Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям
СЛАВНЕНКО Владимир Петрович СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ КОРЕННЫХ ОПОР БЛОКОВ ЦИЛИНДРОВ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
05.22.10 - Эксплуатация автомобильного транспорта
Автореферат диссертации на соискание учной степени кандидата технических наук
Оренбург - 2012
Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Оренбургский государственный университет (ОГУ).
Научный руководитель - доктор технических наук, профессор Филатов Михаил Иванович
Официальные оппоненты: Кулаков Александр Тихонович, доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО Камская государственная инженерно-экономическая академия, заведующий кафедрой эксплуатации автомобильного транспорта;
Якунин Николай Николаевич, доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО Оренбургский государственный университет, заведующий кафедрой автомобильного транспорта Ведущая организация - ФГБОУ ВПО Саратовский государственный технический университет им. Гагарина Ю.А.
Защита состоится 29 мая 2012 г. в 15:30 на заседании диссертационного совета Д 212.181.02, созданного на базе ФГБОУ ВПО Оренбургский государственный университет, по адресу: 460018, г. Оренбург, пр. Победы, 13, ауд. 6205.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО Оренбургский государственный университет.
Автореферат разослан апреля 2012 г.
Учный секретарь диссертационного совета В.И. Рассоха
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. В возрастной структуре грузовых автомобилей семейства КАМАЗ по Российской Федерации и Приволжскому федеральному округу соответственно 81,0 % и 82,6 % состава имеют срок службы свыше лет, что свидетельствует о том, что двигатели внутреннего сгорания (ДВС) этих автомобилей требуют дополнительных затрат на поддержание их в работоспособном состоянии.
Результаты научных исследований и многолетняя практика показывают, что ресурс ДВС в значительной степени определяется конструкторскотехнологическими параметрами его базовой и самой дорогостоящей части - блока цилиндров. Несоосность коренных опор, смещение перпендикулярности оси цилиндра к оси коренных опор приводят к интенсивному изнашиванию деталей кривошипно-шатунного механизма. Двигатели КАМАЗ направляются в капитальный ремонт по причине износа деталей кривошипно-шатунного механизма в 78 % случаев, из них 43 % приходятся на износ коренных опор, 35 % - на износ деталей цилиндро-поршневой группы.
В то же время, качество восстановления ДВС не удовлетворяет требованиям потребителя по параметру послеремонтной наработки. Так, межремонтная наработка восстановленных блоков цилиндров не превышает 0,4 от величины наработки новых, что свидетельствует о низком качестве их восстановления. На поддержание работоспособности послеремонтных двигателей потребляются значительные трудовые, материальные и природные ресурсы.
Качество восстановления блока цилиндров ДВС может быть повышено применением в коренных опорах покрытий из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом (ВЧШГ), имеющего физико-механические свойства, сравнимые со свойствами высококачественных сталей, с сохранением свойств, присущих чугунам, через промежуточный слой химически осажднной меди. Вместе с тем, в известных публикациях отсутствуют данные об экспериментальных исследованиях эксплуатации коренных опор, восстановленных электроконтактной приваркой (ЭКП) покрытия из ВЧШГ.
Поэтому тема исследования, направленного на углубление знаний о процессах старения и восстановления изношенных поверхностей и обеспечение требуемого уровня послеремонтной наработки блоков цилиндров за счт восстановления несущей способности коренных опор, является актуальной.
Цель исследования - повышение послеремонтной наработки ДВС за счт предлагаемой технологии восстановления несущей способности поверхностей коренных опор блока цилиндров.
Для достижения цели поставлены и решены следующие основные задачи:
1) разработка математической модели накопления повреждений в коренных опорах блока цилиндров ДВС в эксплуатации;
2) выявление связей прочностных свойств восстановленных поверхностей коренных опор блока цилиндров ДВС со свойствами материалов покрытия, промежуточного слоя и параметрами режима ЭКП;
3) разработка технологии восстановления несущей способности поверхностей коренных опор блока цилиндров за счт увеличения площади контакта покрытия с основой через промежуточный слой методом ЭКП;
4) разработка методики оценки послеремонтного ресурса восстановленных коренных опор блока цилиндров на основе прочностных и металлографических исследований.
Объект исследования - процессы накопления повреждений и восстановления коренных опор блока цилиндров ДВС.
Предмет исследования - закономерности процессов накопления повреждений и восстановления потенциала работоспособности коренных опор блока цилиндров ДВС.
Методы исследования - методы математического моделирования, математического планирования эксперимента, статистической обработки экспериментальных данных.
Научную новизну составляют:
1) математическая модель изменения линейных размеров и прочностных свойств поверхностей коренных опор блока цилиндров ДВС, позволяющая оценить срок наступления предельного состояния коренных опор;
2) выявленные связи прочностных свойств восстановленных поверхностей коренных опор блока цилиндров ДВС со свойствами материалов покрытия, промежуточного слоя и параметрами режима ЭКП, позволившие установить, что покрытие из ВЧ-60 через промежуточный слой химически осажднной меди, полученное на оптимальном режиме ЭКП (I = 16 кА; Р = 1,4 кН; tИ = 0,04 с.;
tП = 0,02 с.) имеет низкий уровень остаточных напряжений и прочностные свойства соединения, превышающие свойства основного металла: В = 10МПа; -1 = 270 МПа; 0,2 = 700 МПа; НВ 221-277; Е = 170-175 ГПа;
3) технология восстановления коренных опор блока цилиндров ДВС электроконтактной приваркой покрытия через промежуточный слой, позволяющая увеличить площадь контакта покрытия с основой и обеспечить требуемые значения несущей способности;
4) методика оценки послеремонтной наработки коренных опор блока цилиндров ДВС на основе прочностных и металлографических исследований.
Реализация результатов работы. Результаты исследований, а также предложенная технология восстановления несущей способности коренных опор блока цилиндров ДВС, позволяющая обеспечить послеремонтную наработку восстановленного блока на уровне нового, использованы на Стерлитамакском заводе по ремонту и изготовлению запасных частей Автозапчасть - филиале ГУП Башавтотранс при восстановлении блоков цилиндров двигателей семейства КАМАЗ.
Основные положения, выносимые на защиту:
- математическая модель механизма изменения линейных размеров и прочностных свойств поверхностей коренных опор блока цилиндров ДВС в эксплуатации, позволяющая оценить срок наступления предельного состояния;
- уравнения связи прочностных свойств восстановленных поверхностей коренных опор блока цилиндров ДВС со свойствами материалов покрытия, промежуточного слоя и параметрами режима ЭКП;
- технология восстановления коренных опор блока цилиндров ДВС электроконтактной приваркой покрытия через промежуточный слой, позволяющего увеличить площадь контакта покрытия с основой и обеспечить требуемые значения несущей способности;
- методика оценки послеремонтной наработки коренных опор блока цилиндров ДВС на основе прочностных и металлографических исследований.
Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались и были одобрены на: IX Российской научно-практической конференции Прогрессивные технологи в транспортных системах (Оренбург, 2009); международных научно-практических конференциях Инновации в транспортном комплексе. Безопасность движения. Охрана окружающей среды (Пермь, 2010) и Прогрессивные технологии в транспортных системах (Оренбург, 2011); заседаниях научно-технического совета транспортного факультета ОГУ (2010, 2011).
Публикации. Основные положения и результаты диссертации изложены в 6 публикациях, в том числе в 3 статьях в рецензируемых научных журналах.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 152 страницах текста и состоит из введения, пяти разделов, содержащих 46 рисунков и 23 таблицы, общих выводов и списка использованных источников из 136 наименований.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность темы, определены цель, объект и предмет исследования, сформулированы положения, выносимые на защиту, определены их научная новизна и практическая значимость, приведены сведения об апробации и внедрении результатов работы, дан краткий обзор структуры и объма диссертации.
В первом разделе приведены результаты анализа работы деталей автомобильного ДВС, рассмотрены типичные отказы блока цилиндров, проведн литературный обзор применяемых способов восстановления блоков цилиндров.
В основу проведения исследований в области капитального ремонта агрегатов автомобилей положены труды В.П. Апсина, Л.В. Дехтеринского, И.Е. Дюмина, В.В. Ефремова, К.Т. Кошкина, Г.А. Малышева, В.М. Михлина, А.И. Селиванова, В.А. Шадричева и других учных. Проблемы повышения послеремонтной наработки техники исследовали А.Н. Батищев, Ф.Х. Бурумкулов, П.А. Власов, Е.Л. Воловик, А.С. Денисов, Л.В. Дехтеринский, А.В. Котин, Г.В. Крамаренко, Е.С. Кузнецов, В.В. Курчаткин, П.П. Лезин, В.М. Михлин, Л.К. Челпан, З.И. Черноиванов, А.М. Шейнин и другие учные.
По результатам анализа известных публикаций выявлены наиболее вероятные причины повреждений коренных опор и факторы, влияющие на динамику накопления повреждений, сделано заключение о возможных путях повышения качества восстановления.
Следует отметить, что, несмотря на большое количество научных исследований, посвященных восстановлению блоков цилиндров автомобильных ДВС, предлагаемые технологии неэффективны и, согласно статистическим данным эксплуатационных и ремонтных предприятий, послеремонтная наработка блоков цилиндров не превышает 0,4 от наработки новых.
Анализ методов восстановления коренных опор показал, что одной из альтернатив существующим методам является электроконтактная приварка покрытия из высокопрочного чугуна через промежуточный слой химически осажденной меди. Данная технология имеет ряд преимуществ: высокую производительность; высокую стабильность процесса, не зависящую от квалификации исполнителя; сравнительно низкую энергомкость; отсутствие потерь присадочного материала; уменьшает зону термического влияния; не сопровождается световым излучением и газовыделением, сохраняет первоначальные свойств материала основы при обеспечении высокой прочности соединения.
В конце раздела сформулированы цель и задачи исследования.
Во втором разделе приведены результаты теоретических исследований процессов накопления повреждений в коренных опорах автомобильных ДВС, проведнных на основе анализа ремонтного фонда Стерлитамакского завода по ремонту и изготовлению запасных частей Автозапчасть - филиала ГУП Башавтотранс, с разработкой математической модели изменения линейных размеров и прочностных свойств поверхностей коренных опор блока цилиндров ДВС в эксплуатации, позволяющая оценить срок наступления предельного состояния.
Для анализа факторов накопления повреждений коренных опор проведены измерения их овальности и несоосности на 263 блоках цилиндров двигателей семейства КАМАЗ, поступивших в ремонт при наработке от 20 до 400 тыс. км.
В основу оценки динамики накопления повреждений коренных опор блока цилиндров положен метод энергетической оценки процессов.
Накопление повреждений коренных опор (изменение качества) при эксплуатации может быть представлено функцией (1) и графически (рис. 1):
А F(W), (1) где: А - комплексный показатель качества поверхности, учитывающий геометрические и прочностные параметры; W - энергозатраты на износ коренных опор в эксплуатации.
Уравнение, описывающее зависимость 1 на рис. 1, можно записать в виде:
W W eK eK A CW W W eK eK, (2) где КW - показатель степени, учитывающий нелинейность энергозатрат в эксплуатации;
СW - коэффициент свойств поверхности коренных опор:
CW CW1 CW, (3) где СW1 и СW2 - коэффициенты, учитывающие, соответственно, влияние геометрических и прочностных параметров качества поверхности коренных опор.
Значение СW1 определяется из уравнения:
x01 x02 x0i CW1 a1 a2 ... ai x1 x2 xi, (4) Рис. 1 - Зависимость показателя А качества погде: аi - весовые показатели, учитыверхности коренных опор от затрат энергии:
вающие влияние каждого из гео1 - теоретические энергозатраты на приработку метрических параметров на длии установившийся износ в процессе эксплуатации; 2 - реальные энергозатраты тельность работы поверхности ко- ренных опор; x0i - значения геометрических параметров, регламентированные нормативно-технической документацией; xi - фактические значения геометрических параметров.
Для СW2 справедливо аналогичное уравнение:
y1 y2 yi CW 2 b1 b2 ... bi y01 x02 y0i, (5) где: bi - весовые показатели, характеризующие влияние прочностных параметров на несущую способность коренных опор; y0i - допустимые значения прочностных параметров поверхности коренных опор; yi - фактические значения этих параметров на нагрузочных режимах.
Учитывая, что в процессе работы двигателя коренные опоры испытывают значительные нагрузки от сил давления газов в цилиндрах и от сил инерции возвратно-поступательно движущихся масс, причм в системе коренная опора - вкладыш действует ряд случайных факторов, реальная кривая 2 энергозатрат при эксплуатации отличается от теоретической.
Результаты анализа отказов двигателей семейства КАМАЗ показали, что износ коренных опор является следствием несоответствия допустимых и фактических затрат энергии на обеспечение требуемого качества технологических операций.
Коэффициент нелинейности энергозатрат КW характеризует режим работы двигателя в период эксплуатации, полученный по результатам обработки данных GPS-датчиков для 2503 автобусов НЕФАЗ ГУП Башавтотранс, оснащенных двигателями КАМАЗ-740 и CUMMINS 6LISBe-210. Параметры режима:
холостой ход - 30 %; разгон - 44 %; установившееся движение - 20 %; торможение двигателем - 6 %.
Коэффициент нелинейности энергозатрат КW определили как отношение:
TУСТ ТТОРМ. ДВ КW , (6) ТРАЗГ где: ТУСТ - время работы наблюдаемых двигателей на установившихся режимах; ТТОРМ. ДВ - время работы на режиме торможения двигателем; ТРАЗГ - время работы в режиме разгона. Расчтное значение КW = 0,590.
Так как комплексный показатель А учитывает и физико-механические параметры поверхности коренных опор, то он может быть использован в качестве одного из параметров кривой деформирования в уравнении Нейбера:
n A E Т , (7) где: - максимальные напряжения в коренной опоре от эксплуатационных нагрузок, МПа; Е - модуль упругости, МПа; Т - предел текучести чугуна СЧ25; - местная упругопластическая деформация, МПа; n - параметр апроксимации кривой деформирования (n = 4 для СЧ-25).
Удельная потенциальная энергия деформирования W за один цикл нагружения, а также разрушающее число циклов Nf, могут быть определены из выражений, предложенных канд. техн. наук Н.Л. Осиповым (МГТУ МАМИ):
2 W ( )d Ed E 2 2E ; (8) k k WP N W 1 n 1 n f ; (9) 2 Nb 4BNb ;
f f f (10) W Р Nc, (11) f f b 1 n 2 f N 1 n k W d где: k - показатель усталостного повреждения детали; - полная удельная потенциальная энергия, которой располагает материал поверхности коренной опоры, Дж; - пластическая составляющая деформации в полуцикле, МПа; Р - упругая составляющая деформации в полуцикле, МПа; b - тан N f генс угла наклона прямой в логарифмических координатах; f - коэффициент циклической вязкости, %;
Выражения для оценки параметров циклов нагружения коренных опор и изменения геометрической формы сведены в табл. 1.
Таблица 1 - Выражения для оценки параметров циклов нагружения коренных опор до изменения геометрической формы Параметр Формула Упругая составляющая деформирования е E n Пластическая составляющая деформирования Р Р Упругопластическая деформация за цикл нагружения е Р Приращение пластической составляющей деформирования за цикл нагружения E Р n Удельная энергия пластической деформации за цикл упругопла- 1 n WP Р стического деформирования 1 n k Скалярная мера повреждения коренной опоры за цикл нагруже WP ния, где k = 1,517 - показатель усталостного повреждения W Общая мера накопленного повреждения, где N - число циклов N f нагружения коренных опор до изменения геометрической формы Для наблюдаемых двигателей ГУП Башавтотранс разрушающее число циклов нагружения коренных опор Nf составило 6,8. 107 оборотов коленчатого вала (соответствует наработке двигателя от 180 до 200 тыс. км).
В коренных опорах блока цилиндров двигателя КАМАЗ, изготовленного из чугуна с пластинчатым графитом, переменные по величине циклические нагрузки и нагрев до температуры 300 С и выше (условия работы блока цилиндров двигателей КАМАЗ) малые остаточные деформации образуются уже при небольших нагрузках.
Этими свойствами серого чугуна марки СЧ-25 объясняется появление деформаций коренных опор блоков цилиндров на двигателях с небольшим пробегом. Овальность коренных опор в пределах 0,05 мм вызывает необходимость их растачивания в ремонтный размер или восстановления.
На коренные опоры блока цилиндров двигателя КАМАЗ действуют нагрузки от газовых сил в цилиндрах (рис. 2) и силы инерции движущихся возвратно-поступательно и вращающихся масс. Вертикальные, поперечные и осевые колебания коленчатого вала приводят к появлению больших местных напряжений даже при сочетании значений овальности, конусообразности и несоосности постелей в блоке в пределах допуска.
Выбор присадочного материала для восстановления коренных опор выполнен на основе сравнения удельных энергий усталостного разрушения серого чугуна СЧ-25 и высокопрочного чугуна ВЧ-60.
Векторная диаграмма сил, действующих на коренную опору Рис. 2 - Распределение нагрузок в коренной опоре:
1 - крышка; 2 - блок цилиндров; 3 - напряжения от равнодействующей газовых сил FГС = 55-60 МПа; 4 - напряжения от равнодействующей сил инерции FИ = 37-45 МПа Для оценки долговечности коренных опор блоков цилиндров, восстановленных методом ЭКП ремонтных вкладышей из высокопрочного чугуна через промежуточный слой, необходимо сравнить разрушающее число циклов Nf для серого чугуна СЧ-25, из которого изготовлен блок цилиндров двигателей семейства КАМАЗ и для высокопрочного чугуна ВЧ-60 c использованием зависимостей (8)-(11) и приведенных в табл. 1.
Расчтные значения числа циклов нагружения до появления деформации коренных опор, восстановленных ЭКП покрытия из ВЧШГ, в 3,46 раза больше, чем у коренных опор из чугуна СЧ-25, что позволяет увеличить ресурс блока в 1,16 раза по сравнению с новым.
В третьем разделе рассмотрены вопросы подготовки образцов для проведения исследований, приведены обоснование и описание использованных методов исследования.
В экспериментах по поиску оптимального режима ЭКП покрытия из ВЧШГ через промежуточный слой химически осажднной на поверхность металла меди, в качестве основных факторов, влияющих на процесс, были выбраны: мощность источника теплоты Q, кДж (X1); усилие на электрод Р, кН (X2);
шероховатость поверхности h, мкм (X3).
В качестве параметров оптимизации приняты: прочность соединения покрытия с основой , МПа (Y1); величина деформации покрытия после приварки , % (Y2); глубина зоны термического влияния ZЗТВ, мм (Y3).
В качестве экспериментальной установки была использована серийно выпускаемая машина контактной сварки МТН-10001, укомплектованная необходимыми приборами, точность которых соответствует ГОСТ 14846-81.
Исследования проводились на образцах из СЧ-25 (ГОСТ 1412-85), используемого для изготовления блоков цилиндров двигателей КАМАЗ. В качестве присадочного материала использовали высокопрочный чугун с шаровидным графитом ВЧ-60 (ГОСТ 7293-85) (вкладыши толщиной 2 мм).
Для создания промежуточного слоя из меди применяли состав для безэлектролитного меднения. Для активизации адгезионных процессов, увеличения площади контакта в соединении и удаления со свариваемых поверхностей зрен графита применяли пескоструйную обработку поверхностей перед осаждением медного слоя. Для исследования влияния шероховатости соединяемых поверхностей на прочность сварного соединения, поверхности подвергали различным видам механической обработки с обязательной последующей пескоструйной обработкой.
Значения и ZЗТВ, найденные расчтом, отличаются от значений, полученных экспериментально, не более, чем на 6% (рис. 3).
Рис. 3 - Зависимости глубины зоны термического влияния (1) и прочности соединения с основой (2) от величины деформации образца из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом при электроконтактной приварке через промежуточный слой из химически осажденной меди:
___ - расчетная;
Е - экспериментальная Установлено так же, что оптимальная величина деформации покрытия при ЭКП через промежуточный слой химически осажденной меди составляет около 0,3Е0,35%, а глубина зоны термического влияния не превышает 0,08Е0,1 мм.
Проведнная оценка уровня остаточных напряжений в покрытии после ЭКП и последующего шлифования показала, что применение промежуточного слоя из химически осажденной меди снижает в 3,35 раза уровень остаточных напряжений по сравнению с образцом без промежуточного слоя (рис. 4).
Рис. 4 - Распределение остаточных напряжений в исследуемых образцах:
ряд 1 - образец с покрытием из чугуна ВЧ-60 без промежуточного слоя;
ряд 2 - образец с покрытием из чугуна ВЧ-60 через промежуточный слой из химически осажденной меди;
1 - 3 мм; 2 - 5 мм; 3 - 8 мм; 4 - 12 мм;
5 - 16 мм от края опоры Прочность полученного ЭКП сварного соединения определяли по данным испытаний на отрыв и сдвиг. Отрыв приваренного образца осуществляли на универсальной испытательной машине УМ-10. Результаты испытаний приведены в табл. 2 и на рис. 5.
Таблица 2 - Прочность соединения в зависимости от шероховатости при различных условиях проведения испытаний Шероховатость свариваеПрочность соединения , МПа мых поверхностей, мкм Испытание на отрыв Испытание на сдвиг 0,8 205 140 186 2Рис. 5 - Влияние шероховатости свариваемых поверхностей на прочность соединения ВЧ-60 - СЧ-25 через промежуточный слой из химически осажденной меди при I = 16кА, Р = 1,4 кН, tИ = 0,04 с Рост площади контакта соединяемых поверхностей при ЭКП через промежуточный слой происходит благодаря активной деформации, в результате ползучести материала промежуточного слоя и диффузионного зарастания материалом промежуточного слоя несплошностей, сохранившихся в поверхности контакта.
Анализ результатов испытаний на сдвиг (табл. 2) показывает, что соединение привариваемого (при оптимальных параметрах режима сварки) металла и основы равнопрочно основному металлу.
С целью теоретической оценки послеремонтной наработки восстановленных коренных опор, был проведен металлографический анализ зоны соединения покрытия с основой. Для проведения металлографических исследований использовались образцы, из которых изготавливались шлифы для исследования макро- и микроструктуры зоны соединения.
Исследования микроструктуры соединения проводили на микроскопе ММР-4.
Для выявления макроструктуры образцы травили в 5%-ом растворе азотной кислоты в течение 15 - 20 с. Исследование макроструктуры проводили на микроскопе МБС-9.
Исследование остаточных напряжений в покрытии после ЭКП проводили по разработанной методике на образцах, полученных ЭКП пластин из высокопрочного чугуна ВЧ-60 толщиной 2 мм к пластинам из чугуна СЧ-25 толщиной 2 мм через промежуточный слой из химически осажденной меди (20 Е 22 мкм) и без него.
Для рентгеновской съемки использовали портативный дифрактометр Рикор-5, который обеспечивает возможность определения остаточных напряжений в деталях при их изготовлении, эксплуатации и ремонте.
В четвертом разделе приведены результаты металлографических исследований поверхностей коренных опор, восстановленных ЭКП высокопрочного чугуна ВЧ-60 через промежуточный слой химически осажднной меди, проведнных с целью оценки послеремонтной наработки.
Послеремонтная наработка коренных опор зависит от степени приближения физико-механических свойств восстановленных поверхностей к физикомеханическим свойствам поверхностей коренных опор нового блока цилиндров двигателя КАМАЗ, принятого за эталон.
Физико-механические свойства восстановленных поверхностей характеризуются прочностью соединения покрытия и основы, остаточными напряжениями, величиной зоны термического влияния, фактической площадью контакта покрытия с основой.
Влияние усилия сжатия на формирование покрытия и прочность соединения его с основой (рис. 6) оценивали при I = 16 кА и I = 12 кА; tИ = 0,04 с и tИ = 0,02 с.
Рис. 6 - Влияние усилия Р на электроде на прочность соединения покрытия из ВЧ-60 - СЧ25 при ЭКП через слой меди (tИ = 0,с. и tИ = 0,02 с.) Видно, что зависимость прочности соединения покрытия с основой в рассмотренном интервале Р от 0,8 до 2,0 кН имеет нелинейный характер с максимумом, причм максимальная прочность соединения наблюдается при Р = 1,кН. Поэтому исследование влияния других основных технологических параметров режима ЭКП (I, tИ, tП) на формирование покрытия и качество соединения его с основой проводили при этом значении Р.
На рис. 7 представлено влияние величины тока I в импульсе и длительности его протекания tИ на прочность соединения ВЧ-60 - СЧ-25. Видно, что при значениях I = 10 - 16 кА наибольшая прочность соединения достигается при tИ, равном 0,04 с.
Рис. 7 - Зависимость прочности соединения ВЧ-60 - СЧ-25 от силы тока и длительности его протекания при ЭКП через слой химически осажденной меди при Р = 1,4 кН Металлографические исследования показали, что при использовании промежуточного слоя химически осажднной меди наибольшая микротврдость наблюдается вблизи зоны соединения, что обусловлено наибольшим влиянием процесса ЭКП на данную область.
Глубина зоны термического влияния составляет 0,08Е0,1 мм, микротвердость этой зоны Н1,0 = 4940Е3670 Н/мм2 (рис. 8).
Рис. 8 - Микротвердость зоны соединения ВЧ-60 - СЧ-25:
1 - без промежуточного слоя; 2 - через промежуточный слой из меди За зоной термического влияния основной металл имеет исходные структуру и микротвердость Н1,0 = 2280Е2870 Н/мм2.
При образовании соединения ВЧ-60 - СЧ-25 без промежуточного слоя микротвердость зоны соединения имеет достаточно высокое значение:
Н0,1 = 6930Е7070 Н/мм2 (HRC 57Е59), что существенно снижает прочностные характеристики зоны соединения из-за возможности хрупкого разрушения.
Данные металлографических исследований и установленные значения микротврдости позволяют сделать вывод, что при одинаковой прочности соединения с прочностью материала основы имеет место существенное улучшение прочностных свойств восстановленных чугуном ВЧ-60 поверхностей, что обеспечивает эксплуатационные свойства восстановленных коренных опор на уровне не ниже новых.
Исследования несущей способности восстановленных предлагаемым способом коренных опор проводились согласно ГОСТ 14486-81 в течение 1000 часов. Через каждые 250 часов работы двигатель разбирали для выявления состояния коренных опор и их микрометрирования. Результаты исследования представлены на рис. 9 (кривая 3). Кривая остаточного ресурса построена экстраполяцией от фактической наработки по методике, разработанной Л.В. Мирошниковым, А.П. Болдиным и В.И. Палом.
Рис. 9 - Изменение овальности коренных опор в зависимости от наработки:
1 - блоки цилиндров до первого ремонта; 2 - блоки цилиндров после ремонта;
3 - блок цилиндров после восстановления ЭКП покрытия из ВЧШГ;
4 - остаточный ресурс Предлагаемый метод восстановления позволил уменьшить скорость накопления повреждений коренных опор на 16 % по сравнению с коренными опорами нового блока цилиндров при аналогичной наработке.
На основе выполненных теоретических и экспериментальных исследований разработана технология восстановления коренных опор блока цилиндров двигателя КАМАЗ ЭКП высокопрочного чугуна через промежуточный слой из химически осажденной меди. Установлено, что оптимальным режимом ЭКП вкладыша из ВЧ-60 толщиной 2 мм к поверхностям коренных опор является:
Р = 1,4 кН; I = 16 кА; tИ = 0,04 с. Восстановленные ЭКП покрытия из ВЧШГ коренные опоры обеспечивают увеличение ресурса блока цилиндров в 1,16 раза.
В пятом разделе проведен расчт экономической эффективности от внедрения разработанной технологии восстановления коренных опор блока цилиндров двигателя КАМАЗ-740.31-240. Себестоимость восстановленного блока цилиндров составила 18797,52 руб., цена восстановленного блока цилиндров - 24436,78 руб., ожидаемый чистый дисконтированный доход для Стерлитамакского завода по ремонту и изготовлению запасных частей Автозапчасть - филиала ГУП Башавтотранс - около 5,6 тыс. руб. на один блок, что подтверждает экономическую целесообразность восстановления коренных опор блока цилиндров ЭКП высокопрочного чугуна через промежуточный слой.
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 1. В результате анализа факторов и механизмов накопления повреждений коренных опор блока цилиндров в эксплуатации разработана математическая модель изменения линейных размеров коренных опор в зависимости от условий эксплуатации и наработки, позволяющая определить интервал перехода накопленных повреждений в критическую зону и время промежуточного ремонта коренных опор в номинальный размер с заменой крышек коренных опор.
2. Установлены и научно обоснованы связи прочностных свойств восстановленных поверхностей коренных опор блока цилиндров ДВС со свойствами материалов покрытия, промежуточного слоя и параметрами режима ЭКП, позволившие установить, что покрытие из ВЧ-60 через промежуточный слой химически осажднной меди, полученное на оптимальном режиме ЭКП (I = 16 кА; Р = 1,4 кН; tИ = 0,04 с.; tП = 0,02 с.), обеспечивает снижение уровня остаточных напряжений и прочностные свойства соединения, превышающие свойства основного металла: В = 1000 МПа; -1 = 270 МПа; 0,2 = 700 МПа;
НВ 221-277; Е = 170-175 ГПа.
3. Анализ результатов испытаний на отрыв и сдвиг показывает, что соединение наваренного металла с основой при оптимальных параметрах режима сварки равнопрочно основному металлу. Предложенная технология восстановления коренных опор обеспечивает увеличение площади контакта соединяемых поверхностей при ЭКП через промежуточный слой за счет активной деформации при сравнительно высокой (15-40 мкм) шероховатости свариваемых поверхностей, заполнения несплошностей, сохранившихся в поверхности контакта, материалом промежуточного слоя.
4. Разработана методика оценки послеремонтной наработки коренных опор по степени приближения физико-механических свойств восстановленных поверхностей к физико-механическим свойствам поверхностей коренных опор нового блока цилиндров на основе прочностных и металлографических исследований.
5. Расчт экономической эффективности от внедрения разработанной технологии восстановления коренных опор блока цилиндров двигателя КАМАЗ740 показал, что расчтная себестоимость восстановленного блока цилиндров составляет 18797,52 руб., цена восстановленного блока цилиндров - 24436,78 руб., ожидаемый чистый дисконтированный доход для Стерлитамакского завода по ремонту и изготовлению запасных частей Автозапчасть - филиала ГУП Башавтотранс - около 5,6 тыс. руб. на один блок, что подтверждает экономическую целесообразность восстановления коренных опор блока цилиндров ЭКП высокопрочного чугуна через промежуточный слой.
Основные положения диссертации опубликованы в работах:
- в рецензируемых научных журналах:
1. Славненко, В.П. Оценка качества технологических процессов изготовления и сборки звеньев размерной цепи КШМ двигателя KAMAZ / В.П. Славненко, М.И. Филатов // Научно-технический вестник Поволжья. - 2011. - № 3. - С. 166-172.
2. Славненко, В.П. Обоснование метода восстановления коренных опор блока цилиндров двигателя КАМАZ-740 / В.П. Славненко, М.И. Филатов // Научно-технический вестник Поволжья. - 2011. - № 4. - С. 203-207.
3. Славненко, В.П. Теоретическое обоснование метода восстановления деталей автомобиля на основе информационно-энергетической оценки / М.И. Филатов, В.П. Славненко // Вестник Оренбургского государственного университета. - 2011. - № 10. - С. 151-155.
- в прочих изданиях:
4. Славненко, В.П. Проблемы восстановительного ремонта деталей из серого чугуна методами электродуговой сварки: сборник докладов IX Российской научно-практической конференции Прогрессивные технологии в транспортных системах / М.И. Филатов, В.П. Славненко. - Оренбург: ИПК ГОУ ОГУ, 2009. - С. 399-404.
5. Славненко, В.П. Характерные неисправности и причины выхода из строя двигателей семейства КАМАZ-740 в условиях Республики Башкортостан: материалы международной научно-практической конференции Инновации в транспортном комплексе. Безопасность движения. Охрана окружающей среды / В.П. Славненко, Ф.К. Яппаров. - Пермь: Пермский ГТУ, 2010. - С. 196-202.
6. Славненко, В.П. Методика определения остаточных напряжений на поверхности коренных опор после приварки и механической обработки вкладышей из высокопрочного чугуна: сборник статей Х международной научнопрактической конференции Прогрессивные технологии в транспортных системах / В.П. Славненко, М.И. Филатов. - Оренбург: ОГУ, 2011. - С. 274-279.
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям