цилиндров при ЯПД»

Прздпокеа способ мссгаиозления внутренней поверхности гииьз цилиндров auготракторных двигателей (а.с» D 1555100).

Практическая ценность. Разработана технология Еосотановлеывд цилиндров оивиещенпыа процесс ou растачивания п ППД, Разработан-пая ccusoïnû iï вкбрзшьш сптииасьнь'с рэшшц ctipatíomi аозвоияпт повысить прокзвсдитЕцшссть' процесса и 7-8 pas- к сыачигелыго гш-быоить качестве воссганоЕсеакя цпвквдроо» Изпсз цквявдрос в вой эксплуатации, ьссстаноБЕепних предяагаекии опсссбса, с 1,5 раза неньае по сравнение о '¿сссганезташшгл рстачквапкеа с псс-ледувщии лСшшгоЕацкэа»

Реализация результатов иссдедодакия. Результаты работы внедрены в Богодуховскои районном арендном предприятии по производственному и иатериально-техническому обеспечение предприятий, организаций и хозяйств АПК и в Старооаятсвскои РТП Харьковской области.

Апробация работы» Результаты исследований докладывались на конференциях профессорско-преподавательского состава ХИМЭСХ (¡1983-1992 г.г.). Полная оснастка дм восстановления зеркала цилиндров совмещенный процессом растачивания и ППД дековегриро-валась на ВДНХ СССР в 1985 году, где пофчияа бронзовую 'и еда ль.

Публикации. По натериалам диссертации опубликовано семь работ, получено авторское свидетельство. 1 -

Огру.чтут ч ойьеи диссертации. Диссертация о сотой? из я в зле-шя, пяти глав, обешк выводов» описка использованных коуэчншшв : припоя <- Работа иэлояепэ на!75 страницах ндиниопнсного гз-сота„ содерни? 30 рисунков, 0 таблиц, бибгиогрз«з 134 паимз-ювапия.

ССДЕРШИЗ РАБ ОХИ

I. Созтоянна попооаа,. щмь »задачи кооаелораииП. Анализ при-ттетх оноообоя восстановления гипьз цилиндров, котоемк привода в яорвоя главе» показа я, что боаызйзсгзо'из тгл либо грудо-5М1Ш, анбо дороги, май пз удоваетзорявг аредъязяяекаи требовании» ю качготву и «зиссоотоакооти. Дм повиаеоия дозгоаечаезги «и-шядроз двигагаяой п востояцоо врзкя оупзотвуз? рэзамчнно иагоды: :оаотрук?ивиыз, эксясуатапиошшз, тноаогичеоказ. Автором врод-хоаеяо гехвовогичсокоо рзцегша эгоЗ задачи.

ОапозоЗ при разработка прздязгазноЯ тгхпозогиц оду ннзи тдоги учеянх Лзглзвл Л.Л», НнеЛдврл Э.Г., Рыбакова Л.01» йроскурлко-за а.г.

3 соотватотвил о аоотавлвшюЛ цеяьа определены одздусцие за-шчн:

1. Разработать тсорегячеышг пояо-ленил доотивеиия высокого ка-юства восстановления зеркала цилиндров.

2. Разработать способ восстановления зеркала цилиндров и тех-гояогическуэ оснастку дал реализации разработанного способа.

3. Провести экоперяментааьвую проверку и доводку способа с дельэ определения оптика дышх _реаиыов обработки.

4. Провести стендовые и эксплуатационные испытания цилиндров, эосстановленных разработанный способом.

- б -

5. Внедрить разработанную технологию на ремонтных предприятиях и дать технико-экономическую оценку эффективности предлагаемой технологии восстановления цилиндров двигателей.

2. Теоретическое обоснование технологического процесса восстановления зеркала цилиндров и параметров его реаииа. Наибольшее влияние на точность формы восстановленной поверхности зеркала цилиндров оказывает погрешность обработки; обусловленная упругими деформациями от сия резааия. Характерной особенностью поверхности цилиндров является её неравномерный износ как по длине, гак и по диаметру. Непрерывное изменение глубины резания вызывает колебание величины и направления усилия растачивания, которое, в свою очередь, приводит к изменению величины упругих перемещений звеньев технологической системы: станок-приспособление -- инструмент - деталь. Зти перемещения составляют основной источник возникновения погрешностей формы восстановленных цилиндров. Основным фактором, влияющим на погрелшость формы, физико-механические свойства и шероховатость поверхности,является жесткость технологической системы. Технологические системы, в зависимости от их жесткости по разному сопротивляются действию на них сил резания и ПОД. При одинаковых силах и в конструктивно одинаковых системах перемещения могут получаться различными, ввиду различной жесткости систем. Общий метод определения кесгкооти технологической системы заключается в установлении наибольшей величины суммарного перемещения режущей кромки инструмента относительно детали при действии определенной силы резааия. Модель вибраций шпинделя с комбинированной головкой монет быть представлена в , виде однопролетной балки (рис. I) на шарнирных опорах под действием нагрузки,определяемой силой, действующей на резец при растачивании цилиндров.

Схема сия, действующих на ипиндель о головкой

Р*

Р/

ФЛ

Я

Рис. I

Наибольшее влияние на перемещение шпинделя о комбинированной головкой оказывает радиальная ¿оставляющая усилия растачивания. Для раочегов использовали максимальнее величину усилий растачивания, равнув . '

таос '

где \ - максимальная окорооть растачивания, м/мин; б - оптимальная подача, мм/об;

максимальная глубина растачивания, им. Затем определяли величину по формуле

Кс-С-г

0,-17*5

1 таас

где К0 - коэффициент сжатия;

С - линейный эксцентриситет, мм;

£ - относительный эксцентриситет эллипса (вследствие неравномерного изнашивания цилиндров по диаметру);

t-max" максимальная глубина растачивания, мм. Коэффициент сжатия и линейный эксцентриситет определяли по Ь ори у лам

К

о

"57 ; С=11<~Ь* '

где а» - большая полуось эллипса изношенного цилиндра, мм;

- малая полуось изношенного эллипса цилиндра, мм. Относительный эксцентриситет эллипса определяется соотношением

Ж

ai

Перемещение режущей кромки инструмента под действием радиальное составляющей силы резания имеет вид

Ч (X.t)- Я „ОТ. (Х)+ ^ (0C,t),

где ¡jcraT (х) "" статический прогиб, мм; yeuH(cc,t)- динамический прогиб, им. Схатичеокий прогиб шпинделя с комбинированной головкой определяется подформуле:

JTm х2 ЗГшж . ^ sin a bW a

a Z-—-»

I стат. ¡Ji-ljU d

m4

гДе Pma* - максимальная величина радиальной составляющей силы растачивания, И;

ju - погонная масса вала шпинделя с комбинированной гадов-

коп, Н/н;

а - расстояние от начала вала шпинделя до шариков для поверхностного пластического деформирования, и; эс ~ половина длины вала шпинделя, м; ссг - длина вала шпинделя, и; т - индеко суммирования;

Е - модуль упругости материала вала шпинделя,

т 4

1 - момент инерции сечения вала, и .

Для резонансного значения в точке, соответствующей пучности амплитуды, динамический прогиб равен

., ?е> _ 5" та ос ц

Зэин ~ ^ '

еде у - коэффициент внутреннего трения материала вала.

Метод расчета прогибов вала шпинделя с комбинированно,! го дойкой позволяет выбирать его конструктивные параметр« с ценно получения достаточно высокой «есгяости, а следовательно и влсолсл точности обработки цилиндров. Выполненные расчеты в статическое и динамическом режимах работы шпинделя с .комбинированно.! головкой показали,, что резонансные ре&имы характеризуется существенно большей амплитудой колебаний в сравнении со статической и поэтому являются нежелательными, в связи с возможностью больших отклонений точности геометрии обработанной поверхности ог технических требований. Уменьшение динамической составляющей общего смещения шпинделя в рабочем реййче било достигнуто путей угелич:-ния резонансной частоты колебаний на порядок по сравнения о рабочей (внутренней) частотой колебании, за счет ужесточении

- 1С -

шпинделя с головкой в приемлемых пределах, в результате чего амплитуда колебаний в рабочем рекиие стала близка к отатической деформации.

Выполненные расчеты показывает, что рабочая частота колебаний О) « 251,2 с"*1, резонансная частота колебаний (£> в 2 -I

« 35 • 10 с , амплитуда колебаний шпинделя с головкой в рабочем рекиие дин в 59,2 • Ю"'* ми, статическая деформация ^ ст » 0,9 • КГ4 ни.

3. Программа и методика экспериментальных исследований. В третьей главе программа экспериментальных исследований предусматривала:

1. Разработку, изготовление и исследование шпинделя с комбинированной головкой.

2. Разработку, изготовление и исследование устройства для крепления цилиндров при их восстановлении.

3. Исследование геометрических параметров и физико-неханич&-ских свойств восстановленной поверхности цилиндров:

погрешности формы (овальность, конусность, отклонение размера);

шероховатости;

микротвердости;

остаточных напрявений сжатия.

Исследование процесса приработки и изнашивания цилиндров (стендовые испытания).

5. Зксплуатационныз испытания двигателей с цилиндрами, восстановленными по предлагаемой и существующей технологиям.

Для проведения исследований испопьзовалаоь экспериментальная установка (рис. 2) на базе вертикального одношпиндельного отде-почно-расточного станка модели 2Е78П, оснащенная шпинделем с ком-

бинированной головкой специальной конструкции, работавшее от гидростанции. Определение овальности, конусности, отклонение размера производилось нутромером НИ 100-160 ГССТ 866-82 о индикаторнои головкой часового типа 2ИГМ ГОСТ 9696-61 с ценой деления 0,002 мм.

Шероховатость обработанной поверхности замеряли профиломет-рои-профилографои модели 201.• Профилограммы обрабатывались на приборе П0БД-12.

Общий вид экспериментальной установки

I - вертикально-расточной станок; 2 - шпиндель специальной конструкции; 3 - комбинированная головка специальаой конструкции; 4 - устройство для крепления цилиндров специальной конструкции; 5 - шланги высокого давления.

Рио. 2

Ыикротверцость и глубину наклепа определяли микротвердомером IIMT-3 согласно ГОСТ 9450-76. Металлографический анализ производился на микроскопе МИМ-8 в соответствии о ГОСТ 10243-75. Внутренние напряжения изучались по методике Н.Н.Давыденкова.

Сравнительные стендовые испытания цилиндров проводились на двигателях Д-144 на обкаточно-ториозном стенде Ktt-2H8. При стендовых и эксплуатационных испытаниях на двигатель устанавливали два цилиндра8 восстановленные растачиванием о последующим хонин-гованием и два - восстановленные совмещенным процессом растачивания и ГШ Д. Износ сопряжения "цилиндр-кольцо" определяли методом вырезанных лунок по ГОСТ 17534-72. Лунки нарезали и замеряли о помощью прибора УПОИ-б (965).

4. Результаты экспериментальных исследований и их анализ. Исследования иикротвердооти по глубине (рис. 3) в зависимости от усилия ПОД показывают, что наибольшая глубина проникновения ППД составляет 0,35 мы, а микротвердость увеличивается на 64 % при усилии поверхностного пластического деформирования 2,5 МПа.

Для установления степени влияния основных факторов и их взаи-* модействия на величину шероховатости поверхности цилиндров был

з

реализован полный факторный эксперимент ПФЭ2 . Значения исследуемых факторов :. х^- скорость растачивания и ППД, м/мин; Хг- подача, мм/об;OCj. усилие ППД, МПа.

Функция отклика ^ - шероховатость поверхности цилиндров rü,mkm.

Исследуемый процесо описывается уравнением регрессии

Ц = 0,33+ D.0075 ос, + 0,006 Хг -0,(Н?5Х3- 0,006 0,005 0С123.

Наибольшее влияние на исследуемый параметр оказывает усилие

ППД.

Изменение микротверцости по глубине цилиндра

при усилии ПДД: I - 1.0 МПа; 2 - 1,5 «Па; 3 - 2,0 МПа;

4-2,5 Ша

Рис. 3

Экспериментально установлено, что наилучшие результаты по шероховатости (рис. 4 а) и точности геометрической формы цилиндров получены при следующих ревимах процесса.

Скорость растачивания и ППД у « 395,64 и/нкн (1200 об/мкн).

Подача 5 ■ 0,05 мм/об. .

Величина усилия ППД Р - 2,5 Ша.

Шероховатость поверхности при зтом леиит в пределах К ■ 0,32 мкм, а овальность и конусность не более 0,02 мм. При стендовых испытаниях износ цилиндров, восстановленных предлагаемым спосо-

бои, по оравневип о восстановленными растачиванием с хонингова-ниен, уменьшился в 1,7 раза. Уменьшение износа можно объяснить уцрочнениеи поверхностного сдоя при ППД и применением более совершенной оснастки, позволяющей повысить точность геометрической формы цилиндров при обработке и уменьшить шероховатость поверхности.

Профидограммы шероховатости цилиндров

е - ь 1

V 1 1

ч.

а) - расточенного с совмещенных процессом ППД

б) - расточенного с последующим хонингованием Рис. Ч

Металлографический анализ (рис. 5) также указывает на упрочнив поверхностного слоя цилиндров, восстановленных совмещен-и процессом растачивания и ЛЯД.

При определении и сравнении величин остаточных напряжений го рода, тангенсиальных и осевых в хонингованных и восстанов-нных совмещенным процессом растачивания и ППД видно, что у ци-ндров, восстановленных совмещенным процессом растачивания и Ц на внутренней поверхности преобладают снимающие напряжения, а конингованных - растягивающие.

Результаты сорокачасовых стендовых испытаний двигателей по->али, что средний износ цилиндров (рис. б), восстановленных ¡тачиванием с последующим хонингованием составил 13,5 мкм, а

Микроструктура упрочненного с поя поверхности цилиндра

Ставлено х 70)

Рис. 5

Зависимость износа цилиндров от времени работы

ио'м» н

а

ю

в

е

4

г

о

I - восстановленный растачиванием с последующим хонингованием; 1 - серийный; 3 - восстановленный совмещенным процессом растачивания и ППД

Рис. 6

--г

V/.

I.

—] с—1 1 ""> 1-1 |

/// 1--- — \>.

(

з,о п 0 го 15 зо и но Тч

восстановленных совмещенным процессом растачивания и ППД - 7,7 икм, что на 53 % меньше, чем износ хонингованных.

Средний износ компрессионных колец (рис. 7), работавших в паре с цилиндрами, восстановленными растачиванием с последующим хонингованием составил 50,2 мкм, а с цилиндрами, восстановленными совмещенным процессом растачивания и Ш1Д - 45,5 мкм, то-есть во втором случае износ колец в 1,1 раза меньше.

О 5,0 <0 (5 го 25 30 35 НО Т,Ч.

I - кольцо, работавшее в паре с цилиндром^ восстановленным растачиванием с последующим хонингованием; 2-е серийным; 3 - восстановленным совмещенным процессом растачивания и ППД.

Рис. 7

Эксплуатационными испытаниями установлено, что износ цилиндров, восстановленных совмещенным процессом растачивания и ППД в 1,5 раза меньше износа цилиндров, восстановленных растачивание о последующим хонингованием. ■

Зависимость износа колец от времени работы

/ J __2

Чз

5. Технологический процесс восстановления цилиндров. Рекомендации производству. Экономическая эффективность процесса. Цилиндра двигателей Д-37, Д-144 и их модификации при ремонте восстанавливаются на один ремонтный размер. Восстановление цилиндра на ремонтный размер заключается в растачивании с одновременным поверхностным пластическим деформированием.

При восстановлений зеркала цилиндров двигателей Д-37, Д-144 для внедрения в производство рекомендуется шпиндель специальной конструкции со съемными комбинированными головками для растачивания и одновременного ППД. Для повышения точности обработки предлагается устройство специальной конструкции для крепления и центрирования цилиндров при их обработке. Следует применять ре-кии обработки: скорость обработки 355,64 м/иин (1200 об/мин); подача - 0,05 мм/об; глубина резания - межремонтный интервал цилиндров с учетом припуска на поверхностное пластическое деформирование, равное 0,02-0,04 мм; усилие ППД - 2,5 МПа.

Годовой экономический эффект от внедрения предлагаемого процесса для Старосалтовского РТП при программе 10 ООО цилиндров в год составит 5 385 ООО крб. Кроме этого, применение предлагаемой технологии восстановления цилиндров двигателей позволяет увеличить межремонтный ресурс двигателя. В целом годовой экономический эффект составит 7 219 690 крб., что на один цилиндр составляет, примерно, 722 крб.

общие вывода

£. Существующие способы восстановления зеркала цилиндров не обеспечивают нормативного посяеремонгного ресурса и имеет невысокую производительность процесоа. Проведенные исследования показали, что использование технологии восстановления зеркала ци-

ливдров совмещенным процессом растачивания и поверхностного пластического деформирования позволяет повысить качество восстановления цилиндров и производительность при ремонте в 7-8 раз.

2. Разработаны конструкция шпинделя о комбинированной головкой и уотройотво для крепления и центрирования цилиндров, позвси ляющие реализовать предложенный способ восстановления. Оптимальные параметры технояогического процесса: скорость растачивания

и ППД V ■ 395,64 н/иин; подача 8 - 0,05 ми/об; усилие ППД Р » 2,5 НПа; припуск на ППД 0,02-0,04 мм.

3. Лабораторные исследования показали, что восстановление цилиндров совмещенный процессом раотачивания и ППД позволяет получить шероховатость, отвечающую техническим требованиям, сжимающие оотаточные напряжения и увеличить микротверость поверхности на 64 %.

■ 4. Стендовыми и эксплуатационными испытаниями установлено, что изноо цилиндров, восстановленных совмещенным процессом растачивания и ППД уменьшается в 1,5-1,7 раза по сравнению с расточенными и хонингованными, а изноо поршневых колец, работавших в паре о ними, уменьшается в 1,0-1,1 раза. Соответственно уведи-' чиваетоя послеремонтный ресурс двигателей.

5. Годовой экономический эффект от внедрения предлагаемой технологии и оонастки при программе 10 ООО цилиндров в год в Старосалтовском РТП по сравнение о существующей технологией в РТП составит 5,4 мля.крб. Народнохозяйственный экономический эффект, учитывающий увеличение реоурса цилиндров, ооотавит 7,2 мян. крб.

По теме диссертации опубликованы следующие основные печатные работы:

I. В.К. Аветисян, Н.И.Глазьев. Исследование влияния глубины

резания ротационсын резцои при растачивании автотраиорнш: гидьз па шероховатость поверхности. - В cd.и.тр. 1ЩЗП: Бозошюзвенио деталей сельскохозяйственной техники ицдустриальныш иетадаши

2. Н.С.Пимпешсо, И.ЩГаазьсв, Б.Е.Аветисян. Устpofloriio для восстановления цилиндров автотракторных двигателей и с радо s-ва автоматизации процеоса, /Проспект es ВДНХ ССОР. П., 1934.

3. В.Н.Аветизян, П.И.Глазьев. Наследование впня вил скоростл и подачи на шероховат со ть поверхности цилиндров авгоаоб.гльцш: . двигателей при их растачивании ротационный« реэцзин. В об.цдр, ШЕЮШ Прогресснаиые таояогичеекна способа и процвзоы воооа'а« новпения деталей с.«х. техники. П., IS3-'».

4. В»К.Авоиюяв, П.И.Глазьев. Диализ коногрукдиа еошох дял раогачиваииа и одцовреиеапого ППД цишшдроз овтрзвяораах двигателей« В об.п.тр. ШКОД: Технология позиыецщ долгозечцезга деталей. П., I9Ü5.

5. В.К.Аветнсяп, В.А.Баиткоьский, Н.Н.Ггазьев п др» Соараиа::-ныр и перспективные способа восотааовйвния деталей ооашюлоэяа-ственноз техники. Харьков: Ротапринт ВШШТэлектроуао, ISQ9.

6. A.c. Sä X555I0 (СССР). Способ воостаиоваения виутраниеО поверхности гиаьз цилиндров автотракторных двигатзпей /В.£.Авсги-» сян, С.П.Никитин, Н.В.Спойовокий, В.Е.Федорзнко. Опубл. в Б.П» I9S0 EJ 13.

7. В.К.Аветисяа, А.И.Сидашзнко, В.М.Монах, А.Л.Зборценко, . Разработка технологии ремонта гильз цилиндров двигателя.ЗИЛ-* 130. Инв. № 0290.0 018564, номер гос.регистр. 01.86.0 032030.