Разработка и совершенствование технологии производства блока цилиндров двигателя Камаз-740

      Хорошие  свойства, прочность и простая  обработка делают блок-картер  из серого чугуна и сегодня  конкурентоспособным. Благодаря высокой  прочности, бензиновые двигатели  и дизельные двигатели и сегодня  делаются с блок-картерами из серого чугуна. Возрастающие требования к массе двигателя на легковом автомобиле в будущем смогут удовлетворить только легкие сплавы.

 

     1.4.2 Алюминиевые сплавы

      Блок-картеры  из алюминиевых сплавов пока  еще относительно новые и используются только для дизельных двигателей.

      Плотность  алюминиевых сплавов составляет  примерно треть по сравнению  с серым чугуном. Но преимущество  в массе имеет такое же соотношение, т. к. вследствие меньшей прочности  такой блок-картер приходится делать массивнее. Другие свойства алюминиевых сплавов:

-хорошая теплопроводность;

-хорошая химическая стойкость;

-неплохие прочностные  свойства;

-простая механообработка.

      Чистый  алюминий не пригоден для литья  блок-картера, т. к. имеет недостаточно хорошие прочностные свойства. В отличие от серого чугуна основные легирующие компоненты добавляются здесь в относительно больших количествах.

      Сплавы  делятся на четыре группы, в  зависимости от преобладающей  легирующей добавки. Эти добавки:

-кремний (Si);

-медь (Си);

-магний (Мд);

-цинк (Zn).

      Для алюминиевых  блок-картеров двигателей используются  исключительно сплавы AlSi. Они улучшаются  небольшими добавками меди или  магния.

      Кремний  оказывает положительное воздействие  на прочность сплава. Если составляющая больше 12 %, то специальной обработкой можно получить очень высокую твердость поверхности, хотя резание при этом осложнится. В районе 12 % имеют место выдающиеся литейные свойства.

      Добавка  меди (2-4 %) может улучшить литейные  свойства сплава, если содержание кремния меньше 12 %.

      Небольшая  добавка магния (0,2-0,5 %) существенно  увеличивает значения прочности.

      Для бензиновых  и дизельных двигателей используют  алюминиевый сплав AISi7MgCuO,5. Как видно  из обозначения AISi7MgCuO,5, этот сплав содержит 7 % кремния и 0,5 % меди.

      Он отличается  высокой динамической прочностью. Другими положительными свойствами  являются хорошие литейные свойства  и пластичность. Правда, он не  позволяет достичь достаточно  износостойкой поверхности, которая необходима для зеркала цилиндра. Поэтому блок картеры из AISI7MgCuO,5 придется выполнять с гильзами цилиндров.

      Прогрессивные  исследователи задумываются об  использовании еще более легкого  материала - магниевого сплава. Были  созданы прототипы двигателей, в которых металлические гильзы цилиндров устанавливались в легковесные пластиковые блоки, хотя эти двигатели оказывались ужасно шумными.

      Таким образом, для  алюминиевого блока-картера  двигателя необходимо использовать  исключительно сплавы AlSi, а именно АЛ4. Они улучшаются небольшими добавками меди или магния. Кремний оказывает положительное воздействие на прочность сплава. Если составляющая больше 12 %, то специальной обработкой можно получить очень высокую твердость поверхности, хотя резание при этом осложнится. В районе 12 % имеют место выдающиеся литейные свойства.

    Добавка меди (2-4 %) может улучшить литейные свойства  сплава, если содержание кремния  меньше 12 %. Небольшая добавка магния (0,2-0,5 %) существенно увеличивает  значения динамической прочности. Другими положительными свойствами являются хорошие литейные свойства и пластичность. Правда, он не позволяет достичь достаточно износостойкой поверхности, которая необходима для зеркала цилиндра. Поэтому блок картеры из АЛ4 придется выполнять с гильзами цилиндров.

 

   1.4.3. Анализ материалов

     Чугунный блок наиболее жёсткий, а значит — при прочих равных выдерживает наиболее высокую степень форсировки и наименее чувствителен к перегреву. Теплоёмкость чугуна примерно вдвое ниже, чем алюминия, а значит двигатель с чугунным блоком быстрее прогревается до рабочей температуры. Однако, чугун весьма тяжёл (в 2,7 раза тяжелее алюминия), склонен к коррозии, а его теплопроводность примерно в 4 раза ниже, чем у алюминия, поэтому у двигателя с чугунным картером система охлаждения работает в более напряжённом режиме.

     Алюминиевые блоки цилиндров лёгкие и лучше охлаждаются, однако в этом случае возникает проблема с материалом, из которого выполнены непосредственно стенки цилиндров. Если поршни двигателя с таким блоком сделать из чугуна или стали, то они очень быстро износят алюминиевые стенки цилиндров. Если же сделать поршни из мягкого алюминия, то они просто «схватятся» со стенками, и двигатель мгновенно заклинит. Плотность алюминиевых сплавов составляет примерно треть по сравнению с серым чугуном. Но преимущество в массе имеет такое же соотношение, т. к. вследствие меньшей прочности такой блок-картер приходится делать массивнее. Другие свойства алюминиевых сплавов:

-хорошая теплопроводность;

-хорошая химическая  стойкость;

-неплохие прочностные  свойства;

-простая механообработка.

Механические свойства приведены в таблице 1:

	Sв	ST	Твердость по Бринеллю
	МПа	МПа	МПа
СЧ25	250	220	HB 10 -1 = 156 - 260
АЛ4	260	200	HB 10 -1 = 70

 

Таблица 1 – механические свойства материалов

Sв – Предел кратковременной прочности, МПа

ST – Предел пропорциональности, МПа

HB – Твердость по Бринеллю, МПа

Вывод: в данной главе проведен анализ материалов, из которых изготавливается блок цилиндров. Блок цилиндров двигателя Камаз-740 изготавливается из чугуна, так как чугун выдерживает наиболее высокую степень форсировки и наименее чувствителен к перегреву. Теплоёмкость чугуна примерно вдвое ниже, чем алюминия, а значит, двигатель с чугунным блоком быстрее прогревается до рабочей температуры.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  2 РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ДЕТАЛИ

   2.1 Технологическая схема производства детали

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 3 – технологическая схема производства

 

 

 

 

     2.2 Доменное производство

      Доменное производство, производство чугуна восстановительной плавкой железных руд или окускованных железорудных концентратов в доменных печах. Доменное производство – отрасль чёрной металлургии.

       Исходными материалами (шихтой) в доменном производстве являются: железная руда, марганцевая руда, агломерат, окатыши, а также горючее и флюсы. Широкое применение в шихте доменных печей получил офлюсованный агломерат (свыше 90%), который содержит 50-60% Fe при основности 1,1-1,3; расширяется применение офлюсованных окатышей. Важнейшие свойства железосодержащих шихтовых материалов, определяющие технико-экономические показатели доменной плавки: содержание железа, состав пустой породы, количество вредных примесей, а также гранулометрический состав, прочность и восстановимость. Получает распространение плавка с заменой части кокса газообразным, жидким или твёрдым топливом, вдуваемым в горн доменной печи. В качестве флюсов используется известняк, иногда доломит.

       Основные виды чугуна, выплавляемого в доменных печах: предельный чугун, используемый для производства стали в сталеплавильных агрегатах; литейный, идущий для чугунных отливок; специальные чугуны. Побочные продукты: доменный газ теплота сгорания 3,6-4,6 Мдж/м3 (850-1100 ккал/м3) после очистки от пыли используется для нагрева дутья в воздухонагревателях, а также в заводских котельных установках, коксохимических, агломерационных и некоторых др. цехах; доменный шлак находит применение главным образом в промышленности строительных материалов; колошниковая пыль, выносимая из печи и улавливаемая системой газоочистки, содержащая 30-50% Fe, возвращается в шихту доменных печей после её предварительного окускования (главным образом путём агломерации).

      Доменная  печь Рисунок 4 представляет собой шахтную печь круглого сечения; футерована огнеупорной кладкой (верхняя часть шамотным кирпичом, нижняя – преимущественно углеродистыми блоками). Для предотвращения разгара кладки и защиты кожуха печи от высоких температур используют холодильники, в которых циркулирует вода. Кожух печи и колошниковое устройство поддерживаются колоннами, установленными на фундаменте.

      Шихта подаётся на колошник печи скипами, реже ленточными конвейерами. Скипы разгружаются в печь через приёмную воронку и засыпной аппарат, установленный на колошнике. Воздух (дутьё) от воздуходувных машин подаётся в печь через воздухонагреватели (в которых нагревается до 1000-1200°С) и фурменные приборы, установленные по окружности горна. Через фурмы вводится также дополнительное топливо (природный газ, мазут или угольная пыль).

      Продукты плавки выпускаются в чугуновозные и шлаковые ковши через лётки, расположенные в нижней части горна. Образующийся в печи колошниковый газ отводится через газоотводы, расположенные в куполе печи.

      Расстояние между осью чугунной лётки и нижней кромкой большого загрузочного конуса в опущенном состоянии называется полезной высотой доменной печи, а соответствующий объём – полезным объёмом доменной печи. Мощные доменные печи имеют полезный объём 2000-3000 м3 и являются одними из крупнейших в мире. Директивы по 9-му пятилетнему плану предусматривают строительство доменных печей объёмом 5000 м3.

       Работа доменной печи начинается с её задувки. При этом горн и заплечики загружаются коксом, а шахта – так называемой задувочной шихтой. В полностью загруженную печь подаётся нагретое дутьё (уменьшенное количество), кокс воспламеняется, и начинается опускание материалов. Первый выпуск чугуна и шлака производится через 12-24 ч, после чего количество дутья и рудная нагрузка (отношение массы руды к массе кокса в подаче) постепенно увеличиваются, и через несколько дней после задувки доменная печь достигает нормальной производительности.

                                                Рисунок 4 - Доменная печь ШПД-39

      Непрерывная работа (кампания) доменной печи от задувки до выдувки (остановки на капитальный ремонт) продолжается 5-6, а в некоторых случаях 8-10 лет и более, в течение которых печь 1-2 раза останавливается на так называемый средний ремонт для замены изношенной кладки шахты. Выплавка чугуна на мощных печах за одну кампанию достигает 5-8 млн. т чугуна и более.

      Управление работой (ходом) доменной печи заключается в регулировании (в соответствии с качеством сырых материалов и видом выплавляемого чугуна) состава шихты, количества, температуры и влажности дутья, а также величины подачи или последовательности загрузки отдельных компонентов шихты и уровня засыпи. Ход доменной печи контролируется измерительными приборами, регистрирующими основные параметры загрузки, дутья, колошникового газа, температуру кладки печи на разных горизонтах.

     Получили распространение плавка с вдуванием дополнительных видов топлива, обогащением дутья кислородом и работа с повышенным давлением колошниковых газов. При повышении давления на колошнике уменьшается перепад давлений между низом и верхом доменной печи; это обусловливает более ровный сход шихты, улучшает восстановительную работу Иллюстрации к статье на тему "Доменное производство". газов, уменьшает вынос пыли.

      Доменное производство характеризуется высокой степенью автоматизации. На современной доменной печи автоматически осуществляются все операции шихтоподачи: набор компонентов шихты с отсевом мелочи, взвешивание, транспортировка на колошник и загрузка в печь по заданной программе. Автоматически поддерживаются оптимальный уровень засыпи и распределение шихтовых материалов на колошнике, давление колошникового газа, расход воды на охлаждение, температура и влажность дутья, а также содержание в нём кислорода и расход природного газа. Автоматизировано переключение воздухонагревателей и управление режимом их нагрева. Автоматические анализаторы обеспечивают непрерывную регистрацию состава колошникового газа и дутья. Внедряются системы автоматического регулирования подачи дутья и природного газа как по общему расходу, так и по отдельным фурмам.

      Новые доменные печи оснащаются системами централизованного контроля и управления, которые обеспечивают усреднение показателей приборов и подсчёт комплексных показателей работы печи. Ведутся работы по комплексной автоматизации Доменное производство, в том числе управления тепловым режимом доменной печи с помощью ЭВМ.