Основной момент каждой концепции алюминиевых блоков цилиндров - точное определение профиля требований. Основной структурный элемент каждой концепции - рабочая поверхность цилиндра. Поскольку при применении обычных литейных алюминиевых материалов невозможно в достаточной степени реализовать свойства трения и износа, то подбирается подходящий метод для данного случая применения, оптимальный как по сроку службы рабочих поверхностей цилиндров, так и по изготовлению, а также экономически.

Большие различия имеются, как всегда, в концепциях рабочих поверхностей бензиновых и дизельных двигателей. В то время, как развитие алюминиевых рабочих поверхностей у бензиновых двигателей продвинулось очень далеко и метод ALUSIL® широко применяется в изготовлении двигателей, он до сих пор не смог пробить себе дорогу у дизельных двигателей. Поэтому заливаемые гильзы цилиндров из серого чугуна ещё регулярно применяются у дизельных двигателей. Развитие рабочих поверхностей идёт в настоящий момент в направлении покрытия данных поверхностей железом. Это производится либо способом термонапыления (плазменное покрытие), либо дуговым методом напыления проволоки, либо способом PVD. Эти новые методы освещены подробнее в последующих главах.

Обзор различных технологий рабочих поверхностей

Изображение 3

ALUSIL®-paбочие поверхности цилиндров

При методе ALUSIL® весь блок цилиндров состоит из заэвтектического алюминиево-кремниевого сплава. Для такого заэвтектического сплава характерно повышенное содержание кремния; у наиболее часто применяемого ALUSIL®- сплава (AISi17Cu4Mg) содержание кремния - 17%.

В противоположность заэвтектическому сплаву, эвтектический алюминиево-кремниевый сплав содержит только 12-13 % кремния. При такой доле кремния степень насыщения алюминия достигнута. Более высокая доля кремния приводит к тому, что при застывании расплава образуются первичные кристаллы кремния. Это означает, что та часть кремния, которая из-за насыщения алюминия кремнием не может войти в соединение с алюминием,выкристаллизовывается и откладывается среди (насыщенного) алюминиево-кремниевого сплава (эвтектика). Для облегчения выкристаллизования кремния в расплав добавляется небольшое количество фосфора. Кристаллы кремния растут вокруг гетерогенного алюминиево-фосфидного зародыша. Величина кристаллов кремния находится в пределах от 20 до 70 |jm. Данные первичные кристаллы кремния, соответствующим образом обработанные и раскрытые, без дополнительного армирования, образуют устойчивую к износу внутреннюю поверхность цилиндра для поршня и поршневых колец. Изображение 1: речь идёт о съёмке прозрачной плёнкой 1 - здесь показана с увеличением окончательно обработанная АШЗИ®-рабочая поверхность цилиндра (механическое шлифование для раскрытия). Отчётливо видны раскрытые кристаллы, выпукло лежащие в кристаллической решётке алюминия. Кристаллы кремния вырастают тем больше, чем дольше длится процесс застывания. Благодаря различной скорости охлаждения в блоке цилиндров в нижней части цилиндров образуются несколько большие кристаллы кремния, чем в верхней части, которая, в силу конструкционных особенностей, быстрее охлаждается. На изображении 2 показана трёхмерная картина шероховатости одной окончательно обработанной.

Изображение 1

Изображение 2

0axfilm - тонкая прозрачная плёнка для прямой съёмки структур поверхностей.

На изображении 3 представлены различия строения между доэвтектическим, эвтектическим и заэвтектическим алюминиево-кремниевыми сплавами

Из-за гомогенного распределения первичного кремния во всей отливке получаются в целом худшие свойства обрабатываемости со снятием стружки и меньшая стойкость инструментов, чем у стандартных алюминиевых сплавов. Меньшая скорость резания увеличивает к тому же время обработки, что негативно влияет на производственный такт выпуска.

Данная проблема при обработке может быть решена применением режущих инструментов (PKD), оснащённых алмазами. Только для изготовления отверстий в цельном материале и при нарезании резьбы не имеется инструментов, оснащённых алмазами.

Обработка рабочих поверхностей цилиндров подробно описана, начиная от главы 3.3 под названием "Обработка алюминиевых рабочих поверхностей цилиндров".

Изображения 3

а) эвтектический

б) доэвтектический с зернистой структурой

в) доэвтектический с улучшенной структурой

г) заэвтектический

Рабочие поверхности цилиндров LOKASIL®

При методе LOKASIL® стандартный сплав для литья под давлением (напр., AISi9Cu3) обогащается локально кремнием в зоне рабочих поверхностей цилиндров. Это достигается благодаря высокопористым цилиндрическим фасонным частицам из кремния, которые вкладываются в литейную форму и при методе литья прессованием (Squeeze Casting, см. такж главу "2.2.5. Прессование") под высоким давлением заливаются в блок цилиндров. Находящийся под высоким давлением (900-1000 бар) алюминиевый сплав во время процесса литья продавливается (инфильтрируется) сквозь поры кремниевых фасонных частиц (Preform).

Необходимые для армирования рабочей поверхности цилиндра кристаллы кремния имеются, таким образом, только в зоне рабочих поверхностей цилиндров. Благодаря такому местному обогащению кремнием получают свойства рабочих поверхностей, эквивалентные ALUSIL®-MeTOfly. Благодаря меньшей доле кремния в алюминиевом сплаве получают блоки цилиндров, которые, в противоположность ALUSIL -методу, до рабочих поверхностей цилиндров очень хорошо обрабатываются резанием. На изображении 1 показывается с 20-ти, соотв., 50-кратным увеличением под микроскопом разрез блока цилиндров, изготовленного LOKASIL®-Meтодом. Отчётливо видно обогащение кремнием в зоне рабочих поверхностей цилиндров (более тёмная зона).

Изображение 1

Кремний-Preforms (изобр. 2) имеется в двух различных исполнениях. Различают между LOKASIL®-! и LOKASIL®-!!. Оба исполнения перед заливкой в блок цилиндров вначале ещё обжигаются в печи. При этом выгорает связка из органической смолы и активируется неорганическая связка, связывающая кристаллы кремния вплоть до заливки.

отовая комбинация материалов содержит после заливки в блок цилиндров при LOKASIL®-! примерно 5-7% волокна и 15 % кремния. При LOKASIL®-!! - это 25 % кремния и ровно 1% неорганической связки. Размеры частиц кремния при LOKASIL®-! состаляют от 30 до 70 |JM, при LOKASIL -II - от 30 до 120 |jm. На изображении 3 показана структура LOKASIL®-!, увеличенная под микроскопом. Отчётливо видны волокна, находящиеся между кристаллами кремния. На изображении 4 показана структура LOKASIL®-!!.

Изображение 2

Рабочие поверхности цилиндров, покрытые нитридом титана

Сранительно новый метод, не применяемый ещё в серийном производстве, представляет собой покрытие рабочих поверхностей цилиндров нитридом титана (TiN) или нитридом титана и алюминия (TiAIN). Для достижения нужной износостойкости хонингованные алюминиевые рабочие поверхности цилиндров покрываются PVD-методом ("Physical Vapour Deposition": физическое отделение газообразной фазы). Толщина покрытия относительно невелика, так что структура хонингования при покрытии остаётся. Сравнительно высокие затраты и недостаточная надёжность процесса стоят, однако, на пути широкого применения данного метода.

При применении PVD-метода испаряется в вакууме существующий в твёрдой форме материал-донор. Это происходит либо путём ионной бомбардировки, либо в форме электрической дуги. На изображении 5 схематически показано, как ионизированные ионы газа аргона выбивают из материала-донора мельчайшие частицы. Испарённые или выбитые металлические частицы движутся по баллистическим орбитам через вакуумную камеру или откладываются на покрываемых поверхностях. Длительность процесса покрытия определяет требуемую толщину покрытия. Если подвести в PVD-камеру реагирующие газы, такие, как кислород, азот, или углеводороды, то могут быть отделены также оксиды, нитриды или карбиды.

Изображение 5

Покрытые никелем рабочие поверхности цилиндров

С целью достижения необходимой износостойкости рабочие поверхности цилиндров покрывались в прошлом в течение некоторого времени дисперсионным слоем никеля и карбида кремния: Ni-SiC), который наносился гальваническим способом на тонко обработанную рабочую поверхность цилиндра. В качестве названий марок стали известными оба понятия - Galnikal® и Nikasil®. Толщина никелевого слоя в среднем - от 10 до 50 |jm. В данный слой интегрированы для улучшения износостойкости твёрдые фазы из карбида кремния (7-10 объёмных %). Величина зерна интегрированного карбида кремния - 1-3 рм. В качестве основного материала блока цилиндров применимы выгодные алюминиевые сплавы, такие, как Silumin® (напр., AISi9Cu3). На изображении 2 виден разрез в увеличении под микроскопом покрытой никелем рабочей поверхности цилиндра.

Из-за неравномерной толщины никелевого слоя, возникающего при гальваническом покрытии, рабочие поверхности цилиндров после нанесения никелевого покрытия должны быть выглажены обычным хонингованием и структурированы. По сравнению с гильзой из серого чугуна никелевый слой сравнительно гладок и не имеет графитовых жил, в которых может отлагаться смазочное масло. Заключительная операция хонингования особенно важна для создания каналов распределения масла и оптимизации объёма масла, остающегося на рабочей поверхности цилиндра.

Никелевые покрытия требуют больших инвестиций в гальванические установки и устройства дезактивирования ядовитых веществ ванн предварительной подготовки.

Не в последнюю очередь также удаление образующихся никелевых шлаков негативно сказывается на стоимости производства. Покрытие никелем нашло применение, главным образом, в серийном производстве одноцилиндровых двигателей. Многоцилиндровые блоки, напротив, находят применение в серийном производстве только в единичных случаях. Были проблемы при изготовлении с пористостью чугуна на поверхности цилиндра, что имело следствием отделение слоя. Проблемы проявлялись в прошлом также при частой эксплуатации на коротких участках, во взаимосвязи с серосодержащим горючим. У двигателей, которые или вообще не достигали своей рабочей температуры, или достигали её редко, эксплуатация на коротких участках приводила к образованию конденсата, который, совместно с образующейся от сжигания серой, вёл к возникновению сернистой кислоты. Данные кислотосодержащие продукты сгорания вели к коррозии, к упомянутому отделению слоя и, в конечном счёте, к отказу от покрываемых никелем рабочих поверхностей цилиндров при серийном изготовлении двигателей для легковых автомобилей.

В противоположность к ALUSiL®-MeTOду, восстановление отверстий цилиндров в ходе среднего или капитального ремонта - включая новое никелевое покрытие - возможно только при высокой трудоёмкости и с большими трудностями. Из-за недостатка подходящих специальных предприятий это практически едва ли выполнимо. На изображении 1 показан алюминиевый ребристый цилиндр мотоциклетного двигателя с Galnikal®- покрытием.

Слои плазменного напыления на железной основе

Данный метод применяется в серии уже несколько лет. При плазменном покрытии в плазменной горелке возбуждается электрическая дуга. Подводимый плазменный газ (водород или аргон) ионизируется до состояния плазмы и покидает сопло горелки с высокой скоростью. Посредством газаносителя материал покрытия (напр., в составе 50% легированной стали и 50% молибдена) в виде порошка наносится в плазменном луче с температурой 15000-20000° С. Материал покрытия расплавляется и в жидком состоянии напрыскивается со скоростью от 80 до 100 м/с на покрываемую поверхность. В плазменный напрыскиваемый слой из железа при необходимости могут быть дополнительно интегрированы керамические материалы. Процесс происходит при атмосферном давлении. На Изображении 3 показан схематически процесс покрытия.

Полученная при плазменном покрытии толщина слоя составляет 0,18-0,22 мм. Покрытие обрабатывается окончательно хонингованием. Остающаяся после хонингования толщина слоя составляет приблизительно 0,11-0,13 мм.

На изображении 4 показан в увеличении под микроскопом разрез рабочей поверхности цилиндра с плазменным покрытием. На изображении 5 видна увеличенная рабочая поверхность готовой обработанной рабочей поверхности цилиндра. Отчётливо распознаваемы углубления в рабочей поверхности, получающиеся из пористого плазменного слоя. В углублениях может отлагаться моторное масло, что улучшает свойства трения и износа рабочей поверхности.

Благодаря плазменному покрытию увеличивается срок службы двигателя, а благодаря меньшему потреблению горючего и масла уменьшаются вредные выбросы. Благодаря малой толщине слоя плазменного покрытия можно реализовать, по отношению к заливаемым гильзам цилиндров из серого чугуна, ещё меньшие расстояния между цилиндрами, что позитивно отражается на конструктивной длине двигателя.

Лазерное легирование рабочих поверхностей цилиндров

Изображение 1

1. Лазерный луч

2. Струя порошка

3. Вращающееся лазерное оптическое устройство

4. Легированный слой

5. Оплавляемая зона

Лазерное легирование представляет собой дальнейший метод армирования кремнием рабочих поверхностей цилиндров. При лазерном легировании рабочая поверхность цилиндра изготовленного из стандартного алюминиево-кремниевого сплава (напр., AISi9Cu3) блока цилиндров с помощью вращающегося лазерного оптического устройства оплавляется и металлургически легируется параллельным подводом порошка (кремний и т.д.) (изобр. 1). Тем самым получают тонкий слой с очень тонко отделённой твёрдой фазой (в основном кремнием) в зоне внутренней поверхности цилиндра. Отверстия цилиндров после лазерного легирования должны ещё хонинговаться, и частицы кремния должны быть раскрыты. Т. к. размеры частиц малы (в пределах нескольких цм), раскрытие интегрированных кремниевых кристаллов целесообразно производится химическим травлением. Процесс раскрытия химическим травлением подробнее описан в главе "3.6.2.Различные методы раскрытия кремния".

Гильзы из серого чугуна Мокрые гильзы из серого чугуна

Данный вид конструкции находит на сегодняшний день лишь относительно редко применение в двигателях для легковых втомобилей. Причиной этого является различное поведение алюминиевого блока цилиндров и гильзы цилиндра из серого чугуна при тепловом расширении. Особенно это требует выдерживания жёстких полей допусков по длине гильзы цилиндра при изготовлении с тем, чтобы наверняка избежать проблем с уплотнением головки блока цилиндров (по данному вопросу см. также главу "2.3.1. Различные виды конструкций блоков цилиндров").

Заливаемые гильзы цилиндров из серого чугуна

Данная концепция объединяет в значительной степени весовые преимущества материала алюминия и отсутствие проблем свойств скольжения рабочих поверхностей цилиндров из серого чугуна. Изготовление производится, чаще всего, выгодным методом литья под давлением (конструкция Open-Deck). При изготовлении методом литья под давлением получаются сравнительно малые зазоры между гильзой и окружающим литьём, а также, в целом, хорошие показатели теплопроводности. Для обеспечения глухой посадки гильзы из серого чугуна в блоке применяются различные методы. Простейшим методом является изготовление с канавками по наружному диаметру (изобр. 2). Несмотря на применяемый метод литья под давлением, здесь могут быть, однако, проблемы с механическою связью и, тем самым, с глухой посадкой гильзы в блоке. Причиной этого являются оставшиеся между гильзой и алюминиевым блоком, хотя и очень маленькие, воздушные зазоры. Поэтому перешли к использованию так называемых гильз шероховатого литья (изобр. 3). Благодаря сильно изборождённой внешней наружной поверхности при заливке происходит истинное защемление гильзы материалом блока

Дальнейшее улучшение - хотя и за счёт более высоких расходов - приносит альфинирование или плазменное покрытие гильз перед заливкой. При альфинировании гильзы покрываются вначале алюминием в ванне с чистым алюминием. Тем самым возникает особая внутренняя, металлургическая связь алюминия с гильзой из серого чугуна. При данном методе речь идёт об относительно высокозатратном методе подготовки литья. Поэтому перешли - когда это необходимо, - к тому, чтобы гильзы из серого чугуна вначале с наружной стороны сделать струйной обработкой шероховатыми, а затем покрыть напыляемым плазменным слоем из алюминия. В противоположность альфинированию, при плазменном покрытии всё же не возникает металлургической связи серого чугуна с алюминием.

Нанесённые таким способом на гильзы алюминиевые слои при заливке в блок цилиндров вновь немного оплавляются и лучше соединяются с материалом блока по сравнению с гильзами без алюминиевого покрытия. Проблемы связи, которые при известных условиях могли бы появиться, можно таким способом уменьшить или их избежать.

Заливаемые алюминиевые гильзы (ALUSIL®, Silitec®)

Наряду с изготовлением монолитных блоков цилиндров из ALUSIL - материала возможно также изготовление блоков цилиндров с заливаемыми алюминиевыми гильзами с высоким содержанием кремния (ALUSIL®, Silitec®). Необходимое для армирования цилиндра обогащение кремнием существует при данном методе только в зоне рабочей поверхности цилиндра. Остальной блок цилиндров состоит из стандартного алюминиево-кремниевого сплава (напр., AISi9Cu3).

Компактное набрызгивание заливаемых гильз

Здесь речь идёт об относительно новом методе для изготовления алюминиевых гильз с высоким содержанием кремния (Silitec). Требуемый материал гильз для заливки изготавливается так называемым методом компактного набрызгивания. Ради простоты и понятности в последующем тексте применяется понятие Silitec®. Здесь в одной камере металлический расплав алюминия с помощью распыляющего газа (азот) мельчайше распыляется, и, таким образом, слой за слоем образует заготовку (изобр. 1). Форма конуса распыления обуславливает позднейшую форму полуфабриката. Принципиально с помощью данного метода возможно изготовление труб, шайб, штанг или листов непосредственно в ходе одного рабочего процесса. По технике изготовления компактное набрызгивание находится между спеканием и классическим формообразующим литьём По сравнению с обычными литейными материалами создается возможность, похоже, как и при спекании, производить материалы необычного состава. Содержание кремния при данном методе может доходить до 25%. Получают очень тонкую структуру с гомогенным распределением элементов и фаз и хорошими возможностями формоизменения.

Таким способом полученный сырой материал в форме болта перерабатывается методом непрерывного выдавливания в трубы, которые затем, распиленные на куски, применяются как заливаемые детали для блока цилиндров (изобр. 3). Для улучшения связи перед заливкой делают струйным способом наружную поверхность гильз шероховатой. Из-за опасности расплавления вНН©й"®-гильз заливка производится более быстрым методом литья под давлением.

Обработка цилиндров производится как и у прочих алюминиево-кремниевых рабочих поверхностях цилиндров. Кристаллы кремния очень тонко распределены в структуре и имеют величину 4 - 10 рм (изобр. 2). Из-за очень малых размеров частиц раскрытие кристаллов кремния при окончательной обработке рабочих поверхностей цилиндров предъявляет особые требования. У изготовленных данным методом блоков цилиндров используется поэтому в серийном производстве преимущественно раскрытие обработкой едким натром.

Полнотекстовый поиск:

Главная > Курсовая работа >Промышленность, производство

1.1 Описание детали

1.2 Анализ условий работы

1.4 Материалы для изготовления

1.4.1 Серый чугун

1.4.2 Алюминиевые сплавы

2. Технология изготовления

2.2.1 Добыча бокситов

2.2.2 Получение глинозема из руд

2.2.3. Основы электролиза криолитоглиноземных расплавов

2.3 Литье в песчаные формы

3.1 Старение и закалка

4. Механическая обработка

4.1 Установка базовых точек

Вывод по проделанной работе

1. Анализ проектируемой детали и условия её 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.н. постели для вкладышей подшипников коленчатого вала. Постели обрабатываются на специальном прецизионном оборудовании с высокой точностью.

цилиндры могут являться частью отливки (негильзованный блок), а могут иметь отдельные сменные гильзы, которые могут быть "мокрыми" или "сухими", схематично это показано на Рисуноке 2.

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, с одной стороны, несколько увеличивает стоимость двигателя и усложняет его сборку, но с другой стороны, - 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 к качеству материала и технологии отливки.

Рисунок 2 - Схематичное изображение сечения блоков различных

Вокруг каждого цилиндра выполнены резьбовые отверстия для болтов крепления головки блока как Рисуноке 3. 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.

Рисунок 3 - Отверстия болтов крепления головки блока цилиндров: 1 - проточка; 2 - деформация при отсутствии проточки

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 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 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.

Картер коленчатого вала 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

Цилиндр двигателя предназначены 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;

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

внутренние силы инерции (изгибающие силы), являющиеся результатом сил инерции при вращении и колебаниях;

внутренние силы кручения (скручивающие силы) между отдельными цилиндрами;

крутящий момент коленчатого вала и, как результат, силы реакции опор двигателя;

свободные силы и моменты инерции, как результат сил инерции при колебаниях, которые воспринимаются опорами двигателя;

Боковых сил трения возникающих 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;

Трение с элементами поршня (вызывает механический износ);

Высокая температура (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 приводит 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

Проанализировав условия работы блока-картера, в предыдущем пункте, можно выдвинуть требования к свойствам блока цилиндров двигателя внутреннего сгорания, а именно:

Жесткость является весьма важной характеристикой 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 4 , а также с увеличением ширины блока, толщины стенок. Особенно это важно для рядных многоцилиндровых двигателей (с числом цилиндров 5-6).

Рисунок 4 - Увеличение жесткости блок-картера (а) путем увеличения размера Н (б)

соосность отверстий всех постелей блока;

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

перпендикулярность осей постелей и цилиндров;

Параллельность осей постелей вспомогательных и распределительного валов (если они установлены в блоке) оси постелей коленчатого вала;

Практика показывает, что все 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

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 в бензиновых так и в дизельных двигателях алюминиевыми сплавами. Это позволяет получить значительное снижение массы. Но, преимущество в массе не единственное отличие, которое имеет место при обработке и применении другого материала. Изменяется также акустика, антикоррозионные свойства, требования к производству обработке и объемы сервисного обслуживания.

1.4.1Серый 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. Хорошие свойства, прочность и простая обработка делают блок-картер из серого чугуна и сегодня конкурентоспособным. Благодаря высокой прочности, бензиновые двигатели М 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 новы только для дизельных двигателей. Плотность алюминиевых сплавов составляет примерно треть по сравнению с серым чугуном. Однако, это не значит, что 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);

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.

1.4.3 Табличные данные по материалам

Ниже я дам табличные сравнение 2х марок чугуна(СЧ25 и СЧ35), 2х марок алюминия(АЛ2 и АЛ4) и одной марки марганцевого сплава(МЛ4) из которых можно делать отливки блока-картера.

Таблица 1 - Классификация

Таблица 2 - Химический состав в % материала СЧ25 и СЧ35

Таблица 3 - Химический состав в % материала АЛ2

Таблица 4 - Химический состав в % материала АЛ4

Таблица 5 - Химический состав в % материала МЛ4

Таблица 6 - Механические свойства при Т=20 o С

Таблица 7 - Физические свойства материала СЧ25 и СЧ 35

Таблица 8 - Физические свойства материала АЛ2 и АЛ4

Таблица 9 - Физические свойства материала МЛ4

Обозначения:

HB - Твердость по Бринеллю, [МПа]

T - Температура, при которой получены данные свойства, [Град]

E - Модуль упругости первого рода, [МПа]

 - Коэффициент температурного (линейного) расширения (диапазон 20 o - T) ,

 - Коэффициент теплопроводности (теплоемкость материала) , [Вт/(м·град)]

 - Плотность материала, [кг/м 3 ]

C - Удельная теплоемкость материала (диапазон 20 o - T), [Дж/(кг·град)]

R - Удельное электросопротивление, [Ом·м]

Вывод: Для своего алюминиевого блока-картера двигателя я буду 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.

2. Технология изготовления

2.1 Технологическая схема производства

2.2 Описание каждого технологического этапа

2.2.1 Добыча бокситов

Рудами алюминия могут служить лишь породы, богатые глиноземом (Al 2 O 3) и залегающие крупными массами на поверхности земли. К таким породам относятся бокситы, нефелины - (Na, K) 2 OּAl 2 O 3 ּ2SiO 2 , алуниты - (Na, K) 2 SO 4 ּAl 2 (SO 4) 3 ּ4Al(OH) 3 и каолины (глины), полевой шпат (ортоклаз) - K 2 OּAl 2 O 3 ּ6SiO 2 .

Основной рудой для получения алюминия являются бокситы. Бокситы-важнейшая алюминиевая руда. На долю бокситов приходится основная часть мирового производства глинозема. Бокситы являются сложной горной породой, алюминий в которых находится в виде гидроксидов-диаспора и бемита (одноводные оксиды), гиббсита или гидраргиллита (трехводный оксид). Наряду с гидроксидами часть алюминия может находиться в бокситах в виде корунда, каолинита и других минералов.

Алюминий в них содержится в виде гидроокисей Al(OH), AlOOH, корунда Al 2 O 3 и каолинита Al 2 O 3 ּ2SiO 2 ּ2H 2 O. Химический состав бокситов сложен: 28-70% глинозема; 0,5-20% кремнезема; 2-50% окиси железа; 0,1-10% окиси титана. В последнее время в качестве руды стали применять нефелины и алуниты. Нефелин (KּNa 2 OּAl 2 O 3 ּ2SiO 2) входит в состав апатитонефелиновых пород (на Кольском полуострове).

Наиболее важным является Североуральское месторождение бокситов в Свердловской области. Североуральскне бокситы - диаспор-бемитовые и диаспоровые; основная масса их характеризуется высоким содержанием А1 2 O 3 (52-54 %) и низким содержанием кремнезема (3-5%); содержание Fе 2 О 3 в этих бокситах 21-28%. Добыча бокситов ведется подземным (шахтным) способом с глубины до 700 м. Содержание оксида углерода (IV) -СОа в добываемых бокситах (2,5-3,5%) и серы (около 1 %) высокое, что снижает их качество. Часть месторождений находится в районах, трудных для освоения, и непригодна для разработки более эффективным открытым способом.

Ряд месторождений бокситов бемит-диаспорового типа открыт на Южном Урале в Челябинской области и Башкирской области. Южноуральские бокситы характеризуются повышенным содержанием кремнезема и оксида углерода (IV), а также высокой твердостью. Их добывают также подземным способом. Добываемые бокситы в среднем содержат, % (по массе): А1 2 O 3 50-53; SiO 2 5-10 и Fе 2 О 3 21-22.

2.2.2 Получение глинозема из руд

Глинозем получают тремя способами: щелочным, кислотным и электролитическим. Наибольшее распространение имеет щелочной способ (метод К. И. Байера, разработанный в России в конце позапрошлого столетия и применяемый для переработки высокосортных бокситов с небольшим количеством (до 5-6%) кремнезема). С тех пор техническое выполнение его было существенно улучшено. Схема производства глинозема по способу Байера представлена на Рисунке 5.

Рисунок 5 - Схема производства глинозема по способу Байера

Сущность способа состоит в том, что алюминиевые растворы быстро разлагаются при введении в них гидроокиси алюминия, а оставшийся от разложения раствор после его выпаривания в условиях интенсивного перемешивания при 169-170 о С может вновь растворять глинозем, содержащийся в бокситах. Этот способ состоит из следующих основных операций:

1). Подготовки боксита, заключающийся в его дроблении и измельчении в мельницах; в мельницы подают боксит, едкую щелочь и небольшое количество извести, которое улучшает выделение Al 2 O 3 ; полученную пульпу подают на выщелачивание;

2). Выщелачивания боксита (в последнее время применяемые до сих пор блоки автоклав круглой формы частично заменены трубчатыми автоклавами, в которых при температурах 230-250°С (500-520 К) происходит выщелачивание), заключающегося в химическом его разложении от взаимодействия с водным раствором щелочи; гидраты окиси алюминия при взаимодействии со щелочью переходят в раствор в виде алюмината натрия:

AlOOH+NaOH→NaAlO 2 +H 2 O

Al(OH) 3 +NaOH→NaAlO 2 +2H 2 O;

SiO 2 +2NaOH→Na 2 SiO 3 +H 2 O;

в растворе алюминат натрия и силикат натрия образуют нерастворимый натриевый алюмосиликат; в нерастворимый остаток переходят окислы титана и железа, предающие остатку красный цвет; этот остаток называют красным шламом. По окончании растворения полученный алюминат натрия разбавляют водным раствором щелочи при одновременном понижении температуры на 100°С;

3). Отделения алюминатного раствора от красного шлама обычно осуществляемого путем промывки в специальных сгустителях; в результате этого красный шлам оседает, а алюминатный раствор сливают и затем фильтруют (осветляют). В ограниченных количествах шлам находит применение, например, как добавка к цементу. В зависимости от сорта бокситов на 1 т полученной окиси алюминия приходится 0,6-1,0 т красного шлама (сухого остатка);

4). Разложения алюминатного раствора. Его фильтруют и перекачивают в большие емкости с мешалками (декомпозеры). Из пересыщенного раствора при охлаждении на 60°С (330 К) и постоянном перемешивании извлекается гидроокись алюминия Al(OH) 3 . Так как этот процесс протекает медленно и неравномерно, а формирование и рост кристаллов гидроокиси алюминия имеют большое значение при ее дальнейшей обработке, в декомпозеры добавляют большое количество твердой гидроокиси - затравки:

Na 2 OּAl 2 O 3 +4H 2 O→Al(OH) 3 +2NaOH;

5). Выделения гидроокиси алюминия и ее классификации; это происходит в гидроциклонах и вакуум-фильтрах, где от алюминатного раствора выделяют осадок, содержащий 50-60% частиц Al(OH). Значительную часть гидроокиси возвращают в процесс декомпозиции как затравочный материал, которая и остается в обороте в неизменных количествах. Остаток после промывки водой идет на кальцинацию; фильтрат также возвращается в оборот (после концентрации в выпарных аппаратах - для выщелачивания новых бокситов);

6). Обезвоживания гидроокиси алюминия (кальцинации); это завершающая операция производства глинозема; ее осуществляют в трубчатых вращающихся печах, а в последнее время также в печах с турбулентным движением материала при температуре 1150-1300 о С; сырая гидроокись алюминия, проходя через вращающуюся печь, высушивается и обезвоживается; при нагреве происходят последовательно следующие структурные превращения:

Al(OH) 3 →AlOOH→ γ-Al 2 O 3 → α-Al 2 O 3

В окончательно прокаленном глиноземе содержится 30-50% α-Al 2 O 3 (корунд), остальное γ-Al 2 O 3 . Этим способом извлекается 85-87% от всего получаемого глинозема. Полученная окись алюминия представляет собой прочное химическое соединение с температурой плавления 2050 о С.

2.2.3 Основы электролиза криолитоглиноземных расплавов

Электролиз криолитоглиноземных расплавов является основным способом получения алюминия, хотя некоторое количество алюминиевых сплавов получается электротермическим способом.

Первые промышленные электролизеры были на силу тока до 0,6 кА и за последующие 100 лет она возросла до 300 кА. Тем не менее, это не внесло существенных изменений в основы производственного процесса.

Общая схема производства алюминия представлена на Рисунке 5 Основным агрегатом является электролизер. Электролит представляет собой расплав криолита с небольшим избытком фторида алюминия, в котором растворен глинозем. Процесс ведут при переменных концентрациях глинозема приблизительно от 1 до 8 % (масс.). Сверху в ванну опущен угольный анод, частично погруженный в электролит. Существуют два основных типа расходуемых анодов: самообжигающиеся и предварительно обожженные. Первые используют тепло электролиза для обжига анодной массы, состоящей из смеси кокса-наполнителя и связующего – пека. Обожженные аноды представляют собой предварительно обожженную смесь кокса и пекового связующего.

Рисунок 6 - Схема производства алюминия из глинозема.

Расплавленный алюминий при температуре электролиза (950 – 960°С) тяжелее электролита и находится на подине электролизера. Криолитоглиноземные расплавы – очень агрессивны, противостоять которым могут углеродистые и некоторые новые материалы. Из них и выполняется внутренняя футеровка электролизера.

Для преобразования переменного тока в постоянный на современных заводах применяются полупроводниковые выпрямители с напряжением 850В и коэффициентом преобразования 98,5%, установленные в кремниевой преобразовательной подстанции (КПП). Один выпрямительный агрегат дает ток силой до 63 кА. Число таких агрегатов зависит от необходимой силы тока, так как все они включены параллельно.

Процесс, протекающий в электролизере, состоит в электролитическом разложении глинозема, растворенного в электролите. На жидком алюминиевом катоде выделяется алюминий, который периодически выливается с помощью вакуум-ковша и направляется в литейное отделение на разливку или миксер, где в зависимости от дальнейшего назначения металла готовятся сплавы с кремнием, магнием, марганцем, медью или проводится рафинирование. На аноде происходит окисление выделяющимся кислородом углерода. Отходящий анодный газ представляет собой смесь СО 2 и СО.

Электролизеры обычно снабжены укрытиями, отводящими отходящие газы, и системой очистки. Это снижает выделение вредных веществ в атмосферу. Технологический процесс требует, чтобы укрытие было герметично для обеспечения отсоса газа в коллектор с помощью вентиляторов. В удаляемых газах от электролизеров преобладают диоксид углерода (большая часть оксида углерода дожигается либо над электролитом, либо в специальных горелках после газосборного колокола), азот, кислород, газообразные и твердые фториды и частицы глиноземной пыли. Для их удаления и возвращения в процесс применяются различные технологические схемы.

Современные электролизеры оборудованы системой автоматического питания глиноземом (АПГ) с периодом загрузки 10 – 30 мин.

Суммарная реакция, происходящая в электролизере, может быть представлена уравнением

Таким образом, теоретически на процесс электролиза расходуются глинозем и углерод анода, а также электроэнергия, необходимая не только для осуществления электролитического процесса – разложения глинозема, но и для поддержания высокой рабочей температуры. Практически расходуется и некоторое количество фтористых солей, которые испаряются и впитываются в футеровку. Количество сырья для получения 1 т алюминия представлено в Таблице 10:

Таблица 10 - Количество сырья для получения 1 т алюминия

Производство алюминия является одним из самых энергоемких процессов, поэтому алюминиевые заводы строят вблизи источников энергии.

Все материалы, поступающие на электролиз, должны иметь минимальное количество примесей более электроположительных, чем алюминий (железо, кремний, медь и др.), так как эти примеси при электролизе практически полностью переходят в металл.

2.2.4 Электротермическое получение алюминиево-кремниевых сплавов

Получить чистый алюминий непосредственным восстановлением его оксида невозможно. Карботермические процессы требуют высоких температур (около 2000°С) для восстановления глинозема и при отсутствии сплавообразующих компонентов металл связывается с углеродом, давая карбид алюминия (А1 4 С 3). Известно, что карбид алюминия и алюминий растворимы друг в друге и образуют весьма тугоплавкие смеси. Кроме того, А1 4 С 3 растворяется в А1 2 О 3 , поэтому в результате восстановления оксида алюминия углеродом получаются смеси алюминия, карбида и оксида, имеющие высокие температуры плавления. Выпустить такую массу из печи обычно не представляется возможным. Даже если это и удается сделать, потребуются большие затраты на разделение.

В нашей стране впервые в мире разработан и осуществлен в промышленном масштабе с достаточно высокими технико-экономическими показателями способ получения силикоалюминия (алюминиево-кремниевых сплавов).

Общая технологическая схема производства алюминиево-кремниевых сплавов представлена на Рисунке 7. В качестве исходного сырья, кроме каолинов (Al 2 O 3 ×2SiO 2 ×2H 2 O), могут быть использованы кианиты (Al 2 O 3 ×SiO 2), дистенсиллиманиты (Al 2 O 3 ×SiO 2) и низкожелезистые бокситы.

Сплав после электроплавки поступает на очистку от неметаллических примесей. Для этого подают флюс, состоящий из смеси криолита и хлорида натрия, который смачивает эти примеси и "собирает" их. Рафинированный силикоалюминий имеет средний состав (%): А1 – 61; Si – 36; Fe – 1,7; Ti – 0,6; Zr – 0,5; Ca – 0,7. Этот сплав не годится для производства силумина и требует очистки от железа. Наиболее распространен способ очистки марганцем, который образует с железом тугоплавкие интерметаллиды.

Рисунок 7 - Общая схема производства алюминиево-кремниевых сплавов

Полученный сплав разбавляют техническим электролитическим алюминием или вторичным алюминием до состава, отвечающего различным сортам силуминов, и разливают в слитки.

Преимущества такого способа получения силумина перед сплавлением электролитического алюминия с кристаллическим кремнием состоят в следующем: большая мощность единичного агрегата – современные печи имеют мощность 22,5 MB×A, что примерно в 30 раз выше мощности электролизера на 160 кА, а, следовательно, уменьшение грузопотоков, снижение капитальных затрат и затрат труда; применение сырья с низким кремниевым модулем, запасы которого в природе достаточно велики.

Теоретически из алюминиево-кремниевого сплава можно выделить различными приемами чистый алюминий. Однако из-за сложности аппаратурного и технологического оформления в промышленности эти способы в настоящее время не реализуются.

2.3 Литье в песчаные формы

Этот способ литья очень разнообразен и применяется для изготовления отливок почти любой конфигурации из большинства известных литейных сплавов. В настоящее время литьем в песчаные формы изготавливается около 80 % всех отливок по массе. Технологический процесс производства отливок в данном способе литья разнообразен по уровню механизации (особенно при изготовлении литейных форм и стержней), начиная от ручного труда и кончая автоматизированными формовочно-заливочными комплексами с электронной схемой управления. Сущность процесса заключается в изготовлении отливок свободной заливкой расплавленного металла в песчаную форму. После затвердевания и охлаждения отливки осуществляется ее выбивка с одновременным разрушением формы. Однако литье в песчаные формы имеет крупный недостаток, отливки не имеют точных механических размеров, нужно давать припуск на механическую обработку и усадку.

Что касается точности, то литьем в песчаные формы можно получать отливки с шероховатостью поверхности Rа = 80–10 и с точностью, соответствующей 14–17-му квалитетам и грубее. В то же время, если форма изготовлена из обычной песчано-глинистой смеси, то шероховатость поверхности отливки находится в пределах Rа 80 – Rа 40. При использовании песчано-масляных смесей шероховатость отливок находится в пределах Rа 80 – Rа 20, а при использовании хромомагнезитовых смесей может достигать Rа 20 – Rа 5,0.

Для изготовления песчаных форм используют формовочные и стержневые смеси, приготовленные из кварцевых и глинистых песков (ГОСТ 2138-74), формовочных глин (ГОСТ 3226-76), связующих и вспомогательных материалов. Выполнение полостей в отливках осуществляют с помощью стержней, изготавливаемых в основном по горячим (220-300 °С) стержневым ящикам. Для этой цели используют плакированный кварцевый песок или смесь песка с термореактивной смолой и катализатором. Для изготовления стержней широко используют однопозиционные пескострельные автоматы и установки, а также карусельные многопозиционные установки. Стержни, подвергающиеся сушке, изготавливают на встряхивающих, пескодувных и пескострельных машинах или вручную из смесей масляными (4ГУ, С) или водорастворимыми связующими. Продолжительность сушки (от 3 до 12 ч) зависит от массы и размеров стержня и определяется обычно опытным путем. Температуру сушки назначают в зависимости от природы связующего: для масляных связующих 250-280 °С, а для водорастворимых 160-200 °С. Для изготовления крупных массивных стержней все большее применение получают смеси холодного твердения (ХТС) или жидкодвижные самотвердеющие смеси (ЖСС). Смеси холодного твердения в качестве связующего содержат синтетические смолы, а катализатором холодного твердения обычно служит ортофосфорная кислота. Смеси ЖСС содержат поверхностно-активное вещество, способствующее образованию пены.

Соединение стержней в узлы производят склейкой или путем заливки алюминиевых расплавов в специальные отверстия в знаковых частях. Усадка сплава при охлаждении обеспечивает необходимую прочность соединения.

Плавное без ударов и завихрений заполнение литейных форм обеспечивается применением расширяющихся литниковых систем с соотношением площадей сечений основных элементов Fст: Fшп: Fпит 1:2:3; 1:2:4; 1:3:6 соответственно для нижнего, щелевого или многоярусного подвода металла к полости литейной формы. Скорость подъема металла в полости литейной формы не должна превышать 4,5/6, где 6 - преобладающая толщина стенок отливки, см. Минимальную скорость подъема металла в форме (см/с) определяют по формуле А. А. Лебедева Vmin = 3/§.

Тип литниковой системы выбирают с учетом габаритов отливки, сложности ее конфигурации и расположения в форме. Заливку форм для отливок сложной конфигурации небольшой высоты осуществляют, как правило, с помощью нижних литниковых систем. При большой высоте отливок и тонких стенках предпочтительно применение вертикально-щелевых или комбинированных литниковых систем. Формы для отливок малых размеров допустимо заливать через верхние литниковые системы. При этом высота падения струп металла в полость формы не должна превышать 80 мм.

Для уменьшения скорости движения расплава при входе в полость литейной формы и лучшего отделения взвешенных в нем оксидных плен и шлаковых включений в литниковые системы вводят дополнительные гидравлические сопротивления - устанавливают сетки (металлические или из стеклоткани) или ведут заливку через зернистые фильтры.

Литники (питатели), как правило, подводят к тонким сечениям (стенкам) отливок рассредоточенно по периметру с учетом удобств и их последующего отделения при обработке. Подвод металла в массивные узлы недопустим, так как вызывает образование в них усадочных раковин, макрорыхлот и усадочных "провалов" на поверхности отливок. В сечении литниковые каналы чаще всего имеют прямоугольную форму с размером широкой стороны 15-20 мм, а узкой 5-7 мм.

Сплав АЛ4 с узким интервалом кристаллизации предрасположен к образованию концентрированных усадочных раковин в тепловых узлах отливок. Для выведения этих раковин за пределы отливок широко используют установку массивных прибылей. Для тонкостенных (4-5 мм) и мелких отливок масса прибыли в 2-3 раза превышает массу отливок, для толстостенных-до 1,5 раз. Высоту прибыли выбирают в зависимости от высоты отливки. При высоте менее 150 мм высоту прибыли Нприб принимают равной высоте отливки Нотл. Для более высоких отливок отношение Нприб/Нотл принимают равным 0,3-0,5. Соотношение между высотой прибыли и ее толщиной составляет в среднем 2-3. Наибольшее применение при литье алюминиевых сплавов находят верхние открытые прибыли круглого или овального сечения; боковые прибыли в большинстве случаев делают закрытыми. Для повышения эффективности работы прибылей их утепляют, заполняют горячим металлом, доливают. Утепление обычно осуществляют наклейкой на поверхность формы листового асбеста с последующей подсушкой газовым пламенем.

Заливку песчаных форм металлом ведут из ковшей, футерованных огнеупорным материалом. Перед заполнением металлом ковши со свежей футеровкой сушат и прокаливают при 780-800 °С для удаления влаги. Температуру расплава перед заливкой поддерживаю на уровне 720-780 °С. Формы для тонкостенных отливок заполняют расплавами, нагретыми до 730-750 °С, а для толстостенных до 700-720 °С.

Возможные дефекты отливок, причины и меры по их устранению.

Недоливы и спаи. Образуются от не слившихся потоков металла, затвердевающих до заполнения формы. Возможные причины: холодный металл, питатели малого сечения.Усадочные раковины – закрытые внутренние полости в отливках с рваной поверхностью. Возникают вследствие усадки сплавов, недостаточного питания. Устраняют с помощью прибылей.

Горячие трещины в отливках возникают в процессе кристаллизации и усадки металла при переходе из жидкого состояния в твердое при температуре, близкой к температуре солидуса. Склонность сплава к образованию горячих трещин увеличивается при наличии неметаллических включений, газов, серы и других примесей. Образование горячих трещин вызывают резкие перепады толщин стенок, острые углы, выступающие части. Высокая температура заливки также повышает вероятность образования горячих трещин. Для предупреждения образования горячих трещин в отливках необходимо обеспечивать одновременное охлаждение толстых и тонких частей отливок; увеличивать податливость литейных форм; по возможности снижать температуру заливки сплава.

Пригар – трудноудаляемый слой формовочной или стержневой смеси, приварившийся к отливке. Возникает при недостаточной огнеупорности смеси или слишком большой температуре металла.

Песчаные раковины – полости в теле отливки, заполненные формовочной смесью. Возникают при недостаточной прочности формовочной смеси.

Газовые раковины – полости отливки округлой формы с гладкой окисленной поверхностью. Возникают при высокой влажности и низкой газопроницаемости формы.

Перекос. Возникает из-за неправильной центровки.

Преимущества:

Конфигурация 1…6 групп сложности.

Возможность механизировать производство.

Дешевизна изготовления отливок.

Возможность изготовления отливок большой массы.

Отливки изготовляют из всех литейных сплавов, кроме тугоплавких.

Недостатки:

Плохие санитарные условия.

Большая шероховатость поверхности.

Толщина стенок > 3мм.

Вероятность дефектов больше, чем при др. способах литья.

Целесообразность и область применения

Этот способ литья экономически целесообразен при любом характере производства, для деталей любых массы, конфигурации, габаритов, для получения отливок практически из всех литейных сплавов. Этот способ литья является основным для производства отливок из чугуна и стали в различных отраслях машиностроения. А для изготовления массивных, крупногабаритных отливок это единственный способ литья. Данный способ литья накладывает определенные ограничения на толщину стенок изготавливаемых отливок.

3. Улучшение механических свойств

3.1 Старение и закалка

Для сплава АЛ4 рекомендуются два режима термической обработки. Режим Т1: старение при температуре 175±5°С в течение 5-17 ч, охлаждение на воздухе. Режим Т6: закалка - нагрев при температуре 535± 5°C в течение 2-6 ч, охлаждение в воде при 20- 100°С +старение при 175±5°С в течение 10-15 ч, охлаждение на воздухе.

Электронно-микроскопическое исследование структуры сплава АЛ4 показало, что старение закаленного сплава при температуре 175°С, 10 ч сопровождается выделением метастабильной β"-фазы и большого количества частиц кремния, равномерно распределенных в зернах твердого раствора.

При этом предварительный кратковременный высокотемпературный нагрев на первой ступени старения как бы затормаживает процесс выделения кремния. Это, возможно, связано с уменьшением количества вакансий, сохранившихся в процессе закалки и необходимых для локализации атомов кремния, предшествующей его выделению.

Нагрев на первой ступени способствует равномерному распределению игольчатых выделений метастабильной β"-фазы при более низких температурах и приводит к измельчению структуры, получаемой после нагрева на второй ступени при температуре 160°С.

Микроструктура сплава в литом состоянии: α-твердый раствор, кремний, входящий в состав эвтектики α+Si, при наличии примеси железа фаза AlSiFeMn, при малом содержании марганца фаза Al 5 FeSi. Мелкодисперсные частицы фазы Mg 2 Si можно наблюдать с помощью оптического (микроскопа лишь в очень медленно охлажденном при кристаллизации сплаве. Термическая обработка приводит к некоторой коагуляции кремния, растворению упрочняющей фазы Mg 2 Si; железосодержащие фазы не изменяются. Пережог сопровождается коагуляцией частиц кремния; на отдельных участках наблюдается выплавление эвтектики α+Si, которая при вторичном выделении кристаллизуется в мелкозернистой форме.

4. Механическая обработка

Технология механической обработки блока предполагает:

Соосность 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 распределительного валов (если они установлены в блоке) оси постелей коленчатого вала.

Практика показывает, что все 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.

4.1 Установка базовых точек

Базовой поверхностью или базовыми точками на детали называются поверхности и точки, которыми деталь ориентируется относительно режущего инструмента при обработке. Понятно, что и в литейном и в механическом цехах замер и обработка точных отливок должны производиться относительно одних и тех же баз.

Иногда за базу принимается литейная необрабатываемая поверхность, но в некоторых случаях первичной базой может служить и обработанная поверхность детали. В последнем случае для объективной оценки выпускаемых из литейного цеха отливок удобнее создавать эту первичную базу в литейном цехе, производя необхо димую механическую обработку базовой поверхности.

Серийное производство предусматривает обработку больших партий детали, поэтому неточность в наладке технологического процесса механической обработки может привести к браку большого количества отливок ввиду крайне ограниченных припусков на литье.

4.2 Получение коренных опор коленвала (постель коленвала) и установка гильз

Помощью ранее полученных базовых поверхностей на горизонтально расточном станке мы получили соосные отверстия всех постелей коленвала.

Постели в блоке образованы с помощью крышек коренных подшипников, болты которых перед обработкой затягиваются с определенным моментом. Форма и размер отверстий постелей после обработки обычно в той или иной степени зависит от момента затяжки болтов. Поэтому при сборке двигателя следует придерживаться рекомендаций завода-изготовителя. Крышки подшипников обычно стягиваются болтами диаметром 10+12 мм, редко - больше. Крышки коренных подшипников обязательно центрируются на блоке, чем обеспечивается необходимая форма постели после затяжки болтов (отсутствие перекосов, овальности и конусности). Это достигается различными способами которые показаны на Рисунке - 8. Наиболее распространено центрирование по боковым поверхностям (варианты а и б), как наиболее простое в производстве, хотя этот способ не обеспечивает идеальной геометрии постели. Довольно часто встречается и более точное, но сложное центрирование с помощью втулок, установленных в отверстиях блока и крышек (вариант в). Редко применяется центрирование крышки двумя штифтами (вариант г).

Рисунок - 8. Способы крепления крышек коренных подшипников коленчатого вала к блок-картеру

Так как мой блок картер отлит из алюминиево-кремниевого сплава он будет иметь конструкцию "алюминиевого блока с "сухими" гильзами.

На первом этапе для определения размеров и конфигурации гильз и их изготовления производится детальный обмер блока цилиндров.

Затем на специализированном расточном станке отверстия цилиндров растачивались под установку гильз. Далее положение блока на станке проверяют по верхней плоскости - в идеале она параллельна нижней и может быть также принята за базу. Иногда идут еще дальше: при поиске центра (оси цилиндра) проверяют с помощью индикатора положение стенки цилиндра по вертикали в двух направлениях - поперечном и продольном. Поэтому ставят блок на нижнюю плоскость и растачивают, настраиваясь по верхней части цилиндра. При этом в качестве технологической базы используются отверстия коренных опор блока, благодаря чему обеспечивалось строгое соблюдение перпендикулярности оси отверстий цилиндров относительно оси коленчатого вала.

В расточенные отверстия гильзы устанавливались с натягом 0,07-0,08 мм таким образом, чтобы выборки на гильзах под противовесы коленчатого вала совпали с соответствующими выборками блока цилиндров.

После установки гильз производилось их растачивание в номинальный размер (с учетом припуска на хонингование 0,06-0,08 мм), подрезка торцов и заходной фаски.

Финишная операция - хонингование выполнялось на хонинговальном станке. Хонингование выполнялось в три приема: черновое хонингование, чистовое хонингование (в обоих случаях керамическими брусками) и крацевание щетками, состоящими из нейлоновых волокон, армированных карбидами кремния.

Вывод по проделанной работе

В моей курсовой работе разработана сквозная технология производства блока цилиндров двигателя внутреннего сгорания. В которой я описал сам блок цилиндров и проанализировал условия его работы. После чего сформулировал требования предъявляемые к блоку ДВС и выбрал материал для изготовления(АЛ 4).

После анализа и выбора материала мной была составлена технология изготовления блока. Для нее я составил технологическую схему этапов его производства и описал их. В описании технологических этапов я подробно пишу о том как, производится выбранный мной материал для блока, а именно добыча бокситов, переработку глинозема, выплавка из него алюминия и получение готовых слитков нужного состава и с требуемыми физическими и механическими свойствами. Полученный материал идет на изготовление отливок блока ДВС путем литья в песчаные формы. Этот способ выбран мной потому как он экономически целесообразен при любом характере производства, для деталей любых массы, конфигурации, габаритов, для получения отливок практически из всех литейных сплавов. После получения отливок блока проходит их термическая и механическая доводка до готовой детали для сборки ДВС.

Список использованной литературы

Колодин Э. А., Свердлин В. А., Свобода Р. В. Производство обожженных анодов алюминиевых электролизеров. – М.: Металлургия, 1980, – 84 с.

Дальский А.Н., Арутюнова И.А., Технология конструкционных материалов, Учебник. – М.: Машиностроение 1985. – 450 с.

Справочник металлурга по цветным металлам "Производство алюминия".

Терентьев В.Г., Школьников Р.М., Гринберг И.С., Черных А.Е., Зельберг Б.И., Чалых В.И. "Производство алюминия", 1998.

Борисоглевский Ю.В., Галевский Г.В., Кулагин Н.М., Минцис М.Я., Сиратзутдинов Г.А., "Металлургия алюминия". М.: Металлургия, 1999.

Матюнин В.М. Карпман М.Г., Фетисов Г.П. Материаловедение и технология металлов, 2002.

Д. Парфенов "Обработка цветных металлов: борьба противоречий" - издание Аналитического центра "Национальная металлургия" 2004.

А.Э. Хрулев Ремонт двигателей зарубежных автомобилей 1999.

циклов двигателя . Первые рабочие циклы происходят в... 15 мм со сквозным отверстием диаметром 9,5 ...

Блок цилиндров как литая деталь; назначение: основа двигателя внутреннего сгорания. Знакомство с особенностями разработки технологии производства блока цилиндров двигателя Камаз-740. Общая характеристика технологической схемы производства детали.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

" Разработка и совершенствование технологии производства блока цилиндров двигателя Камаз-740 "

В ведение

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 . Т еоретический 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.

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;

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);

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:

Таблица 1 - механические свойства материалов

S в - Предел кратковременной прочности, МПа

S T - 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 . Р азработка технологии производства детали

2.1 Технологическая схема производства детали

б лок цилиндр технологическ ий схе м а

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.

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. О пределение 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.

3. Использование кокса с высокой пористостью, чем выше пористость, тем интенсивнее происходит горение кокса. Пористость колеблется в пределах 35 - 50 % от объема всего куска.

5.Обеспечение минимального колебания влажности в коксе, для обеспечения заданного теплового режима печи, при загрузке кокса по массе. Содержание влаги в коксе при сухом тушении не превышает 1%.

6. Использование железной руды с высоким содержанием железа (50-60%), для повышения производительности и экономичности работы печи.

7. Использование флюсов, для понижения температуры плавления пустой породы, ошлакования золы кокса и получения жидкоподвижного шлака с высокой серопоглатительной способностью. В качестве флюсов используют доломит, известняк и известь в соотношении 1,0:(3,5-3,6):(0,5-0,6).

8. Применение высоконагретого дутья для снижения расхода кокса. При повышении температуры дутья от 1000 до 1200 °С, расход кокса снижается на 4,5 %.

9. Автоматизация распределение дутья и природного газа, при этом производительность печей увеличивается на 2--4 % и расход кокса снижается на 1-- 3 %.

10. Повышение давления газа на колошнике до 0,18 МН*м, для улучшения условий восстановления железа, снижения расхода кокса и уменьшения выноса колошниковой пыли.

Вывод: в данном разделе были сформулированы основные требования технологичности к трем процессам производства головки блока цилиндров КМЗ из серого специального чугуна, а именно требования к детали, получаемой литьем по выплавляемым моделям, требования к процессу слесарно-механической обработки детали, полученной литьем, и требования к доменному процессу литья чушек из серого чугуна.

Так же в данном разделе был рассчитан коэффициент закрепления операций, которые соответствуют массовому производству, следовательно, производства блока цилиндров относится к массовому производству.

4. Совершенствование технологии производства блока цилиндров

В прошлой работе при изготавлении блока цилиндров двигателя Камаз-740 была использована технология литья по выплавляемым моделям, но в процессе модернизации литья был заменен старый способ, на способ литья по газифицируемым моделям из пенопласта.

Литье по газифицируемым моделям -- одна из последних современных и перспективных технологий, позволяющих значительно снизить себестоимость готовой продукции предприятий машиностроительного профиля.

4 .1 Литье по газифицируемым моделям

Для повышения рентабельности любого производства главным резервом является поиск надежной, простой и высокопроизводительной замены для устаревшей технологии, используемой на предприятии.

Сравнительно недавно появившаяся в России технология литья по газифицируемым моделям, или сокращенно ЛГМ, в наибольшей степени отвечает этим критериям, если говорить о литейном производстве.

В технологии литья по пенопластовым моделям создание модели отливки означает уже наполовину получить саму отливку. Материал, из которого сделана модель отливки, -- пенополистирол. Такой же материал применяется для изготовления упаковок, разовой посуды, а также в качестве теплоизоляции при утеплении наружных стен зданий.

Пенополитирол относится к твердым пенам, которые в физической химии определяются как дисперсия газа в твердом веществе, или, точнее, ячеисто-пленочная дисперсная система. В случае технологии ЛГМ матрицей служит полистирол, а диспергируется («дробится» и «рассеивается») газ.

Пенопластовую матрицу изготавливают для серии отливок модели «задуванием» гранул полистирола в легкие алюминиевые пресс-формы, не имеющие особых сложностей в изготовлении, часто многоместные, с последующим вспениванием гранул при нагреве пресс-форм.

Для разовых и крупных отливок (иногда весом до нескольких тонн) применяют вырезание моделей из плит пенополистирола нагретой нихромовой проволокой или фрезой, по шаблонам.

Модель и полученная по ней отливка имеют высокую точность. Для фрезеровки используют специальное оборудование, речь о котором пойдет ниже. В процессе литья расплавленный металл, вследствие высокой температуры, испаряет материал модели и замещает ее.

Именно в этом и состоит основной принцип технологии литья по газифицируемым моделям, который определяет ее название по принятой терминологии в литейном производстве и делает ее уникальной. Традиционно применяемый способ получения отливок имеет предварительную операцию по удалению модели перед заливкой. Это приводит, во-первых, к снижению производительности процесса, а во-вторых, к снижению качества получаемых деталей.

В ЛГМ модель остается в форме, в этом и кроется «секрет» точности получаемых отливок, поскольку литье происходит в неподвижном окружающем песке. Для целей безопасности и улучшения условий труда из контейнера с формой газы откачивают насосом -- разрежение поддерживают примерно пол-атмосферы.

Для уникальных отливок (крупногабаритных штампов для кузовов автомобильного производства и т. п.) используют трубчатые газовыводные каналы с поджиганием выходящего из них газа от термодеструкции моделей, чем практически полностью переводят этот газ путем горения в двуокись углерода и пары воды.

Модели отливок производятся на специальных участках с автоклавным оборудованием. Применяются различные варианты вспенивания, специальные позволяют сократить время спекания моделей до 1,52 мин. при толщине стенки получаемой по моделям в последующем отливки 5..10 мм и выше.

Для серийного производства поставляются полуавтоматы, цикл производства моделей на которых составляет около 23 мин. и которые пригодны также для производства фасонной упаковки, легкой тары, декоративных, шумо- и теплоизолирующих панелей с торцевым замком.

Цех для литья изделий по технологии ЛГМ обычно имеет следующие участки: модельный, формовочный, плавильный, очистной.

Они имеют примерно одинаковые площади и оснащаются относительно простым оборудованием. Вся формовка состоит из засыпки сухого песка с вибрацией контейнера до одной минуты.

При этом нет необходимости в применении массивных высокоточных машин прессования, встряхивания, устройств сборки форм, свойственных традиционным видам формовки. Акцент внимания перенесен на производство моделей с плотностью материала 2 527 кг/куб. м, поскольку качество выполнения модели в основном определяет качество отливки.

После заливки металла и удаления готовой отливки из разрушаемой формы производят оборотное охлаждение песка. Для этого используют пневмопоток. Повторное использование находит примерно 97% песка, потери этого оборота составляют просыпи и отсев мелкой фракции, который выполняют во избежание его запыления. Кроме того, применяют осаждение в циклонах пыли при прохождении отсасываемых газов из формы и дожигание отходящих газов. Для черных и цветных сплавов используется одинаковое оборудование, которое благодаря своей простоте может быть изготовлено в обычных механических мастер ских.

Технология литья по газифицируемой модели возникла во второй половине прошлого века наряду с такими процессами, как вакуумная формовка, непрерывное литье, литье под низким давлением, импульсная формовка и другими современными литейными технологиями. Они широко востребованы на машиностроительных производствах.

В частности, ЛГМ используется в США и Китае, широко применяется на заводах General Motors, Ford Motors, Fiat в составе полуавтоматических и автоматических линий. Сейчас в мире, по оценке экспертов, по пенополистироловым моделям производят ~1,4% от всего количества литья -- свыше 1 млн т/год, по прогнозам в ближайшем будущем эта технология займет до 20% мирового литья. В России, тем не менее, ЛГМ все еще остается новым и «многообещающим» способом литья. Например, в 2005 году этим способом произведено 0,1% литья.

Тем временем, применение технологии ЛГМ подтвердило свою высокую эффективность во всем мире. Существенное снижение затрат на единицу продукции происходит за счет следующих факторов.

Прежде всего, это снижение себестоимости за счет используемых материалов. Это экономит не менее 100 долларов с одной тонны литья, а размещение отливок по всему объему контейнера дает экономию по шихте металла и электроэнергии.

Трудоемкость финишных операций сокращается на 1 020% при единичном и на 60% при серийном производстве.

Очень выгодно применение этой технологии при литье партий сложных отливок из износостойких сталей, например, шнеки для машин производства кирпича, зубила, молотки и детали дробилок, вследствие существенного снижения затрат на их механообработку. Также льют без ограничений колеса, звездочки, корпуса, сантехнику, головки и блоки цилиндров бензиновых и дизельных двигателей, художественные, парковые и другие отливки.

Новый способ позволил сделать двигатель легче, изготовленного по традиционной технологии, на 5 кг. Простота и доступность оборудования позволяет легко разместить участки по газифицируемым моделям при кузнях, участках термообработки, ремонтных и других цехах.

4 .1.1 Преимущества литья по газифицируемым моделям

Главные достоинства этого метода -- возможность получения отливок высокого качества при существенном сокращении трудоемкости и себестоимости процесса.

Суть данного способа литья заключается в следующем. Модель детали, предварительно изготовленную из пенопласта, засыпают песком. Жидкий металл заливается в форму, превращая пенополистирол в газ.

При этом металл замещает собой пенопластовую модель и принимает форму модели. Технология литья по газифицируемым моделям не требует изготовления прессформ, и это позволяет изготавливать единичные отливки при невысокой стоимости.

Эта технология позволяет использовать для литья различные металлы: бронза, чугун, сталь, латунь, алюминий. Поскольку модели из пенополистирола не ограничены ни по размеру, ни по форме, технологию литья по газифицируемым моделям используют для отливок любой массы.

Этот способ литья позволяет сократить затраты на оборудование и материалы, уменьшить число технологических операций и снизить отходы производства.

Более того, качество изготовленной модели позволяет снизить затраты на финишную обработку и даже отказаться от нее.

Зачастую литьем по газифицируемым моделям получают точные и сложные отливки, которые иногда другими способами получить невозможно.

Именно поэтому этот способ очень эффективен для изготовления различной машиностроительной продукции, например, впускные и выпускные патрубки, головки и блоки цилиндров автомобильных двигателей (Рис.6).

Рисунок 7- впускные и выпускные патрубки, головки и блоки цилиндров автомобильных двигателей.

4.1.2 Применение ЛГМ

Применение ЛГМ -- недорогой способ перехода к технологии производства высокотехнологичной наукоемкой продукции. Использование эффективных технологий литья позволяет, например, немецким машиностроителям экспортировать до 27% отливок, импортируя руду и металл, в том числе и из России.

Ниже приводится расчет затрат на организацию цеха литья по газифицируемым моделям, составленный на основе рекомендаций специалистов института ФТИМС.

4.1.3 Стоимость организации литейного цеха ЛГМ

Подобный цех позволяет отливать любые детали, максимальная масса отлитой детали ограничена лишь объемом печей и ковшей, толщина стенок не ограничена, к примеру, изготовление многотонных штампов. Качество поверхности обеспечивается огнеупорными красками из недефицитных материалов.

Масса необходимого жидкого металла, например, для получения 2 500 тонн в год отливок соответствует показателю для традиционных технологий литья (в случае применения ЛГМ выше выход годного на 10-20%), поэтому:

¦ коэффициент годных отливок -- 0,96,

¦ на литники, прибыли и остатки в ковше теряется около 1 части изготавливаемой детали,

¦ объем производства 5 000 т/год, соответственно 416,7 т/мес.; 17,4 т/сутки, в том числе возвратные собственные отходы металла переплавляются повторно.

Для деталей массой от 0,2 до 20 килограммов используют печи типа ИСТ-0,5, двухтигельные, при работе минимум в 2 смены в сутки. Сменная производительность такой печи в среднем составляет 3,5-4,0 т/смену -- 7-8 т/сутки. Минимальное количество печей составит -- 3 штуки.

Технология ЛГМ предполагает наличие минимально 2-хучастков/цехов:

¦ модельного, который может быть размещен на втором этаже, так как плотность моделей около 26 кг/куб. м,

¦ формовочно-заливочного.

Модельный участок имеет площад ки:

¦ предварительного подвспени- вания и хранения пенополистирола;

¦ сборки и задувки пресс-форм;

¦ спекания пресс-форм;

¦ хранения и сборки моделей в «кусты»;

¦ покраски и сушки моделей и «кустов»;

¦ хранения готовых к заливке моделей.

Формовочно-заливочный участок должен иметь следующие участки:

¦ сборки и формовки моделей в контейнерах,

¦ заливки,

¦ охлаждения,

¦ удаления деталей из контейнеров и высыпки песка,

¦ хранения, подготовки и регенерации формовочного песка,

¦ нейтрализации газов и пыли,

¦ разделки, очистки и хранения отливок,

¦ подготовки и хранения шихты,

¦ площадки печей,

¦ системы водооборота (при необходимости)

5 . А нализ двух технологий

Подобные документы

Техническая характеристика автомобиля КАМАЗ-6522. Правила разборки и сборки двигателя машины; выявление возможных дефектов и способы их устранения. Холодная и горячая обкатка двигателя. Ознакомление с технологией восстановления головки блока цилиндров.

презентация , добавлен 02.09.2014


Описание механизма и технические характеристики двигателя ЗМЗ 4063. Порядок выполнения операций разборки-сборки блока цилиндров и головки блока. Технологический процесс ремонта головки и блока цилиндров двигателя. Диагностика отремонтированного двигателя.

дипломная работа , добавлен 12.07.2012


Описание конструктивных особенностей блока цилиндров двигателя ВАЗ-2112, виды его износа и основные дефекты. Технологические операции по восстановлению пробоин и раковин в блоке цилиндров клеевыми композициями. Восстановление резьбы в отверстиях блока.

курсовая работа , добавлен 08.07.2014


Физические явления, обуславливающие возникновение основных видов износов рабочих поверхностей блока цилиндров. Основные дефекты блока цилиндров двигателя ЗМЗ-24Д. Восстановление трещин методом аргонодуговой сварки, пробоин и раковин клеевыми композициями.

курсовая работа , добавлен 03.07.2011


Изучение сущности рабочего цикла. Характеристика чередования тактов в двигателях ЗИЛ-130 и ЗМЗ-24. Описание устройства блока цилиндров двигателя КамАЗ и механизмов уплотнения гильз цилиндров от утечки жидкостей и газов. Устройство термостата ЗиЛ-130.

контрольная работа , добавлен 31.05.2010


Конструктивные особенности головки блока цилиндров на автомобиле. Технологические характеристики и свойства сплавов Д20 и Д21. Снятие и установка головки блока цилиндров на автомобиле ВАЗ. Разборка, сборка, проверка технического состояния, ремонт детали.

курсовая работа , добавлен 10.11.2010


Технологии, используемые для ремонта цилиндров и гильз автомобильных двигателей. Характеристика и технологические особенности плосковершинного хонингования как окончательной доводки при обработке цилиндров двигателя с применением специальных инструментов.

контрольная работа , добавлен 05.03.2015


Условия работы детали и перечень возможных дефектов. Обоснование маршрута восстановления и разработка карты. Расчет режимов выполнения технологических операций. Оценка ремонтопригодности детали и технико-экономические показатели разработанной технологии.

курсовая работа , добавлен 27.06.2011


Тепловой расчет двигателя, характерные объёмы цилиндров. Параметры состояния газа перед впускными клапанами. Индикаторные показатели двигателя. Определение масс движущихся частей кривошипно-шатунного механизма. Нагрузочная характеристика двигателя.

курсовая работа , добавлен 07.01.2014


Кинематика и динамика ДВС, приведение масс частей кривошипно-шатунного механизма. Расчет поршня, кольца и пальца бензинового двигателя. Конструкция поршневой головки шатуна бензинового двигателя. Расчет гильзы и шпильки головки блока цилиндров ДВС.

1.1 Описание детали

1.2 Анализ условий работы

1.4.1 Серый чугун

1.4.2 Алюминиевые сплавы

2. Технология изготовления

2.2.1 Добыча бокситов

2.2.3. Основы электролиза криолитоглиноземных расплавов

2.3 Литье в песчаные формы

3.1 Старение и закалка

4. Механическая обработка

4.1 Установка базовых точек

Вывод по проделанной работе

1. Анализ проектируемой детали и условия её 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.н. постели для вкладышей подшипников коленчатого вала. Постели обрабатываются на специальном прецизионном оборудовании с высокой точностью.

Сами цилиндры могут являться частью отливки (негильзованный блок), а могут иметь отдельные сменные гильзы, которые могут быть "мокрыми" или "сухими", схематично это показано на Рисуноке 2.

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, с одной стороны, несколько увеличивает стоимость двигателя и усложняет его сборку, но с другой стороны, - 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 к качеству материала и технологии отливки.

Рисунок 2 - Схематичное изображение сечения блоков различных

Вокруг каждого цилиндра выполнены резьбовые отверстия для болтов крепления головки блока как Рисуноке 3. 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.

Рисунок 3 - Отверстия болтов крепления головки блока цилиндров: 1 - проточка; 2 - деформация при отсутствии проточки

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 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 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.

Картер коленчатого вала 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

Цилиндр двигателя предназначены 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;

· Силы воздействия газов, которые воспринимаются резьбовыми соединениями головки блока цилиндров и опорами коленчатого вала;

· внутренние силы инерции (изгибающие силы), являющиеся результатом сил инерции при вращении и колебаниях;

· внутренние силы кручения (скручивающие силы) между отдельными цилиндрами;

· крутящий момент коленчатого вала и, как результат, силы реакции опор двигателя;

· свободные силы и моменты инерции, как результат сил инерции при колебаниях, которые воспринимаются опорами двигателя;

· Боковых сил трения возникающих 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;

· Трение с элементами поршня (вызывает механический износ);

· Высокая температура (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 приводит 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

Проанализировав условия работы блока-картера, в предыдущем пункте, можно выдвинуть требования к свойствам блока цилиндров двигателя внутреннего сгорания, а именно:

· Жесткость является весьма важной характеристикой 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 4 , а также с увеличением ширины блока, толщины стенок. Особенно это важно для рядных многоцилиндровых двигателей (с числом цилиндров 5-6).

Рисунок 4 - Увеличение жесткости блок-картера (а) путем увеличения размера Н (б)

· соосность отверстий всех постелей блока;

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

· перпендикулярность осей постелей и цилиндров;

· Параллельность осей постелей вспомогательных и распределительного валов (если они установлены в блоке) оси постелей коленчатого вала;

· Практика показывает, что все 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

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 в бензиновых так и в дизельных двигателях алюминиевыми сплавами. Это позволяет получить значительное снижение массы. Но, преимущество в массе не единственное отличие, которое имеет место при обработке и применении другого материала. Изменяется также акустика, антикоррозионные свойства, требования к производству обработке и объемы сервисного обслуживания.

1.4.1Серый 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. Хорошие свойства, прочность и простая обработка делают блок-картер из серого чугуна и сегодня конкурентоспособным. Благодаря высокой прочности, бензиновые двигатели М 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 новы только для дизельных двигателей. Плотность алюминиевых сплавов составляет примерно треть по сравнению с серым чугуном. Однако, это не значит, что 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.

1.4.3 Табличные данные по материалам

Ниже я дам табличные сравнение 2х марок чугуна(СЧ25 и СЧ35), 2х марок алюминия(АЛ2 и АЛ4) и одной марки марганцевого сплава(МЛ4) из которых можно делать отливки блока-картера.

Таблица 1 - Классификация

Таблица 2 - Химический состав в % материала СЧ25 и СЧ35

Таблица 3 - Химический состав в % материала АЛ2

Таблица 5 - Химический состав в % материала МЛ4

Таблица 6 - Механические свойства при Т=20 o С

Таблица 7 - Физические свойства материала СЧ25 и СЧ 35

Таблица 8 - Физические свойства материала АЛ2 и АЛ4

Таблица 9 - Физические свойства материала МЛ4

Обозначения:

HB - Твердость по Бринеллю, [МПа]

T - Температура, при которой получены данные свойства, [Град]

E - Модуль упругости первого рода, [МПа]

a - Коэффициент температурного (линейного) расширения (диапазон 20 o - T) ,

l - Коэффициент теплопроводности (теплоемкость материала) , [Вт/(м·град)]

r - Плотность материала, [кг/м 3 ]

C - Удельная теплоемкость материала (диапазон 20 o - T), [Дж/(кг·град)]

R - Удельное электросопротивление, [Ом·м]

Вывод: Для своего алюминиевого блока-картера двигателя я буду 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.

2.Технология изготовления

2.1 Технологическая схема производства

2.2 Описание каждого технологического этапа

2.2.1 Добыча бокситов

Рудами алюминия могут служить лишь породы, богатые глиноземом (Al 2 O 3) и залегающие крупными массами на поверхности земли. К таким породам относятся бокситы, нефелины - (Na, K) 2 OּAl 2 O 3 ּ2SiO 2 , алуниты - (Na, K) 2 SO 4 ּAl 2 (SO 4) 3 ּ4Al(OH) 3 и каолины (глины), полевой шпат (ортоклаз) - K 2 OּAl 2 O 3 ּ6SiO 2 .

Основной рудой для получения алюминия являются бокситы. Бокситы-важнейшая алюминиевая руда. На долю бокситов приходится основная часть мирового производства глинозема. Бокситы являются сложной горной породой, алюминий в которых находится в виде гидроксидов-диаспора и бемита (одноводные оксиды), гиббсита или гидраргиллита (трехводный оксид). Наряду с гидроксидами часть алюминия может находиться в бокситах в виде корунда, каолинита и других минералов.

Алюминий в них содержится в виде гидроокисей Al(OH), AlOOH, корунда Al 2 O 3 и каолинита Al 2 O 3 ּ2SiO 2 ּ2H 2 O. Химический состав бокситов сложен: 28-70% глинозема; 0,5-20% кремнезема; 2-50% окиси железа; 0,1-10% окиси титана. В последнее время в качестве руды стали применять нефелины и алуниты. Нефелин (KּNa 2 OּAl 2 O 3 ּ2SiO 2) входит в состав апатитонефелиновых пород (на Кольском полуострове).

Наиболее важным является Североуральское месторождение бокситов в Свердловской области. Североуральскне бокситы - диаспор-бемитовые и диаспоровые; основная масса их характеризуется высоким содержанием А1 2 O 3 (52-54 %) и низким содержанием кремнезема (3-5%); содержание Fе 2 О 3 в этих бокситах 21-28%. Добыча бокситов ведется подземным (шахтным) способом с глубины до 700 м. Содержание оксида углерода (IV) -СОа в добываемых бокситах (2,5-3,5%) и серы (около 1 %) высокое, что снижает их качество. Часть месторождений находится в районах, трудных для освоения, и непригодна для разработки более эффективным открытым способом.

Ряд месторождений бокситов бемит-диаспорового типа открыт на Южном Урале в Челябинской области и Башкирской области. Южноуральские бокситы характеризуются повышенным содержанием кремнезема и оксида углерода (IV), а также высокой твердостью. Их добывают также подземным способом. Добываемые бокситы в среднем содержат, % (по массе): А1 2 O 3 50-53; SiO 2 5-10 и Fе 2 О 3 21-22.

2.2.2 Получение глинозема из руд

Глинозем получают тремя способами: щелочным, кислотным и электролитическим. Наибольшее распространение имеет щелочной способ (метод К. И. Байера, разработанный в России в конце позапрошлого столетия и применяемый для переработки высокосортных бокситов с небольшим количеством (до 5-6%) кремнезема). С тех пор техническое выполнение его было существенно улучшено. Схема производства глинозема по способу Байера представлена на Рисунке 5.

Рисунок 5 - Схема производства глинозема по способу Байера

Сущность способа состоит в том, что алюминиевые растворы быстро разлагаются при введении в них гидроокиси алюминия, а оставшийся от разложения раствор после его выпаривания в условиях интенсивного перемешивания при 169-170 о С может вновь растворять глинозем, содержащийся в бокситах. Этот способ состоит из следующих основных операций:

1). Подготовки боксита, заключающийся в его дроблении и измельчении в мельницах; в мельницы подают боксит, едкую щелочь и небольшое количество извести, которое улучшает выделение Al 2 O 3 ; полученную пульпу подают на выщелачивание;

2). Выщелачивания боксита (в последнее время применяемые до сих пор блоки автоклав круглой формы частично заменены трубчатыми автоклавами, в которых при температурах 230-250°С (500-520 К) происходит выщелачивание), заключающегося в химическом его разложении от взаимодействия с водным раствором щелочи; гидраты окиси алюминия при взаимодействии со щелочью переходят в раствор в виде алюмината натрия:

AlOOH+NaOH→NaAlO 2 +H 2 O

Al(OH) 3 +NaOH→NaAlO 2 +2H 2 O;

SiO 2 +2NaOH→Na 2 SiO 3 +H 2 O;

в растворе алюминат натрия и силикат натрия образуют нерастворимый натриевый алюмосиликат; в нерастворимый остаток переходят окислы титана и железа, предающие остатку красный цвет; этот остаток называют красным шламом. По окончании растворения полученный алюминат натрия разбавляют водным раствором щелочи при одновременном понижении температуры на 100°С;

3). Отделения алюминатного раствора от красного шлама обычно осуществляемого путем промывки в специальных сгустителях; в результате этого красный шлам оседает, а алюминатный раствор сливают и затем фильтруют (осветляют). В ограниченных количествах шлам находит применение, например, как добавка к цементу. В зависимости от сорта бокситов на 1 т полученной окиси алюминия приходится 0,6-1,0 т красного шлама (сухого остатка);

4). Разложения алюминатного раствора. Его фильтруют и перекачивают в большие емкости с мешалками (декомпозеры). Из пересыщенного раствора при охлаждении на 60°С (330 К) и постоянном перемешивании извлекается гидроокись алюминия Al(OH) 3 . Так как этот процесс протекает медленно и неравномерно, а формирование и рост кристаллов гидроокиси алюминия имеют большое значение при ее дальнейшей обработке, в декомпозеры добавляют большое количество твердой гидроокиси - затравки:

Na 2 OּAl 2 O 3 +4H 2 O→Al(OH) 3 +2NaOH;

5). Выделения гидроокиси алюминия и ее классификации; это происходит в гидроциклонах и вакуум-фильтрах, где от алюминатного раствора выделяют осадок, содержащий 50-60% частиц Al(OH). Значительную часть гидроокиси возвращают в процесс декомпозиции как затравочный материал, которая и остается в обороте в неизменных количествах. Остаток после промывки водой идет на кальцинацию; фильтрат также возвращается в оборот (после концентрации в выпарных аппаратах - для выщелачивания новых бокситов);

6). Обезвоживания гидроокиси алюминия (кальцинации); это завершающая операция производства глинозема; ее осуществляют в трубчатых вращающихся печах, а в последнее время также в печах с турбулентным движением материала при температуре 1150-1300 о С; сырая гидроокись алюминия, проходя через вращающуюся печь, высушивается и обезвоживается; при нагреве происходят последовательно следующие структурные превращения:

Al(OH) 3 →AlOOH→ γ-Al 2 O 3 → α-Al 2 O 3

В окончательно прокаленном глиноземе содержится 30-50% α-Al 2 O 3 (корунд), остальное γ-Al 2 O 3 . Этим способом извлекается 85-87% от всего получаемого глинозема. Полученная окись алюминия представляет собой прочное химическое соединение с температурой плавления 2050 о С.

2.2.3 Основы электролиза криолитоглиноземных расплавов

Электролиз криолитоглиноземных расплавов является основным способом получения алюминия, хотя некоторое количество алюминиевых сплавов получается электротермическим способом.

Первые промышленные электролизеры были на силу тока до 0,6 кА и за последующие 100 лет она возросла до 300 кА. Тем не менее, это не внесло существенных изменений в основы производственного процесса.

Общая схема производства алюминия представлена на Рисунке 5 Основным агрегатом является электролизер. Электролит представляет собой расплав криолита с небольшим избытком фторида алюминия, в котором растворен глинозем. Процесс ведут при переменных концентрациях глинозема приблизительно от 1 до 8 % (масс.). Сверху в ванну опущен угольный анод, частично погруженный в электролит. Существуют два основных типа расходуемых анодов: самообжигающиеся и предварительно обожженные. Первые используют тепло электролиза для обжига анодной массы, состоящей из смеси кокса-наполнителя и связующего – пека. Обожженные аноды представляют собой предварительно обожженную смесь кокса и пекового связующего.

Рисунок 6 - Схема производства алюминия из глинозема.

Расплавленный алюминий при температуре электролиза (950–960°С) тяжелее электролита и находится на подине электролизера. Криолитоглиноземные расплавы – очень агрессивны, противостоять которым могут углеродистые и некоторые новые материалы. Из них и выполняется внутренняя футеровка электролизера.

Для преобразования переменного тока в постоянный на современных заводах применяются полупроводниковые выпрямители с напряжением 850В и коэффициентом преобразования 98,5%, установленные в кремниевой преобразовательной подстанции (КПП). Один выпрямительный агрегат дает ток силой до 63 кА. Число таких агрегатов зависит от необходимой силы тока, так как все они включены параллельно.

Процесс, протекающий в электролизере, состоит в электролитическом разложении глинозема, растворенного в электролите. На жидком алюминиевом катоде выделяется алюминий, который периодически выливается с помощью вакуум-ковша и направляется в литейное отделение на разливку или миксер, где в зависимости от дальнейшего назначения металла готовятся сплавы с кремнием, магнием, марганцем, медью или проводится рафинирование. На аноде происходит окисление выделяющимся кислородом углерода. Отходящий анодный газ представляет собой смесь СО 2 и СО.

Электролизеры обычно снабжены укрытиями, отводящими отходящие газы, и системой очистки. Это снижает выделение вредных веществ в атмосферу. Технологический процесс требует, чтобы укрытие было герметично для обеспечения отсоса газа в коллектор с помощью вентиляторов. В удаляемых газах от электролизеров преобладают диоксид углерода (большая часть оксида углерода дожигается либо над электролитом, либо в специальных горелках после газосборного колокола), азот, кислород, газообразные и твердые фториды и частицы глиноземной пыли. Для их удаления и возвращения в процесс применяются различные технологические схемы.

Современные электролизеры оборудованы системой автоматического питания глиноземом (АПГ) с периодом загрузки 10–30 мин.

Суммарная реакция, происходящая в электролизере, может быть представлена уравнением

Таким образом, теоретически на процесс электролиза расходуются глинозем и углерод анода, а также электроэнергия, необходимая не только для осуществления электролитического процесса – разложения глинозема, но и для поддержания высокой рабочей температуры. Практически расходуется и некоторое количество фтористых солей, которые испаряются и впитываются в футеровку. Количество сырья для получения 1 т алюминия представлено в Таблице 10:

Таблица 10 - Количество сырья для получения 1 т алюминия

Производство алюминия является одним из самых энергоемких процессов, поэтому алюминиевые заводы строят вблизи источников энергии.

Все материалы, поступающие на электролиз, должны иметь минимальное количество примесей более электроположительных, чем алюминий (железо, кремний, медь и др.), так как эти примеси при электролизе практически полностью переходят в металл.

2.2.4 Электротермическое получение алюминиево-кремниевых сплавов

Получить чистый алюминий непосредственным восстановлением его оксида невозможно. Карботермические процессы требуют высоких температур (около 2000°С) для восстановления глинозема и при отсутствии сплавообразующих компонентов металл связывается с углеродом, давая карбид алюминия (А1 4 С 3). Известно, что карбид алюминия и алюминий растворимы друг в друге и образуют весьма тугоплавкие смеси. Кроме того, А1 4 С 3 растворяется в А1 2 О 3 , поэтому врезультате восстановления оксида алюминия углеродом получаются смеси алюминия, карбида и оксида, имеющие высокие температуры плавления. Выпустить такую массу из печи обычно не представляется возможным. Даже если это и удается сделать, потребуются большие затраты на разделение.

В нашей стране впервые в мире разработан и осуществлен в промышленном масштабе с достаточно высокими технико-экономическими показателями способ получения силикоалюминия (алюминиево-кремниевых сплавов).

Общая технологическая схема производства алюминиево-кремниевых сплавов представлена на Рисунке 7. В качестве исходного сырья, кроме каолинов (Al 2 O 3 ×2SiO 2 ×2H 2 O), могут быть использованы кианиты (Al 2 O 3 ×SiO 2), дистенсиллиманиты (Al 2 O 3 ×SiO 2) и низкожелезистые бокситы.

Сплав после электроплавки поступает на очистку от неметаллических примесей. Для этого подают флюс, состоящий из смеси криолита и хлорида натрия, который смачивает эти примеси и "собирает" их. Рафинированный силикоалюминий имеет средний состав (%): А1 – 61; Si – 36; Fe – 1,7; Ti – 0,6; Zr – 0,5; Ca – 0,7. Этот сплав не годится для производства силумина и требует очистки от железа. Наиболее распространен способ очистки марганцем, который образует с железом тугоплавкие интерметаллиды.

Рисунок 7 - Общая схема производства алюминиево-кремниевых сплавов

Полученный сплав разбавляют техническим электролитическим алюминием или вторичным алюминием до состава, отвечающего различным сортам силуминов, и разливают в слитки.

Преимущества такого способа получения силумина перед сплавлением электролитического алюминия с кристаллическим кремнием состоят в следующем: большая мощность единичного агрегата – современные печи имеют мощность 22,5 MB×A, что примерно в 30 раз выше мощности электролизера на 160 кА, а, следовательно, уменьшение грузопотоков, снижение капитальных затрат и затрат труда; применение сырья с низким кремниевым модулем, запасы которого в природе достаточно велики.

Теоретически из алюминиево-кремниевого сплава можно выделить различными приемами чистый алюминий. Однако из-за сложности аппаратурного и технологического оформления в промышленности эти способы в настоящее время не реализуются.

2.3 Литье в песчаные формы

Этот способ литья очень разнообразен и применяется для изготовления отливок почти любой конфигурации из большинства известных литейных сплавов. В настоящее время литьем в песчаные формы изготавливается около 80 % всех отливок по массе. Технологический процесс производства отливок в данном способе литья разнообразен по уровню механизации (особенно при изготовлении литейных форм и стержней), начиная от ручного труда и кончая автоматизированными формовочно-заливочными комплексами с электронной схемой управления. Сущность процесса заключается в изготовлении отливок свободной заливкой расплавленного металла в песчаную форму. После затвердевания и охлаждения отливки осуществляется ее выбивка с одновременным разрушением формы. Однако литье в песчаные формы имеет крупный недостаток, отливки не имеют точных механических размеров, нужно давать припуск на механическую обработку и усадку.

Что касается точности, то литьем в песчаные формы можно получать отливки с шероховатостью поверхности Rа = 80–10 и с точностью, соответствующей 14–17-му квалитетам и грубее. В то же время, если форма изготовлена из обычной песчано-глинистой смеси, то шероховатость поверхности отливки находится в пределах Rа 80 – Rа 40. При использовании песчано-масляных смесей шероховатость отливок находится в пределах Rа 80 – Rа 20, а при использовании хромомагнезитовых смесей может достигать Rа 20 – Rа 5,0.

Для изготовления песчаных форм используют формовочные и стержневые смеси, приготовленные из кварцевых и глинистых песков (ГОСТ 2138-74), формовочных глин (ГОСТ 3226-76), связующих и вспомогательных материалов. Выполнение полостей в отливках осуществляют с помощью стержней, изготавливаемых в основном по горячим (220-300 °С) стержневым ящикам. Для этой цели используют плакированный кварцевый песок или смесь песка с термореактивной смолой и катализатором. Для изготовления стержней широко используют однопозиционные пескострельные автоматы и установки, а также карусельные многопозиционные установки. Стержни, подвергающиеся сушке, изготавливают на встряхивающих, пескодувных и пескострельных машинах или вручную из смесей масляными (4ГУ, С) или водорастворимыми связующими. Продолжительность сушки (от 3 до 12 ч) зависит от массы и размеров стержняи определяется обычно опытным путем. Температуру сушки назначают в зависимости от природы связующего: для масляных связующих 250-280 °С, а для водорастворимых 160-200 °С. Для изготовления крупных массивных стержней все большее применение получают смеси холодного твердения (ХТС) или жидкодвижные самотвердеющие смеси (ЖСС). Смеси холодного твердения в качестве связующего содержат синтетические смолы, а катализатором холодного твердения обычно служит ортофосфорная кислота. Смеси ЖСС содержат поверхностно-активное вещество, способствующее образованию пены.

Соединение стержней в узлы производят склейкой или путем заливки алюминиевых расплавов в специальные отверстия в знаковых частях. Усадка сплава при охлаждении обеспечивает необходимую прочность соединения.

Плавное без ударов и завихрений заполнение литейных форм обеспечивается применением расширяющихся литниковых систем с соотношением площадей сечений основных элементов Fст: Fшп: Fпит 1:2:3; 1:2:4; 1:3:6 соответственно для нижнего, щелевого или многоярусного подвода металла к полости литейной формы. Скорость подъема металла в полости литейной формы не должна превышать 4,5/6, где 6 - преобладающая толщина стенок отливки, см. Минимальную скорость подъема металла в форме (см/с) определяют по формуле А. А. Лебедева Vmin = 3/§.

Тип литниковой системы выбирают с учетом габаритов отливки, сложности ее конфигурации и расположения в форме. Заливку форм для отливок сложной конфигурации небольшой высоты осуществляют, как правило, с помощью нижних литниковых систем. При большой высоте отливок и тонких стенках предпочтительно применение вертикально-щелевых или комбинированных литниковых систем. Формы для отливок малых размеров допустимо заливать через верхние литниковые системы. При этом высота падения струп металла в полость формы не должна превышать 80 мм.

Для уменьшения скорости движения расплава при входе в полость литейной формы и лучшего отделения взвешенных в нем оксидных плен и шлаковых включений в литниковые системы вводят дополнительные гидравлические сопротивления - устанавливают сетки (металлические или из стеклоткани) или ведут заливку через зернистые фильтры.

Литники (питатели), как правило, подводят к тонким сечениям (стенкам) отливок рассредоточенно по периметру с учетом удобств и их последующего отделения при обработке. Подвод металла в массивные узлы недопустим, так как вызывает образование в них усадочных раковин, макрорыхлот и усадочных "провалов" на поверхности отливок. В сечении литниковые каналы чаще всего имеют прямоугольную форму с размером широкой стороны 15-20 мм, а узкой 5-7 мм.

Сплав АЛ4 с узким интервалом кристаллизации предрасположен к образованию концентрированных усадочных раковин в тепловых узлах отливок. Для выведения этих раковин за пределы отливок широко используют установку массивных прибылей. Для тонкостенных (4-5 мм) и мелких отливок масса прибыли в 2-3 раза превышает массу отливок, для толстостенных-до 1,5 раз. Высоту прибыли выбирают в зависимости от высоты отливки. При высоте менее 150 мм высоту прибыли Нприб принимают равной высоте отливки Нотл. Для более высоких отливок отношение Нприб/Нотл принимают равным 0,3-0,5. Соотношение между высотой прибыли и ее толщиной составляет в среднем 2-3. Наибольшее применение при литье алюминиевых сплавов находят верхние открытые прибыли круглого или овального сечения; боковые прибыли в большинстве случаев делают закрытыми. Для повышения эффективности работы прибылей их утепляют, заполняют горячим металлом, доливают. Утепление обычно осуществляют наклейкой на поверхность формы листового асбеста с последующей подсушкой газовым пламенем.

Заливку песчаных форм металлом ведут из ковшей, футерованных огнеупорным материалом. Перед заполнением металлом ковши со свежей футеровкой сушат и прокаливают при 780-800 °С для удаления влаги. Температуру расплава перед заливкой поддерживаю на уровне 720-780 °С. Формы для тонкостенных отливок заполняют расплавами, нагретыми до 730-750 °С, а для толстостенных до 700-720 °С.

Возможные дефекты отливок, причины и меры по их устранению.

· Недоливы и спаи. Образуются от не слившихся потоков металла, затвердевающих до заполнения формы. Возможные причины: холодный металл, питатели малого сечения.Усадочные раковины – закрытые внутренние полости в отливках с рваной поверхностью. Возникают вследствие усадки сплавов, недостаточного питания. Устраняют с помощью прибылей.

· Горячие трещины в отливках возникают в процессе кристаллизации и усадки металла при переходе из жидкого состояния в твердое при температуре, близкой к температуре солидуса. Склонность сплава к образованию горячих трещин увеличивается при наличии неметаллических включений, газов, серы и других примесей. Образование горячих трещин вызывают резкие перепады толщин стенок, острые углы, выступающие части. Высокая температура заливки также повышает вероятность образования горячих трещин. Для предупреждения образования горячих трещин в отливках необходимо обеспечивать одновременное охлаждение толстых и тонких частей отливок; увеличивать податливость литейных форм; по возможности снижать температуру заливки сплава.

· Пригар – трудноудаляемый слой формовочной или стержневой смеси, приварившийся к отливке. Возникает при недостаточной огнеупорности смеси или слишком большой температуре металла.

· Песчаные раковины – полости в теле отливки, заполненные формовочной смесью. Возникают при недостаточной прочности формовочной смеси.

· Газовые раковины – полости отливки округлой формы с гладкой окисленной поверхностью. Возникают при высокой влажности и низкой газопроницаемости формы.

· Перекос. Возникает из-за неправильной центровки.

Преимущества:

· Конфигурация 1…6 групп сложности.

· Возможность механизировать производство.

· Дешевизна изготовления отливок.

· Возможность изготовления отливок большой массы.

· Отливки изготовляют из всех литейных сплавов, кроме тугоплавких.

Недостатки:

· Плохие санитарные условия.

· Большая шероховатость поверхности.

· Толщина стенок > 3мм.

· Вероятность дефектов больше, чем при др. способах литья.

Целесообразность и область применения

Этот способ литья экономически целесообразен при любом характере производства, для деталей любых массы, конфигурации, габаритов, для получения отливок практически из всех литейных сплавов. Этот способ литья является основным для производства отливок из чугуна и стали в различных отраслях машиностроения. А для изготовления массивных, крупногабаритных отливок это единственный способ литья. Данный способ литья накладывает определенные ограничения на толщину стенок изготавливаемых отливок.

3. Улучшение механических свойств

3.1 Старение и закалка

Для сплава АЛ4 рекомендуются два режима термической обработки. Режим Т1: старение при температуре 175±5°С в течение 5-17 ч, охлаждение на воздухе. Режим Т6: закалка - нагрев при температуре 535± 5°C в течение 2-6 ч, охлаждение в воде при 20- 100°С +старение при 175±5°С в течение 10-15 ч, охлаждение на воздухе.

Электронно-микроскопическое исследование структуры сплава АЛ4 показало, что старение закаленного сплава при температуре 175°С, 10 ч сопровождается выделением метастабильной β"-фазы и большого количества частиц кремния, равномерно распределенных в зернах твердого раствора.

При этом предварительный кратковременный высокотемпературный нагрев на первой ступени старения как бы затормаживает процесс выделения кремния. Это, возможно, связано с уменьшением количества вакансий, сохранившихся в процессе закалки и необходимых для локализации атомов кремния, предшествующей его выделению.

Нагрев на первой ступени способствует равномерному распределению игольчатых выделений метастабильной β"-фазы при более низких температурах и приводит к измельчению структуры, получаемой после нагрева на второй ступени при температуре 160°С.

Микроструктура сплава в литом состоянии: α-твердый раствор, кремний, входящий в состав эвтектики α+Si, при наличии примеси железа фаза AlSiFeMn, при малом содержании марганца фаза Al 5 FeSi. Мелкодисперсные частицы фазы Mg 2 Si можно наблюдать с помощью оптического (микроскопа лишь в очень медленно охлажденном при кристаллизации сплаве. Термическая обработка приводит к некоторой коагуляции кремния, растворению упрочняющей фазы Mg 2 Si; железосодержащие фазы не изменяются. Пережог сопровождается коагуляцией частиц кремния; на отдельных участках наблюдается выплавление эвтектики α+Si, которая при вторичном выделении кристаллизуется в мелкозернистой форме.

4. Механическая обработка

Технология механической обработки блока предполагает:

· Соосность 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 распределительного валов (если они установлены в блоке) оси постелей коленчатого вала.

Практика показывает, что все 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.

4.1 Установка базовых точек

Базовой поверхностью или базовыми точками на детали называются поверхности и точки, которыми деталь ориентируется относительно режущего инструмента при обработке. Понятно, что и в литейном и в механическом цехах замер и обработка точных отливок должны производиться относительно одних и тех же баз.

Иногда за базу принимается литейная необрабатываемая поверхность, но в некоторых случаях первичной базой может служить и обработанная поверхность детали. В последнем случае для объективной оценки выпускаемых из литейного цеха отливок удобнее создавать эту первичную базу в литейном цехе, производя необхо димую механическую обработку базовой поверхности.

Серийное производство предусматривает обработку больших партий детали, поэтому неточность в наладке технологического процесса механической обработки может привести к браку большого количества отливок ввиду крайне ограниченных припусков на литье.

4.2 Получение коренных опор коленвала (постель коленвала) и установка гильз

Помощью ранее полученных базовых поверхностей на горизонтально расточном станке мы получили соосные отверстия всех постелей коленвала.

Постели в блоке образованы с помощью крышек коренных подшипников, болты которых перед обработкой затягиваются с определенным моментом. Форма и размер отверстий постелей после обработки обычно в той или иной степени зависит от момента затяжки болтов. Поэтому при сборке двигателя следует придерживаться рекомендаций завода-изготовителя. Крышки подшипников обычно стягиваются болтами диаметром 10+12 мм, редко - больше. Крышки коренных подшипников обязательно центрируются на блоке, чем обеспечивается необходимая форма постели после затяжки болтов (отсутствие перекосов, овальности и конусности). Это достигается различными способами которые показаны на Рисунке - 8. Наиболее распространено центрирование по боковым поверхностям (варианты а и б), как наиболее простое в производстве, хотя этот способ не обеспечивает идеальной геометрии постели. Довольно часто встречается и более точное, но сложное центрирование с помощью втулок, установленных в отверстиях блока и крышек (вариант в). Редко применяется центрирование крышки двумя штифтами (вариант г).

Рисунок - 8. Способы крепления крышек коренных подшипников коленчатого вала к блок-картеру

Так как мой блок картер отлит из алюминиево-кремниевого сплава он будет иметь конструкцию "алюминиевого блока с "сухими" гильзами.

На первом этапе для определения размеров и конфигурации гильз и их изготовления производится детальный обмер блока цилиндров.

Затем на специализированном расточном станке отверстия цилиндров растачивались под установку гильз. Далее положение блока на станке проверяют по верхней плоскости - в идеале она параллельна нижней и может быть также принята за базу. Иногда идут еще дальше: при поиске центра (оси цилиндра) проверяют с помощью индикатора положение стенки цилиндра по вертикали в двух направлениях - поперечном и продольном. Поэтому ставят блок на нижнюю плоскость и растачивают, настраиваясь по верхней части цилиндра. При этом в качестве технологической базы используются отверстия коренных опор блока, благодаря чему обеспечивалось строгое соблюдение перпендикулярности оси отверстий цилиндров относительно оси коленчатого вала.

В расточенные отверстия гильзы устанавливались с натягом 0,07-0,08 мм таким образом, чтобы выборки на гильзах под противовесы коленчатого вала совпали с соответствующими выборками блока цилиндров.

После установки гильз производилось их растачивание в номинальный размер (с учетом припуска на хонингование 0,06-0,08 мм), подрезка торцов и заходной фаски.

Финишная операция - хонингование выполнялось на хонинговальном станке. Хонингование выполнялось в три приема: черновое хонингование, чистовое хонингование (в обоих случаях керамическими брусками) и крацевание щетками, состоящими из нейлоновых волокон, армированных карбидами кремния.

Вывод по проделанной работе

В моей курсовой работе разработана сквозная технология производства блока цилиндров двигателя внутреннего сгорания. В которой я описал сам блок цилиндров и проанализировал условия его работы. После чего сформулировал требования предъявляемые к блоку ДВС и выбрал материал для изготовления(АЛ 4).

После анализа и выбора материала мной была составлена технология изготовления блока. Для нее я составил технологическую схему этапов его производства и описал их. В описании технологических этапов я подробно пишу о том как, производится выбранный мной материал для блока, а именно добыча бокситов, переработку глинозема, выплавка из него алюминия и получение готовых слитков нужного состава и с требуемыми физическими и механическими свойствами. Полученный материал идет на изготовление отливок блока ДВС путем литья в песчаные формы. Этот способ выбран мной потому как он экономически целесообразен при любом характере производства, для деталей любых массы, конфигурации, габаритов, для получения отливок практически из всех литейных сплавов. После получения отливок блока проходит их термическая и механическая доводка до готовой детали для сборки ДВС.

Список использованной литературы

1. Колодин Э. А., Свердлин В. А., Свобода Р. В. Производство обожженных анодов алюминиевых электролизеров. – М.: Металлургия, 1980, – 84 с.

2. Дальский А.Н., Арутюнова И.А., Технология конструкционных материалов, Учебник. – М.: Машиностроение 1985. – 450 с.

3. Справочник металлурга по цветным металлам "Производство алюминия".

4. Терентьев В.Г., Школьников Р.М., Гринберг И.С., Черных А.Е., Зельберг Б.И., Чалых В.И. "Производство алюминия", 1998.

5. Борисоглевский Ю.В., Галевский Г.В., Кулагин Н.М., Минцис М.Я., Сиратзутдинов Г.А., "Металлургия алюминия". М.: Металлургия, 1999.

6. Матюнин В.М. Карпман М.Г., Фетисов Г.П. Материаловедение и технология металлов, 2002.

7. Д. Парфенов "Обработка цветных металлов: борьба противоречий" - издание Аналитического центра "Национальная металлургия" 2004.

8. А.Э. Хрулев Ремонт двигателей зарубежных автомобилей 1999.