Разработка и совершенствование технологии производства блока цилиндров двигателя Камаз-740

Министерство образования и науки Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение профессионального образования

«МГТУ им. Г.И.Носова»

    

    

    

    

    

    

 

 

 

 

 

 

    

Курсовая работа

«Разработка и совершенствование технологии производства блока цилиндров двигателя Камаз-740»

  

  

  

  

  

  

  

  

  

    

    

    

    

    

    

    

    

    

    

    

    

    

    

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                              Выполнил студент: гр ТСАБ-11

                                                                    Кваснин А.А.

                                                                                                                                                

                                               Проверил: доцент Зотов С.В.

     

 

 

                                                                          г.Магнитогорск 2013

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

ВВЕДЕНИЕ

           Блок цилиндров, можно назвать  основой любого двигателя. К нему  крепятся головка блока, агрегаты, коробка передач, а внутри расположены  поршневая группа и кривошипно-шатунный  механизм. Очевидно, каждый из этих узлов испытывает нагрузки, а, значит, на блок действуют большие силы, переменные по величине и направлению. И, чтобы противостоять им, блок должен быть достаточно жестким, т.е. не деформироваться под действием этих сил.

          Сами цилиндры в блоке цилиндров могут являться как частью отливки блока цилиндров, так и быть отдельными сменными втулками, которые могут быть «мокрыми» или «сухими». Помимо образующей части двигателя, блок цилиндров несет дополнительные функции, такие как основа системы смазки — по отверстиям в блоке цилиндров масло под давлением подается к местам смазки, а в двигателях жидкостного охлаждения основа системы охлаждения — по аналогичным отверстиям жидкость циркулирует по блоку цилиндров.

      Цель исследования: изучить  технологию производства блока цилиндра.

      Объект  исследования: процесс  технологии  производства блока цилиндра.

      Предмет  исследования: технология производства  блока цилиндра.

      Задачи  исследования:

1. Изучить научную литературу по теме.

2. Описать деталь.

3. Проанализировать условия  работы блока цилиндра.

4. Составить требования  к деталям блока цилиндра.

5. Проанализировать, какие  материалы необходимы для изготовления  блока цилиндра.

6. Описать каждый технологический этап производства детали.

7. Определить тип производства  детали

8. Составить технологическую  схему производства.

 

 

 

 

 

 

 

 

     

1 ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ  АНАЛИЗ  БЛОКА ЦИЛИНДРА И УСЛОВИЯ  ЕГО РАБОТЫ

1.1 Описание детали

      Блок цилиндров - литая деталь, служит основой  двигателя внутреннего сгорания. К его верхней части крепится головка блока, нижняя часть является частью картера, в ней имеются опорные поверхности для установки коленчатого вала.

      Блок цилиндров (или блок-картер) воспринимает нагрузки  от вращающихся и поступательно движущихся деталей. Наиболее распространенные рядные четырехцилиндровые двигатели обычно имеют блок, отлитый из серого легированного чугуна, реже – алюминия, блок показан на Рисунке 1. При этом гильзы цилиндров отлиты за одно целое с блоком, образуя рубашку охлаждения между гильзами и наружными стенками. Блок цилиндров имеет в нижней части отверстия - т.е. постели для вкладышей подшипников коленчатого вала. Постели обрабатываются на специальном прецизионном оборудовании с высокой точностью.

 

                                        Рисунок 1 – Блок цилиндров Камаз-740

      Сами цилиндры могут являться частью отливки (негильзованный блок), а могут иметь отдельные сменные гильзы, которые могут быть «мокрыми» или «сухими». Сухие гильзы чаще всего запрессовывают в корпус блока, а мокрые гильзы дополнительно уплотняют кольцами из различных материалов таких, как резина, или меди. Отвод теплоты через гильзы к охлаждающей жидкости зависит от свойств материала гильзы и её толщины (чем выше теплопроводность материала и тоньше стенки гильзы, тем лучше теплоотвод).

      Применение  гильзованных цилиндров, несколько  увеличивает стоимость двигателя  и усложняет его сборку, но  упрощает ремонт блока, так как  в этом случае достаточно заменить  гильзы и поршневую группу.

      В то  же время у негильзованных  блоков при износе зеркала  цилиндра его необходимо растачивать  и хонинговать, что существенно  усложняет ремонт, так как требуется  обязательная практически полная  разборка двигателя. Кроме того, к негильзованным блокам предъявляются очень высокие требования по качеству материала и технологии отливки.

     Вокруг каждого  цилиндра выполнены резьбовые  отверстия для болтов крепления  головки блока. Резьбовые отверстия  не связываются напрямую с  гильзой (что уменьшает деформацию гильзы при затяжке болтов головки. Небольшая деформация гильз при затяжке все равно проявляется, но обычно не превышает 0,010-0,015 мм, хотя может значительно увеличиться при излишнем затягивании болтов головки.

       Рабочие  поверхности цилиндров и гильз, которые называют зеркалом цилиндра, обрабатываются с высокой точностью и имеют очень высокую чистоту. Иногда на зеркало цилиндра наносят специальный микрорельеф, высота которого составляет доли микрометров. Такая поверхность хорошо удерживает масло и способствует снижению трения боковой поверхности поршня и колец о зеркало цилиндра.

      Зеркало  цилиндра находится в постоянном  контакте с поршнем и смазывается  моторным маслом, которое разбрызгивается  вращающимися элементами кривошипно-шатунного  механизма. Высокие технологические свойства металла и качество его обработки обуславливают необходимое сопротивление поверхности.

       Рубашка охлаждения предназначена для отвода тепла от стенок цилиндров и от головки двигателя. Целью применения водяной система охлаждения двигателя является не только отвод тепла от стенок цилиндров, но и поддержание расчетной рабочей температуры.

       На картере блока цилиндров предусмотрены места креплений таких элементов, как генератор, компрессор кондиционера, кронштейнов крепления, насоса гидроусилителя руля и др. Картер коленчатого вала может быть отлит с блоком цилиндров в едином корпусе, а может присоединяться к нему болтами. К нижней части картера блока крепится масляный поддон, который предназначен для хранения моторного масла. Поддон обычно изготавливается из стали или алюминиевого сплава.

 

 

 

    

 

     1.2 Анализ условий работы блока цилиндра

      Цилиндр  двигателя предназначен для направления  возвратно поступательного движения  поршня, восприятия энергии, выделяющейся  при сгорании топлива, восприятия  и отвода тепла от камеры  сгорания к охлаждающей жидкости, а так же для крепления коленчатого вала для этого в блоке цилиндров выполнены каналы для смазки и охлаждения. В картере блока цилиндров выполнены постели для крепления коленчатого вала. Из этого следует, что блок-картер подвергается:

- воздействию давления  газов;

- силе воздействия газов, которые воспринимаются резьбовыми соединениями головки блока цилиндров и опорами коленчатого вала;

- внутренним силам инерции (изгибающие силы), являющиеся результатом  сил инерции при вращении и  колебаниях;

- внутренним силам кручения (скручивающие силы) между отдельными цилиндрами;

- крутящемуся моменту  коленчатого вала и, как результат, силе реакции опор двигателя;

-свободным силам и  моментам инерции, как результат  сил инерции при колебаниях, которые  воспринимаются опорами двигателя;

- боковым силам трения, возникающим при движении поршня;

-изгибающим нагрузкам  от сил давления газов и  сил инерции, передаваемых через  шатуны от поршней, от коленчатого  вала нагрузки передаются на  коренные опоры коленчатого вала  и изгибают блок;

- трениям с элементами поршня (вызывает механический износ);

- высоким температурам (вызывает  выжигание и коррозию металла).

       В том  случае, если блок цилиндров изготавливается  из алюминиевого сплава, зеркало  цилиндра выполняется в специальной  чугунной вставке (гильзе).

       Упругие  деформации блока или вала  приводят к искривлению осей  постелей и шеек коленчатого  вала. В этом случае появляется  износ, неравномерный по ширине  шейки;

       Нагрузка, передаваемая от вкладышей к  постели, при периодическом искривлении  осей приводит к износу поверхностей самих постелей(такая ситуация характерна, например, для шатунных подшипников длинных валов с малым количеством опор (например, четырехопорный вал рядного шестицилиндрового двигателя);

 

     1.3 Составление требований к деталям блока цилиндра

      Изучив  условия работы блока-картера, можно  выдвинуть требования к свойствам  блока цилиндров двигателя внутреннего  сгорания, а именно:

-жесткость -  характеристика  блока, которая определяет упругие  деформации блока под действием  различных сил. При работе двигателя коленчатый вал испытывает изгибающие нагрузки от сил давления газов и сил инерции, передаваемых через шатуны от поршней. От коленчатого вала нагрузки передаются на коренные опоры коленчатого вала и изгибают блок. При его недостаточной жесткости это может привести к ускоренному износу подшипников и выходу двигателя из строя. Жесткость блока на изгиб обычно увеличивается при увеличении расстояния от плоскости разъема коренных подшипников до нижней плоскости разъема блока и поддона картера как показано на рисунке 2 , а также с увеличением ширины блока, толщины стенок. Особенно это важно для рядных многоцилиндровых двигателей (с числом цилиндров 5-6).

                       Рисунок 2 - Увеличение жесткости блок-картера (а) путем увеличения размера Н (б)

- сносность отверстий  всех постелей блока;

-одинаковый размер (диаметр) всех постелей (за исключением  специальных конструкций);

-перпендикулярность осей  постелей и цилиндров;

-параллельность плоскости  разъема блока с головкой и  оси постелей;

-параллельность осей  постелей вспомогательных и распре  делительного валов (если они  установлены в блоке) оси постелей  коленчатого вала;

-отклонения от перпендикулярности  и параллельности не должны  превышать половины рабочего  зазора деталей. При зазоре 0,04+0,06 мм это составляет не более 0,02+0,03 мм.

 

    1.4 Материалы для изготовления блока цилиндра

      Блок-картер  является одной из самых тяжелых  деталей всего автомобиля и  занимает самое критичное место  для динамики движения: место  над передней осью. Поэтому именно здесь делаются попытки полностью использовать потенциал для уменьшения массы. Серый чугун, который в течение десятилетий использовался в качестве материала для блок-картера, все больше и больше заменяется как в бензиновых, так и в дизельных двигателях алюминиевыми сплавами. Это позволяет получить значительное снижение массы.

 

    1.4.1 Серый чугун

      Чугун - это  сплав железа с содержанием  углерода более 2 % и кремния более 1,5 %. В сером чугуне избыточный  углерод содержится в форме графита. Для блок-картеров дизельных двигателей использовался и используется чугун с пластинчатым графитом, который получил свое название по расположению находящегося в нем графита. Другие составляющие сплава - это марганец, сера и фосфор в очень маленьких количествах.

      Чугун с  самого начала предлагался как  материал для блок-картеров серийных  двигателей, т. к. этот материал не  дорог, просто обрабатывается и  обладает необходимыми свойствами. Легкие сплавы долго не могли  удовлетворить этим требованиям. Автопроизводители используют для своих двигателей чугун с пластинчатым графитом вследствие его особенно благоприятных свойств, а именно:

-хорошая теплопроводность;

-хорошие прочностные  свойства;

-простая механообработка;

-хорошие литейные свойства;

-очень хорошее демпфирование.

      Выдающееся  демпфирование - это одно из отличительных  свойств чугуна с пластинчатым  графитом. Оно означает способность  воспринимать колебания и гасить  их за счет внутреннего трения. Благодаря этому, значительно улучшаются  вибрационные и акустические характеристики двигателя.