Разработка технологического процесса восстановления блока цилиндров ЗИЛ-130

   Блок  цилиндров двигателя ЗИЛ-130 изготовлен  из серого чугуна СЧ 18-36.

Чугун - это сплав системы Fе - С, содержащий более 2,14% углерода и кристаллизация которого заканчивается образованием так называемого ледебурита. Чугуны относятся к литейным сплавам. Они обладают хорошими литейными свойствами: большой жидкотекучестью (способностью расплава  

свободно  течь в литейной форме, полностью заполняя ее и точно воспроизводя все контуры) и малой усадкой - уменьшение объема металла при охлаждении и кристаллизации невелико, что позволяет получать качественные отливки сложной формы. Углерод в процессе кристаллизации чугуна может выделяться в связанном (в виде карбида железа) состоянии и в свободном состоянии - в виде графита (Г). Графит - это аллотропическая модификация чистого углерода (другой модификацией является алмаз). Кристаллическая решетка графита - гексагональная, слоистая, что делает его малопрочным и мягким (твердость его НВ не превышает 3 единиц). В отличие от метастабильного цементита графит химически и термически стоек; плотность его составляет 2,5 г/см³. Темный цвет включения графита придает изломам таких чугунов характерный серый оттенок (серые чугуны). Процесс образования в чугуне включения графита называется графитизацией. Какой вид чугуна будет получен при кристаллизации расплава - белый (с цементитом) или графитизированный (с графитом) - определяется скоростью охлаждения.

     Классификация графитизированных чугунов весьма проста: вид чугуна определяется формой включений графита.

     Если графит имеет пластинчатую  форму, то чугун называется  серым. В высокопрочном чугуне графит имеет шаровидную форму, а в ковком - хлопьевидную.

     Серый чугун получается непосредственно в процессе кристаллизации с замедленным охлаждением; графит при этом имеет пластинчатую форму.

 В  зависимости от степени  графитизации может быть получена различная структура металлической основы (матрицы) серого чугуна: серый перлитный чугун со структурой П+Г, серый ферритоперлитный чугун со структурой Ф+П+Г; серый ферритный чугун со структурой Ф+Г.

   Механические свойства серого  чугуна как конструкционного материала зависят как от свойств металлической основы (матрицы), так и от количества, геометрических параметров и характера распределения включений графита. Чем меньше этих включений и чем они мельче, тем выше прочность чугуна. Металлическая основа в сером чугуне обеспечивает наибольшую прочность и износостойкость, если она имеет перлитную структуру. Наименьшей прочностью обладает серый чугун с ферритной основой. Относительное удлинение при растяжении серого чугуна независимо от свойств металлической основы практически равно нулю (δ≤0,5%).

    Наиболее высокими механическими  свойствами обладают модифицированные ферросилицием и силикокальцием серые чугуны. Модифицирование - добавка в расплав нерасплавляющихся измельченных частиц - обеспечивает измельчение графитовых включений.

  Различают следующие марки серого чугуна: СЧ-00, СЧ 12-28, СЧ 15-32, СЧ 18-36, СЧ 21-40, СЧ 24-44, СЧ 28-48, СЧ 32-52, СЧ 35-56, СЧ 38-60. Буквы СЧ обозначают серый чугун; первое число указывает минимально допустимый предел прочности при растяжении в кг/мм², а второе число – минимално

допустимый  предел прочности при изгибе в кг/мм² для данной марки чугуна.

  Чугун  по технологическим свойствам  относится к группе плохосвариваемых конструкционных материалов в связи с образованием технологических дефектов, обусловленных его химическим составом и структурой. Поэтому при выборе метода устранения дефектов в чугунных корпусных деталях необходимо учитывать следующие особенности: высокую вероятность образования трещин; возможность образования твёрдых закалочных структур при быстром охлаждении чугуна; при расплавлении чугуна может произойти местный переход графита в цементит, от чего металл в данном месте получает структуру твёрдого белого чугуна; в закалённых и отбеленных зонах металл имеет высокую твёрдость и поэтому плохо поддаётся механической обработке; возможность появления пористости шва, обусловленной окислением углерода и обильным образованием газообразной окиси углерода, которая не успевает полностью выделиться из металла при его быстром затвердевании, отчего шов получается пористым.

    С учётом этих свойств материала  и проанализировав недостатки  и достоинства каждого способа восстановления, выберем наиболее оптимальный и технологичный.

Таблица 2.1. Анализ альтернативных способов устранения дефектов блока цилиндров

Полимерные  композиции. Применение пластмасс при ремонте техники по сравнению с другими способами позволяет снизить трудоёмкость восстановления детали на 20…30 %, себестоимость ремонта на 15..20 и расход материалов на 40…50%. Пластическими массами называют материалы, изготовленные на основе высокомолекулярных органических веществ и спо собные под влиянием повышенных температур и давления принимать

определённую  форму, которая сохраняется в условиях эксплуатации изделия. Применительно к нашим дефектам применение полимерных композиций ограничивается тем, что они имеют низкую долговечность, кроме того возникнут трудности с их нанесением при ремонте гнёзд коренных

подшипников

Электролитическое натирание. Один из перспективных и экономичных способов восстановления посадочных мест под подшипники, втулки, гильзы корпусных деталей с износами, не превышающими 0,6 мм на сторону.

  Сущность способа заключается в следующем. В отверстие детали вводится нерастворимый анод, обшитый абсорбирующей тканью, и приводится во вращение. В образовавшийся рабочий зазор между тканью анода и поверхностью отверстия подаётся электролит, содержащий в растворе серную кислоту, соли закисного железа, цинка и марганца.

  Под действием  электрического тока на поверхности  отверстия образуется осадок  железо-цинкового покрытия. Величина  зерна покрытия, форма и ориентация  кристаллов, определяющие его свойства, зависят от температуры, состава электролита и плотности тока. Изменяя эти показатели, можно получить осадки сплава с микротвёрдостью в пределах 1400…1900 МПа.

  Недостатки  этого способа – это высокая  стоимость, трудоёмкость, требует специального оборудования.

Твёрдое железнение. Один из способов восстановления деталей гальваническими покрытиями. Железнение характеризуется хорошими технико-экономическими показателями: исходные материалы и аноды дешевые и недефицитные; высокие выход металла по току (85…95 %) и производительность – скорость осаждения железа составляет 0,2…0,5 мм/ч; толщина твёрдого покрытия 0,8…1,2 мм; возможность в широких пределах регулировать свойства покрытий (микротвёрдость 1600…7800 МПа) в зависимости от их назначения обусловливает универсальность процесса; достаточная износостойкость твёрдых покрытий; покрытия хорошо хромируются, что

позволяет при  необходимости повышать износостойкость  детали нанесением более дешёвого, чем хромовое, комбинированного покрытия (железо+хром).

  Недостатки  этого способа: высокая трудоёмкость  приготовления операции, наличие специального оборудования.

Механическая  обработка. Это одна из основных операций при восстановлении деталей. В ряде случаев её применяют как технологическую операцию, за которой следуют другие операции, восстанавливающие деталь.

  Применительно  к данной детали и дефектам позволяет полностью отремонтировать деталь без каких-либо дополнительных воздействий.

Рассмотрев перечисленные  выше способы восстановления выбираем следующие способы, как наиболее простые, дешёвые и не требующие специальных установок, кроме оборудования для механической обработки:

  Дефекта №1 – растачивание посадочного места с последующей установкой кольца на эпоксидном компаунде.

 Дефект №2 и №3 – восстановление за счёт конструкторско-технического резерва детали, т.е. фрезерование плоскостей разъема крышек коренных подшипников и последующим растачиванием отверстий до номинального

размера. При  этом заодно растачиваются отверстия  под втулки распределительного вала в диаметр больше номинального на двойную величину смещения коленчатого вала.

Дефект №4 Запрессовка  новых втулок с последующем развертыванием, шероховатость поверхности 8-го класса.   

2.2. Разработка  структуры маршрутного технологического процесса

  На этом этапе проектирования обосновывается последовательность операций устранения дефектов, составляющих маршрут. Для этого сначала составляют план операций устранения на каждый дефект. Затем производят объединение поддефектных технологий в единый технологический процесс, руководствуясь при этом принципами концентрации и деференциации. В условиях единичного производства, используют универсальные станки, операции стремятся сделать максимально концентрированными. Весь разработанный маршрутно-технологический процесс описывается в маршрутной карте, включая контроль и перемещение детали по всем операциям в технологической последовательности с указанием данных об оборудовании, оснастке трудовых нормативов в соответствии с установленными формами.

 Структуру  маршрутно-технологического процесса  представим в виде таблицы 2.2.1 
 
 
 
 

Таблица 2.2.1 Формирование структуры маршрутно-технологического процесса.