Практическое занятие по теме «Хонингование блоков цилиндров ДВС»

Практическая работа № 3 « Хонингование блоков цилиндров ДВС»

Цель практической работы: «Хонингование блоков цилиндров ДВС »

Практическая работа являются неотъемлемой частью изучения дисциплины, определяемой учебным планом, относятся к средствам, обеспечивающим решение следующих основных целей:

-приобретение студентами навыков выполнения технологического процесса, изучаемых в рамках данной дисциплины: «Технологические процессы технического обслуживания и ремонта автомобилей»;

-закрепление, развитие и детализация теоретических знаний, полученных на лекциях;

-получение новой информации по изучаемой дисциплине;

Задачи практической работы

Изучить конструкцию блоков цилиндров двигателя внутреннего сгорания, основные дефекты и причины их возникновения.

Рассмотреть способ восстановления рабочей поверхности цилиндров.

Провести анализ технологического оборудования для хонингования цилиндров.

Ознакомится с требованиями по безопасности

Ознакомится установкой-станком.

Составить технологическую карту.

Ход работы

1. Ознакомиться с методическими указаниями по практической работе.

2. Изучить конструкцию блоков цилиндров двигателя внутреннего сгорания, основные дефекты и причины их возникновения.

3. Рассмотреть способ восстановления рабочей поверхности цилиндров.

4. Провести анализ технологического оборудования для хонингования цилиндров.

5. Ознакомится с требованиями по безопасности

6. Ознакомится установкой-станком.

7.Составить технологическую карту.

8. Вывод

Содержание практической работы

1 Особенности конструкции блоков цилиндров двигателей внутреннего сгорания, основные дефекты и причины их возникновения

Блок цилиндров является остовом двигателя. На блоке цилиндров и внутри него находятся главные механизмы и детали двигателя.

Автомобильные и тракторные блоки цилиндров двигателей внутреннего сгорания (ДВС) бывают линейными и V-образными. Их разделяют на безгильзованные, с мокрыми или с сухими гильзами. Еще блоки разделяют на однорядные и двухрядные, а также с нижним и с верхним расположением клапанов. Число цилиндров у двигателей в основном – от 2 до 16. Блоки двигателей у малолитражных автомобилей в основном линейные – чугунные, алюминиевые с сухими полугильзами и верхним расположением клапанов.

У чугунных блоков толщина стенок варьируется в диапазоне 5-8 мм.

Допустимое колебание толщины стенок составляет 1,5-2 мм. В свою очередь в алюминиевых блоках стенки на 1,5-2 мм толще, чем у чугунных.

Обработка отдельных элементов блоков выполняется с высокой точностью. Особенное значение имеет точность размеров и формы зеркала цилиндров. Важно также обеспечение правильного взаимного расположения указанных поверхностей.

Блоки цилиндров ДВС отечественного производителя изготавливаются из серого чугуна марок: СЧ 18 - 36, СЧ 15 - 32, СЧ 24 - 44 или алюминиевого сплава АЛ 4.

Рабочий цилиндр - одна из главных частей поршневого двигателя внутреннего сгорания.

Традиционные монолитные блоки из чугуна, которые не имеют съемных гильз (рис.1).

Рисунок 1 - Монолитный чугунный блок ВАЗ 2121

После изнашивания рабочей поверхности встал вопрос их ремонта, их стали растачивать под ремонтный размер, но после последнего ремонтного размера приходилось менять весь блок, что было нецелесообразно. Тогда стали делать съемные чугунные гильзы (рис.2) , что намного увеличило ресурс блока.

Рисунок 2 - Чугунный блок со съемными гильзами

Позже блок стали делать из алюминия, со съемными чугунными гильзами, данные блоки цилиндров изготавливаются большей частью литьём из более дешёвого алюминиевого сплава. Сейчас изготавливают монолитные алюминиевые блоки, они могут быть полностью алюминиевые либо с чугунными вставками.

Под монолитными блоками понимаются конструкции блоков цилиндров, которые не имеют мокрых гильз.

Для получения определённых поверхностей или прочности монолитные блоки могут иметь соответствующие заливаемые части в зоне отверстий цилиндров, а также заливаемые части из серого или ковкого чугуна и усиления волокном в зоне отверстий под коренные подшипники.

Алюминиевый блок получается намного легче чугунного удельная масса алюминия (2850кг/м3) в 2,7 раза меньше удельной массы чугуна (7695кг/м3). А это важно, особенно для многоцилиндровых моторов с большим рабочим объемом. Кроме того, теплопроводность алюминия в 4 раза выше, чем у чугуна. В результате этого двигатель с алюминиевым блоком быстрее прогревается, а объем системы охлаждения может быть уменьшен благодаря более эффективному охлаждению и быстрому выравниванию температуры стенок блока. Однако реализовать на практике эти преимущества алюминия не так-то просто. Известно, что по чугунным цилиндрам прекрасно «ходят» поршневые кольца, как с твердыми покрытиями, так и без таковых, и сами «мягкие» алюминиевые поршни. С алюминиевыми цилиндрами ситуация другая: сочетание «мягкого» металла поршня с таким же «мягким» материалом цилиндра мгновенно приводит к «схватыванию» металлов и заклиниванию двигателя. Разумеется, конструкторы двигателей, принимая во внимание эти свойства металлов, разработали несколько способов решения проблемы. Один из них - блоки цилиндров с «мокрыми» гильзами.

Таким образом, для блока цилиндров используют как чугуны, так и алюминиевые сплавы. Особенности этих материалов обязательно влияют на технологию восстановления. Основные дефекты и причины их возникновения. Блок цилиндров, как одна из наиболее нагруженных деталей двигателя, может иметь отклонения в процессе эксплуатации от номинальных значений благодаря износу в различных точках конструкции. Нагрузка на элементы блока распределяется крайне неравномерно и, как следствие этого неравномерность износа рабочих поверхностей имеют различный запас прочности. Гильзы цилиндров изготавливают из чугуна марок СЧ 18-36, СЧ 22-44 твердостью НВ 179-229 (ЗИЛ, ЗМЗ). В верхней части некоторые гильзы (ЗИЛ, ЗМЗ), имеют тонкостенную вставку из специального легированного чугуна.

К основным дефектам блоков двигателей относятся: износ или задир внутренней поверхности гильзы или блока, трещины и отколы различного характера и расположения.

При сгорании топлива в цилиндре газы прорываются в канавки поршневых колец и с силой отжимают их к стенкам цилиндра, при этом сила давления колец по мере движения поршня вниз уменьшается, вследствие чего износ цилиндра в верхней части больше, чем в нижней (конусность). Кроме того, условия смазки верхней части цилиндра из-за более высоких температур хуже.

Боковые силы действуют также при тактах впуска и выпуска, но в меньшей мере. В результате действия боковых сил цилиндр изнашивается больше в плоскости качания шатуна и приобретает эллипсность. Более интенсивен износ левой стенки цилиндра вследствие того, что боковая сила при рабочем ходе наибольшая

Кроме эллипсности, боковые силы вызывают и конусность, так как по мере движения поршня вниз они уменьшаются.

Задиры на зеркале цилиндра образуются вследствие перегрева двигателя, недостатка смазки и ее загрязненности, недостаточного зазора между поршнем и стенкой цилиндра, плохого крепления поршневого пальца и поломки поршневых колец.

Для определения конусности индикатор перемещают вдоль цилиндра в плоскости, перпендикулярной оси коленчатого вала. Разность размеров в верхней и нижней частях цилиндра, показанных индикатором, есть величина конусности.

Если эллипсность превышает 0,04 мм, а конусность 0,06 мм и имеются задиры, цилиндры необходимо ремонтировать.

При ремонте цилиндра увеличивают его диаметр до соответствующего ремонтного размера, затем устанавливают увеличенный поршень.

Характерные дефекты гильз: трещины, износ рабочей поверхности, коррозионные и кавитационные повреждения посадочных поясов. Трещины и ослабление вставки являются дефектами, при которых гильзы цилиндров выбраковываются.

Гильза цилиндра работает в условиях переменных давлений в надпоршневой полости. Поршень при перемещении действует на гильзу с боковой силой и в конце каждого хода, перекладываясь с ударом о стенку гильзы, меняет направление своего движения, причём в мёртвых точках скорость его равна нулю, а потом нарастает до максимума, составляющего в автомобильных двигателях до 25 м/с при номинальной частоте вращения коленчатого вала и снова уменьшается до нуля в мёртвой точке (рис.3).

В процессе перемещения поршня к верхней мертвой точке увеличивается давление сжатия в цилиндре. Высокая температура при завершении сжатия (700 - 800оC) ухудшает процесс смазки колец из-за уменьшения вязкости и увеличения испаряемости масла. В процессе работы усилие шатуна в плоскости, перпендикулярной оси коленчатого вала, направлено не по оси цилиндра, а под углом к ней. Из-за чего на рабочую поверхность блока воздействует неравномерное давление в плоскостях вдоль оси вала и перпендикулярной к ней.

Стенки внутренней полости цилиндра служат направляющими для поршня при его перемещениях между крайними положениями и соприкасаются с пламенем и горячими газами, достигающими температуры 1500 - 2500оС.

Указанные особенности работы являются причиной ускоренного износа верхней части цилиндра, при этом рабочая поверхность цилиндра приобретает по высоте форму неправильного конуса, а в поперечном сечении - форму овала.

Как правило, основной причиной, вызывающей необходимость ремонта, является износ поверхностей под воздействием трения. Обеспечить при изготовлении точное совпадение твердости поверхностей хотя бы двух деталей практически невозможно, поэтому обычно одну из деталей изготавливают заведомо менее износостойкой, обеспечив, по возможности, простоту ее замены.

Внутренняя поверхность гильзы цилиндров изнашивается неравномерно, как по диаметру, так и по образующей. Максимальный износ наблюдается в верхней части гильзы (рис.3), в зоне, где верхнее кольцо меняет направление движения при прохождении высшей мертвой точки. В этом месте образуется кольцевая выработка, глубина которой обычно и лимитирует срок службы гильзы цилиндра.

Дефектами, характерными для гильз и блоков цилиндров, является износ рабочей поверхности.

Предельный износ цилиндров автомобильных двигателей в пределах 0,3-04 мм. Дальнейшая эксплуатация становится затруднительной из-за ухудшения эксплуатационных характеристик.

Способы восстановления рабочей поверхности хонингованием.

Хонингование − метод окончательной обработки преимущественно гладких цилиндрических отверстий абразивными брусками специальным инструментом − хонинговальной головкой. Его сущность состоит в снятии припуска абразивными брусками хонинговальной головки, связанной с шпинделем станка шарнирно или жёстко и совершающей вращательное или возвратно-поступательное движение (а иногда и осевое колебательное). В результате такого сочетания движений абразивные бруски движутся по винтовым линиям, как показано на рис 2.1

Рис. 2.1. Технологическая и конструктивная схема хонингования:

а –схема процесса: 1 – шпиндель станка; 2 – стержень головки; 3 – корпус головки; 4 – обрабатываемая деталь; 5 – брусок; б – схема следов обработки

Хонингование является процессом массового микрорезания (царапания) обрабатываемой поверхности большим количеством абразивных зёрен, беспорядочно расположенных на рабочей поверхности брусков. Абразивные зёрна обеспечивают срезание большого количества тонких стружек. Процесс микрорезания происходит в результате внедрения контактирующего выступа абразивного зерна в граничный слой обрабатываемого материала.В процессе хонингования абразивные бруски снимают припуск от 0,01 мм, в некоторых случаях до 1 мм и более на диаметр. При этом удаляются как гребешки микронеровностей, так и основной металл. В пределах снимаемого припуска обеспечивается исправление погрешностей предыдущих операций в виде конусности, эллипсности, бочкообразности, корсетности огранки и в некоторой степени искривления оси отверстия. Процесс сопровождается обильной подачей технологической жидкости в зону микрорезания, чем обеспечивается удаление

продуктов износа из пор абразивных брусков и с обрабатываемой поверхности. В качестве СОЖ применяют керосин чистый или с добавкой масла. Значительно реже используются некоторые водорастворимые эмульсии. В процессе обработки абразивные бруски выходят из отверстия на некоторую величину Lпер, называемую перебегом, чтонеобходимо для обеспечения правильной геометрической формы обрабатываемого отверстия и равномерного износа брусков.Неправильное установление величины Lпер ведёт к образованию конусности, бочкообразности или корсетности отверстия. Угол сетки рисок определяется отношением скоростей вращательного и возвратно-поступательного движений скоростей головки.

2.Порядок выполнения работы

1.Ознакомится с устройством хонинговального станка

Рисунок - Хонинговальный станок 3Г833

Вертикальный одношпиндельный хонинговальный станок модели ЗГ833 предназначен для хонингования отверстий гильз и блоков автомобильных и тракторных двигателей внутреннего сгорания, пневмоцилиндров и гидроцилиндров, отверстий шатунов, шестерен диаметром от 30 до 125 мм и других аналогичных деталей, габариты которых допускают установку их на столе станка и размеры хонингуемых отверстий находятся в пределах указанных размеров.

На станке допускается хонингование отверстий до 165 мм.

Перечень органов управления хонинговальным станком 3Г833

Кран охлаждения

Маховик механизма разжима хона

Кулачки регулировки хода ползуна

Рукоятка реверса

Маховик ручного ввода хоны

Указатель нагрузки

Переключатель режимов: "Ввод хоны", "Ручной"

Сигнальная лампа

Кнопка управления: "Подача пуск"

Кнопка управления: "Толчковый"

Кнопка управления: "Шпиндель стоп"

Кнопка управления: "Шпиндель пуск"

Кнопка управления: "Общий стоп"

Кнопка управления: "Конец цикла"

Техническая характеристика хонинговального станка Таблица 6

Хонингование выполняют на одношпиндельных вертикально-хонинговальных станках моделей 3А 833, 3Б 833, 3Г 833, СС 700М и др. технические характеристики в табл. 6.

Хонинговальная головка (рис. 6а) с набором абразивных брусков может быть различных номеров в зависимости от диаметра обраба-тываемого цилиндра и предназначена для доводки цилиндров диаметров 65...150 мм после их расточки.

а) б)

Рис. 6. Хонинговальная головка – а; схема процесса хонингования – б

В корпусе 1 установлено шесть брусков 2 предварительного или окончательного хонингования. Бруски разжимаются валиком 5. На валике установлены две фасонные шайбы с шестью пазами. Корпус головки соединяется штангой 8 с пневматическим приводом. Принцип работы хонинговальной головки состоит в следующем: разжимный валик 5, перемещаясь под действием пневматического привода вниз, разжимает хонинговальные бруски. Для смены брусков производится извлечение хонинговальной головки и ручная замена брусков с предварительных на окончательные. После каждого двойного хода (или нескольких ходов) механизмом хона производится разжатие (радиальная подача) брусков. Зернистость абразивного бруска выбирается в зависимости от требуемой шероховатости поверхности цилиндра, а твердость связки – в зависимости от твердости обрабатываемого материала. Наибольшее распространение получили карборундовые бруски на керамической связке зернистостью 120 и твердостью СТ-С2 или бруски из синтетических алмазов АС6для предварительной обработки зернистостью 400 и твердостью СМ1-СМ или АСМ20 на металлической связке М1 при 100% концентрации для окончательной доводки. Для окончательного хонингования рекомендуются алмазные бруски на эластичной основе. Алмазные бруски на эластичной основе имеют стойкость примерно в 100 раз больше по сравнению со стойкостью абразивных брусков. Учитывая, что алмазные бруски на эластичной связке снимают ограниченный припуск до 4…6 мкм на диаметр, необходимо обеспечить после предварительного хонингования шероховатость поверхности по внутреннему диаметру гильзы в пределах Ra = 0,25…0,6 мкм и точность геометрической формы 0,01…0,02 мм. Хонингование алмазными брусками осуществляется в два – три приема. Общий припуск на хонингование составляет 0,05...0,08 мм на сторону. При предварительном хонинговании удаляется припуск 0,03...0,04 мм на сторону.

Двукратным или трехкратным хонингованием можно обеспечить точность до 6 квалитета и шероховатость поверхности Ra = 0,2...0,32 мкм.

3.Ознакомится с видеоматериалом "Хонингование блока цилиндров"

4.Технологический процесс хонингования блока цилиндров

Настройка станка. Настройка станка заключается в установлении частоты вращения шпинделя, определении величины хода хонинговальной головки и числа двойных ходов хона. Необходимую частоту вращения шпинделя устанавливают с помощью коробки передач станка, а число двойных ходов хонинговальной головки сменными шестернями, расположенными с левой стороны станка под крышкой. Обработка отверстий хонингованием алмазными брусками проводится на следующих режимах, приведенных в табл. 7.

Таблица 7 Режимы резания при хонинговальной обработке

В рабочем цилиндре двигателя создаются условия для взаимодействия через масляную пленку между деталями цилиндропоршневой группы. Для ряда ковких чугунов установлено, что эта величина должна составлять 12…25 мкм. Глубина впадин находится на уровне 8…18 мкм. Оптимальный угол для сетки составляет α = 30-35 ⁰.

Риски наносят при первом хонинговании с использованием брусков, имеющих зерно 150 единиц (150 зерен на 1 см). Глубина образуемых рисок может достигать до 120-160 мкм.
Однако, использовать сразу после подобной обработки детали нельзя. Износ поршневых колец при высокой температуре газов будет довольно интенсивным (но некоторые производители выпускают двухтактные двигатели с подобной обработкой, у них невысокий моторесурс).

Вторая обработка ведется обязательно в среде СОЖ. Используют бруски с зерном 400…500 единиц. Здесь стачиваются острые кромки на рисках. Глубина впадин уменьшается до 45-60 мкм.

Финишная обработка позволяет получать требуемые параметры на стенках цилиндров.

При необходимости производят карцевание. Здесь выполняется не обтачивание, а прикатывание поверхностных выступов. Размер практически не меняется. Происходит уплотнение самой поверхности. Обычно такую операцию выполняют для цилиндров гоночных автомобилей, работающих на предельных режимах эксплуатации.

После хонингования отклонение геометрической формы рабочей поверхности гильзы должно быть не более 0,01...0,02 мм, а шероховатость Ra = 0,08 мкм

5.Заполнить технологическую карту

6.Вывод