Методы упрочнения стаканов цилиндров двигателей внутреннего сгорания
Методы упрочнения стаканов цилиндров двигателей внутреннего сгорания
15
Курсовая работа
по дисциплине: «Материаловедение и технология материалов»
На тему:
«Методы упрочнения стаканов цилиндров двигателей внутреннего сгорания»
Одесса 2010
Оглавление
1.1 Введение
1.2 Сталь №1
1.3 Химический состав в %
1.4 Режим термообработки
1.5 Выбор температуры нагрева и охлаждающей среды, вид отпуска
1.6 Изменение в структуре при нагреве и охлаждении
1.7 Сталь при работе в условиях до 600 °C
1.8 Свойства стали
1.9 Методы изучения механических свойств
1.10 Вывод
1.11 Список литературы
1.1 Вступление
Назначение гильз, требования к гильзам цилиндров.
Стенки цилиндра двигателя образуют совместно с поршнем, кольцами и поверхностью камеры сгорания пространство переменного объема, в котором совершаются все рабочие процессы двигателя внутреннего сгорания. Стенка цилиндра должна быть тщательно обработана и образовывает с поршневыми кольцами пару скольжения.
Цилиндры и гильзы цилиндров нагружаются силами давления газов, боковой нагрузкой от поршня и температурной нагрузкой. Переменная по величине и направлению боковая нагрузка вызывает изгиб и вибрацию цилиндра и ослабляет его крепление к картеру. Стенки цилиндра под действием возникающих при движении поршня сил трения подвергаются, кроме того, износу.
Гильзы цилиндров должны быть прочными, жесткими, износостойкими, обеспечивать, возможно, меньшие потери на трение поршня о поверхность цилиндра. Внешняя и внутренняя поверхность гильз должна обладать антикоррозионной устойчивостью. Конструкция гильз должна также обеспечивать надежность уплотнений в местах стыков гильз с головкой и блоком цилиндров.
Гильзы цилиндров могут, являются как самостоятельной конструкционной единицей двигателя («мокрые» и гильзы двигателей воздушного охлаждения), так и являться элементом ремонтной технологии, предусмотренной заводом изготовителем (например: «сухие» гильзы для двигателей, где цилиндры выполнены заодно с блок-картером). В автомобильных и тракторных двигателях наибольшее распространение получили чугунные гильзы.
По конструкции гильзы цилиндра современных автомобильных и тракторных двигателей можно разделить на три основные группы:
1. «Мокрые» гильзы цилиндров.
2. «Сухие» гильзы цилиндров.
3. Гильзы для двигателей с воздушным охлаждением.
«Мокрые» гильзы. Конструкцией двигателя с водяным охлаждением предусмотрена полость в картере двигателя, так называемая «рубашка охлаждения». Гильза, соприкасающаяся свой поверхностью с охлаждающей жидкостью находящейся в «рубашке охлаждения» называется «Мокрой». «Мокрые» гильзы цилиндров обеспечивают лучший отвод тепла, но картер двигателя с такими гильзами обладает меньшей жесткостью. Большое распространение эти гильзы получили на грузовых и тракторных двигателях в силу своей высокой ремонтопригодности.
Как правило, выпускаемые производителями «мокрые» гильзы не требуют перед установкой, какой либо доработки. Изношенные «мокрые» гильзы в большинстве случаев не ремонтируют, а заменяют новыми без снятия двигателя с шасси. Для предотвращения прорыва газов в охлаждающую жидкость и просачивания этой жидкости в цилиндр и картер двигателя «мокрые» гильзы комплектуются уплотнительными прокладками. Внутренняя поверхность гильз тщательно обрабатывается (хонингуется)для того что бы обеспечить наличие требуемой масляной пленки для смазки поршневых колец. Двигатели с «мокрыми» гильзами устанавливаются почти на все современные коммерческие автомобили.
«Сухие» гильзы. Гильзы, не имеющие соприкосновения с охлаждающей жидкостью, называются «сухими» гильзами. Конструкцией некоторых двигателей предусмотрена заливка при изготовлении в блок картер гильз изготовленных из износостойкого материала, создавая тем самым оптимальные условия для работы цилиндропоршневой группы. Например, некоторые модели двигатели HONDA, Lend Rover,Volkswagen , AUDI,VOLVO и многих других производителей имеют алюминиевый блок цилиндров (для уменьшения веса силового агрегата) и залитые в него «сухие» гильзы (для увеличения ресурса и повышения ремонтопригодности). Но самое широкое распространение «сухие» гильзы получили в сфере капитального ремонта двигателя.
Не «загильзованный» блок цилиндров современного двигателя имеет несколько, предусмотренных технологией, расточек с последующей установкой в него ремонтных поршней. Установка «сухих» гильз позволяет не менять блок двигателя даже после износа цилиндра расточенного в последний ремонтный размер.
Производители гильз выпускают так называемые, заготовки гильз, то есть гильзы имеющие запас по длине и внешнему диаметру, которые после токарной обработки запрессовываются с натягом в блок цилиндров. Такие гильзы как правило не имеют обработки внутренней поверхности. Они растачиваются и хонингуются только после установки гильзы в блок цилиндров.
Поверхность блока цилиндров под установку тоже повергается тщательной обработке: расточке и в некоторых случаях хонингованию. Гильза с упором устанавливается в блок под давлением, с натягом (в среднем 0,03-0,04 мм), для гильз, не имеющих упора натяг больше. Наружная поверхность «сухих» ремонтных гильз, как правило, подвергается шлифовке, для увеличения плотности прилегания к блоку цилиндров. Гильзы могут фиксироваться при установке верхним буртом, нижним буртом или вообще могут устанавливаться без упора.
Некоторые японские производители, например ISUZU, изготавливают двигатели с тонкостенными стальными гильзами, имеющими покрытие из пористого хрома железом.
Такие гильзы не подвергаются механической обработке и устанавливаются в блок цилиндров без натяга, с небольшим усилием и удерживаются в блоке за счет прижатия широкого бурта гильзы головкой блока.
Блок картер с сухими гильзами имеет повышенную жесткость по сравнению с блоком, с установленными «мокрыми» гильзами.
Гильзы цилиндров для двигателей с воздушным охлаждением. В двигателях воздушного охлаждения конструкция оребрения и необходимость создания охлаждающих воздушных потоков не позволяют применять блок-картерный тип отливки. В этих двигателях применяют отдельно отлитые цилиндры с воздушными ребрами, расположенными чаще всего перпендикулярно оси цилиндра.
Эти гильзы цилиндра крепятся к верхней части картера короткими шпильками через опорный фланец (несущие цилиндры) или при помощи анкерных (несущих) шпилек.
Гильзы цилиндров двигателей воздушного охлаждения изготавливают как из одного (монометаллические), так и из двух (биметаллические) металлов.
Монометаллические цилиндры делают из чугуна, реже из стали или легких сплавов. Из биметаллических цилиндров получили распространение чугунные или стальные цилиндры с залитыми (или навитыми) алюминиевыми ребрами.
Широкое распространение двигатели с воздушным охлаждением получили среди производителей тяжелой строительной техники. Ярким примером является всемирно известный производитель индустриальных двигателей немецкая фирма DEUTZ.
1.2 Сравнение сталей
Характеристика материала 20Х.
Общие сведения
Заменитель
|
|
стали: 15Х, 20ХН, 12ХН2, 18ХГТ.
|
|
Вид поставки
|
|
Сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 4543-71, ГОСТ 2590-71, ГОСТ 2591-71, ГОСТ 2879-69, ГОСТ 10702-78. Калиброванный пруток ГОСТ 7414-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78, ГОСТ 1051-73. Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 14955-77. Лист толстый ГОСТ 1577-81, ГОСТ 19903-74. Полоса ГОСТ 82-70, ГОСТ 103-76. Поковки и кованые заготовки ГОСТ 8479-70, ГОСТ 1131-71. Трубы ГОСТ 8732-78, ГОСТ 8733-87, ГОСТ 8734-75, ГОСТ 13663-68.
|
|
Назначение
|
|
втулки, шестерни, обоймы, гильзы, диски, плунжеры, рычаги и другие цементируемые детали, к которым предъявляется требование высокой поверхностной твердости при невысокой прочности сердцевины, детали, работающие в условиях износа при трении.
|
|
|
Химический состав
Химический элемент
|
%
|
|
Кремний (Si)
|
0.17-0.37
|
|
Медь (Cu), не более
|
0.30
|
|
Марганец (Mn)
|
0.50-0.80
|
|
Никель (Ni), не более
|
0.30
|
|
Фосфор (P), не более
|
0.035
|
|
Хром (Cr)
|
0.70-1.00
|
|
Сера (S), не более
|
0.035
|
|
|
Механические свойства
Механические свойства при повышенных температурах
t испытания, °C
|
?0,2, МПа
|
?B, МПа
|
?5, %
|
?, %
|
|
Образец диаметром 6 мм, длиной 30 мм кованый и нормализованный. Скорость деформирования 16 мм/мин. Скорость деформации 0,009 1/с.
|
|
700
|
120
|
150
|
48
|
89
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
800
|
63
|
93
|
56
|
74
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
900
|
51
|
84
|
64
|
88
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1000
|
33
|
51
|
78
|
97
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1100
|
21
|
33
|
98
|
100
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1200
|
14
|
25
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Механические свойства проката
Термообработка, состояние поставки
|
Сечение, мм
|
?0,2, МПа
|
?B, МПа
|
?5, %
|
?, %
|
KCU, Дж/м2
|
HB
|
HRCэ
|
|
Пруток. Закалка 880 °С, вода или масло; закалка 770-820 °С, вода или масло; отпуск 180 °С, воздух или масло
|
15
|
640
|
780
|
11
|
40
|
59
|
|
|
|
Сталь нагартованная калиброванная со специальной отделкой без термообработки
|
|
|
590
|
5
|
45
|
|
207
|
|
|
Пруток. Цементация 920-950 °С, воздух; закалка 800 °С, масло; отпуск 190 °С, воздух.
|
60
|
390
|
640
|
13
|
40
|
49
|
250
|
55-63
|
|
|
Механические свойства поковок
Термообработка, состояние поставки
|
Сечение, мм
|
?0,2, МПа
|
?B, МПа
|
?5, %
|
?, %
|
KCU, Дж/м2
|
HB
|
|
Нормализация
|
|
КП 195
|
<100
|
195
|
390
|
26
|
55
|
59
|
111-156
|
|
КП 195
|
100-300
|
195
|
390
|
23
|
50
|
54
|
111-156
|
|
КП 195
|
300-500
|
195
|
390
|
20
|
45
|
49
|
111-156
|
|
КП 215
|
<100
|
215
|
430
|
24
|
53
|
54
|
123-167
|
|
КП 215
|
100-300
|
215
|
430
|
20
|
48
|
49
|
123-167
|
|
КП 245
|
<100
|
245
|
470
|
22
|
48
|
49
|
143-179
|
|
Закалка. Отпуск.
|
|
КП 245
|
100-300
|
245
|
470
|
19
|
42
|
39
|
143-179
|
|
КП 275
|
<100
|
275
|
530
|
20
|
40
|
44
|
156-197
|
|
КП 275
|
100-300
|
275
|
530
|
17
|
38
|
34
|
156-197
|
|
КП 315
|
100-300
|
315
|
570
|
14
|
35
|
34
|
167-207
|
|
КП 345
|
100-300
|
345
|
590
|
17
|
40
|
54
|
174-217
|
|
|
Страницы: 1, 2
|
|