Разработка и совершенствование технологии производства блока цилиндров двигателя Камаз-740

 

      2.3 Вторичное расплавление

      Вагранка  представляет собой шахтную печь, основой которой является сварной  металлический кожух 1, футерованный  изнутри огнеупорным кирпичом 2. Щель между кожухом и футеровкой засыпается сухим кварцевым песком 3. В верхней части вагранки находится загрузочное окно 4. Часть шахты вагранки, расположенная ниже загрузочного окна, футеруется чугунными пустотелыми кирпичами 5, которые предохраняют ее от разрушения при загрузке шихты 7.

     Загружают вагранку Рисунок 4 с помощью скипового подъемника или консольного крана. Верхняя часть вагранки заканчивается искрогасителем 6.

                                             Рисунок 4-Вагранка    

    Для поддержания горения в вагранке через специальные отверстия 8, называемые фурмами, подается воздух (дутье), нагнетаемый вентилятором. Расплавленный чугун по поду 9, расположенному в нижней части шахты, стекает через специальное отверстие и желоб в копильник 10. В начале работы в вагранку загружают слой кокса высотой 500—1500 мм и поджигают его. Этот слой кокса называется холостой колошей. Затем на холостую колошу загружают рабочую коксовую колошу, флюс и первую порцию металлической шихты. После загрузки материалов через фурмы подают воздух, необходимый для горения топлива. В плавильном поясе чугун и шлаки расплавляются и стекают в горн вагранки. Образующиеся газы, поднимаясь вверх, нагревают металлическую шихту и топливо, а затем уходят в трубу. По мере сгорания кокса и плавления чугуна загружаемая в вагранку шихта опускается вниз, а на ее место загружают новые порции шихтовых материалов. В процессе плавки жидкий чугун скапливается в горне вагранки. Шлак всплывает на поверхность чугуна и периодически выпускается через шлаковую летку. Накопившийся чугун сливается через летку по желобу в специальный копильник, а затем в ковш. Производительность вагранок 0,5—30 т чугуна в час.

     В целях  пожарной безопасности и предохранения  от загрязнения окружающей местности  вагранки снабжают искрогасителями, которые одновременно являются и пылеуловителями.

 

      2.4 Литье детали по выплавляемым моделям

    Для данной детали выберем литье по выплавляемым моделям.

     Применяется  в случаях изготовления деталей  высокой точности (например лопатки турбин и т. п.) Из легкоплавкого материала: парафин, стеарин и др., (в простейшем случае — из воска) изготавливается точная модель изделия и литниковая система. Наиболее широкое применение нашёл модельный состав П50С50 состоящий из 50 % стеарина и 50 % парафина, для крупногабаритных изделий применяются солевые составы менее склонные к короблению. Затем модель окунается в жидкую суспензию на основе связующего и огнеупорного наполнителя. В качестве связующего применяют гидролизованный этилсиликат марок ЭТС 32 и ЭТС 40, гидролиз ведут в растворе кислоты, воды и растворителя (спирт, ацетон). В настоящее время в ЛВМ нашли применения кремнезоли не нуждающиеся в гидролизе в цеховых условиях и являющиеся экологически безопасными. В качестве огнеупорного наполнителя применяют: электрокорунд, дистенсилиманит, кварц и т. д. На модельный блок (модель и ЛПС) наносят суспензию и производят обсыпку, так наносят от 6 до 10 слоёв. С каждым последующим слоем фракция зерна обсыпки меняются для формирования плотной поверхности оболочковой формы. Сушка каждого слоя занимает не менее получаса, для ускорения процесса используют специальные сушильные шкафы, в которые закачивается аммиачный газ. Из сформировавшейся оболочки выплавляют модельный состав: в воде, в модельном составе, выжиганием, паром высокого давления. После сушки и вытопки блок прокаливают при температуре примерно 1000 для удаления из оболочковой формы веществ способных к газообразованию. После чего оболочки поступают на заливку. Перед заливкой блоки нагревают в печах до 1000. Нагретый блок устанавливают в печь и разогретый металл заливают в оболочку. Залитый блок охлаждают в термостате или на воздухе. Когда блок полностью охладится его отправляют на выбивку. Ударами молота по литниковой чаше производится отбивка керамики, далее отрезка ЛПС.Таким образом получаем отливку.

       Преимущества  этого способа: возможность изготовления  деталей из сплавов, не поддающихся  механической обработке; получение отливок с точностью размеров до 11 — 13 квалитета и шероховатостью поверхности Ra 2,5—1,25 мкм, что в ряде случаев устраняет обработку резанием; возможность получения узлов машин, которые при обычных способах литья пришлось бы собирать из отдельных деталей. Литье по выплавляемым моделям используют в условиях единичного (опытного), серийного и массового производства.

     В силу большого  расхода металла и дороговизны  процесса ЛВМ применяют только  для ответственных деталей.

     Процесс литья по выплавляемым моделям базируется на следующем основном принципе:

    

     • Копия  или модель конечного изделия  изготавливаются из легкоплавкого  материала.

    

     • Эта модель  окружается керамической массой, которая затвердевает и образует  форму.

    

     • При последующем  нагревании (прокалке) формы модель  отливки расплавляется и удаляется.

    

     • Затем  в оставшуюся на месте удалённого  воска полость заливается металл, который точно воспроизводит  исходную модель отливки.

 

      2.5 Слесарно-механическая обработка    

     Фрезерование (фрезерная обработка) — обработка  материалов резанием с помощью  фрезы.

     Фреза совершает  вращательное, а заготовка — преимущественно  поступательное движение.

     В процессе  фрезерования участвуют два объекта — фреза и заготовка. Заготовка — это будущая деталь.

    

     В данном  случае так как нам нужна расточка, сверление отверстий то используем концевое фрезерование.

    

     Рисунок 6-Оборудование для фрезеровки VB 182 M

     Финишная обработка  блока цилиндров - фрезеровка наружной поверхности, сверление и расточка отверстий.

     Для обеспечения  точности, блока обрабатываются за минимальное число переустановок. Процесс полностью автоматизирован (Рисунок 6) - программа управления станками отдает последовательные команды роботу.

     Из процесса  финишной обработки головки цилиндров  человек исключен.

     После фрезеровки  детали отправляется в магазины.

     Вывод: в данной  главе была разработана технология  производства блока цилиндров  двигателя Камаз-740, которая состоит из четырех основных этапов:

1. Доменное производство

2. Вторичное расплавление

3. Литье по выплавляемым  моделям

4. Слесарно-механическая  обработка.

 

 

 

 

     3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТИПА ПРОИЗВОДСТВА БЛОКА ЦИЛИНДРОВ ДВИГАТЕЛЯ КМЗ-     740

     І. Процесс производства чугунного блока цилиндров будет разбит на доменный процесс, процесс литья по выплавляемым моделям, слесарно-механическую обработку.

     Процесс доменного производства при изготовлении блока цилиндров:

- Подача шихтовых материалов  в бункера

- Подача шихты в колошник  доменной печи

- Горячее дутье

- Разливка чугуна

- Разливка шлака

 

1) Операция подачи шихтовых  материалов в бункера – 15 рабочих  мест

2) Операция подачи шихты  в колошник доменной печи- 6 рабочих  мест 

3) Операция подачи горячего дутья- 3  рабочих места

4) Операция разливки чугуна  – 9 рабочих мест

5)Операция разливки шлака  – 5 рабочих мест

 

Операции – 5

Рабочие места – 38

КЗО 5/38=0,13 – массовое производство

Объем производства за смену равен: 12136т.

 

ІІ. Процесс литья по выплавляемым моделям

 

- Изготовление модели

- Сборка формы

- Прокаливание

- Заливка форм

- Зачистка отливки

- Выбивка 

 

1)Операция изготовления  модели – 4 рабочих места

2)Операция сборки формы  – 5 рабочих мест

3) Операция прокаливание - 2 рабочих места 

4) Операция заливки - 2 рабочих места

5) Операция зачистки отливки - 3 рабочих места

6)Операция выбивки - 3 рабочих  места

 

Операции – 6

Рабочих мест – 19

КЗО 6/19=0,3 – массовое производство

Объем производства за смену равен: 163 шт.

 

  ІІІ. Слесарно-механическая обработка

 

- Слесарно-механическая  обработка на станке

- Фрезеровка наружной  поверхности концевым фрезерованием

- Сверление необходимых  отверстий  концевым фрезерованием

- Расточка имеющихся отверстий  концевым фрезерованием

 

1)Операция слесарно-механической обработки на станке – 2 рабочих места

2)Операция фрезеровка  наружной поверхности концевым  фрезерованием – 1 рабочие место

3)Операция сверление необходимых  отверстий  концевым фрезерованием  – 1 рабочих места

4)Расточка имеющихся отверстий  концевым фрезерованием – 1 рабочее место

 

Операций – 4

Рабочих мест – 5

КЗО 4/5= 0,8 – массовое производство.

Объем производства за смену равен: 53шт.

 

    Значения коэффициентов закрепления операций доменного процесса, процесса литья по выплавляемым моделям, слесарно-механической обработки соответствуют массовому производству, следовательно, производства блока цилиндров относится к массовому производству.

 

    3.1 Разработка требований к технологичности конструкции изделия

   3.1.1 Требования технологичности конструкции литой детали

  1. При разработке конструкции литой детали необходимо  беспрепятственное извлечение модели из формы. Это обеспечивается назначением соответствующих уклонов, которые устраивают на стенках отливок, перпендикулярных плоскости разъема. Модель без уклонов при извлечении разрушает форму.

    2. Отливка должна иметь равномерную толщину стенок, избегать локального скопления металла, так называемых горячих мест или термических узлов. Термический узел — место локального скопления металла, которое дольше остается горячим, и больше вероятность образования усадочных рыхлости и раковин. Так же толщина стенок оказывает влияние на массу готового изделия. Однако уменьшение толщины конструктивных элементов отливки допустимо только в определенных пределах, ограниченных условиями прочности, литейными свойствами сплавов и возможностями выбранного способа литья.

    3. Отливка не должна иметь острых углов и резких переходов от толстых стенок к тонким. Стенки, расположенные под углом друг к другу, а также стенки различной толщины должны сопрягаться плавными переходами. Это создает условия для более равномерного охлаждения отливки, уменьшает остаточные напряжения, предотвращает коробление и трещины. Для отливок из серого чугуна рекомендуются следующие радиусы закруглений: 1, 2, 3, 5, 8, 10, 16, 20, 25, 32, 40 мм.

    4.  Конструкция отливки должна быть такой, чтобы количество стержней в форме было минимальным. Это упрощает изготовление и сборку формы. Для изготовления блока цилиндра необходимо 2 стержня.

    5.Обеспечение минимальной шероховатости поверхностей отливки, для снижения объема работ по механической обработке детали. Минимальная шероховатости поверхности при литье по выплавляемым моделям составляет Rz =80...40 мкм. 

     6. Отливка должна обладать максимальной степенью точности, для снижения объема работ по механической обработке детали. При литье по выплавляемым моделям точность отливки грубее 14..16 квалитета.

    7.  При конструировании отливок должен быть применен принцип направленного затвердевания отливки. Направленное затвердевание способствует получению качественных плотных отливок без усадочных дефектов.

 

    3.1.2 Требования технологичности слесарно-механической обработки

     1. Своевременная заточка или замена режущего инструмента для снижения погрешности обработки, вызываемые размерным износом инструмента, и как следствие снижение брака продукции. Предельно допустимый радиус затупления зубьев фрез составляет  p = 30…40 мкм.

    2. Использование станков повышенной точности, для снижения погрешностей обработки, вызываемые наладкой станка.

    3. Привлечение высококвалифицированных наладчиков, от которых будет зависеть точность обработки при автоматическом получении размера на предварительно настроенном  станке. Привлечение механиков 5 разряда.

     4. Использование встречного фрезерования, при котором фрезерование осуществляется при противоположных направлениях движения фрезы и обрабатываемой заготовки в месте их контакта.  При встречном фрезеровании процесс резания происходит спокойнее, так как толщина среза нарастает плавно, следовательно, нагрузка на станок возрастает постепенно.

      5. Выбор рационального метода обработки, для сокращения машинного времени. Осуществляется за счет: увеличения количества одновременно обрабатываемых заготовок; увеличения одновременно работающих фрез.

    6. Использование торцевых твердосплавных фрез, которые обеспечивают более жесткое крепление на оправке или шпинделе, являются более производительными, чем фрезерование цилиндрическими фрезами.

      7. Применение хонингования вместо суперфиниширования, производительность при этом по сравнению с суперфинишированием в 2—4 раза выше вследствие большего количества брусков и больших давлений. Цилиндры хонингуются до шероховатости 0,32 мкм.  Число оборотов при хонинговании 250- 350 об/мин.

 

   3.1.3 Требования технологичности для доменного процесса

    1. Использование кокса с высокой механической прочностью в горячем состоянии, вследствие нахождения кокса в нижней части шихты, который воспринимает большие нагрузки от столба шихты.

    2. Отсутствие содержания мелких и больших фракций в коксе. Доменный кокс должен иметь размеры кусков не менее 25—40 мм и не более 80 мм.