Технологія виготовлення клапана
- Опис функціональних ознак деталі ............................ ...... ..
- Механізм газорозподілу ....................................... .......... ...
- Клапани впускні і випускні ..............................................
- Виготовленні клапанів ....................................................... ... ..
- Вибір заготовки, матеріалу, і визначення коефіцієнта використання матеріалу ...............................
- Розробка технологічного процесу .......................................... ..
- Розробка маршрутно-технічного процесу ............................
- Розробка операційного технологічного процесу ................
- Розрахунок режиму різання (на одну операцію) .....................................
- Початкові дані………………………………………………………….
- Визначенні режиму різання ....................................................
- Перевірка обраного режиму по потужності .................................
- Визначення основного (технологічного) часу ...................
1. Опис функціональних ознак деталі.
1.1 Механізм газорозподілу
Основне призначення механізму газорозподілу - управління процесами впуску свіжого заряду і випуску відпрацьованих газів. Механізм газорозподілу в 4-тактних двигунах складається з розподільного вала з приводом до нього, кулачний шайб (на валу), штовхачів, штанг, важелів, клапанів - впускних і випускних; в 2-тактних двигунах газорозподілу здійснюється самим поршнем через продувні і випускні вікна в циліндрі або через вікна (продування) і клапани в кришці (випуск). Передавальне відношення чисел оборотів розподільного валу до колінчастого валу становить у 4-тактних двигунів 1: 2 (так як відкриття клапанів відбувається один раз за два оберти колінчастого вала), тоді як у 2-тактних 1: 1.
Потрібні фази клапанного газорозподілу, тобто моменти відкриття і закриття клапанів, а також закони руху клапанів визначаються відповідними профілями кулачних шайб, кутом їх заклинювання і кінематичною схемою клапанного приводу.
Фази продувки і випуску у безклапанних 2-тактних двигунів визначаються висотою вікон і кінематикою шатунно-Мотильова механізму.
1.2 Клапани впускні і випускні
Основними деталями клапанного комплекту є (рис.1): клапан, корпус клапана, напрямна втулка, пружина і її тарілка.
Клапани під час роботи піддаються впливу високих температур, а також значним динамічним навантаженням. Температури впускних клапанів досягають 300-400 С, а випускних - 600-800 С; в особливо важких умовах працюють випускні клапани, що піддаються впливу протікають з
великою швидкістю гарячих газів, що викликають ерозію і газову корозію клапана.
Тепловідведення від клапанів здійснюється в основному через опорне сідло клапана і направляючу втулку стрижня. У форсованих деталях для кращого відведення тепло іног7да застосовують пустотілі клапани, залиті на ⅔ металевим натрієм, які мають низьку температуру плавлення (97С) і високу температуру кипіння (880С). Заливка клапана натрієм знижує температуру тарілки на 15-20%.
Клапани розташовуються в кришці хащ всього вертикально, що забезпечує знижений знос стрижня і направляючої втулки; рідше застосовується похило розташуванні клапанів. Клапани відкриваються всередину циліндра, завдяки чому досягається щільно приляганні їх до сідла при наявності високих тисків газу в циліндр; при невеликих тисках, а також при розрідженні в циліндр (під час процесу всмоктування) щільність прилягання клапана до сідла забезпечується натягом пружини.
Для отримання хорошого наповнення циліндра прохідні перетини клапанів повинні бути можливо великими.
Клапани встановлюють або безпосередньо на даху (див. Рис. 1.а), або поміщають їх в окремий литий корпус (див. Рис. 1, б); остання конструкція складніше, однак вона дозволяє проводити зміну клапанів без розбирання кришки і охолоджуються водою. Безпосередня установка клапанів в кришки дозволять збільшити діаметр тарілки клапана приблизно на 20% і застосовується головним чином в двигунах швидкохідного типу.
Кількість клапанів у 4-тактних тихохідних двигунів, зазвичай два - один впускний і один випускний.
При швидкості поршня понад 7-8 м / сек доцільно переходити на чотири клапана; загально прохідний перетин клапанів при цьому збільшується, а тепловідвід від клапанів (особливо випускних) поліпшується завдяки відносного зменшення діаметра клапана. Для поліпшення наповнення
циліндра (при чотирьох клапанах) іноді діаметр впускних клапанів роблять на 15-20% більше діаметра випускних.
У 2-тактних двигунів з прямоточно-клапанної продувкою в залежності від швидкості поршня і особливостей конструкції двигуна застосовують 1,2,3 або 4 випускних клапана.
Клапани роблять цільними або складовими: найчастіше застосовується ціла система (див. Рис. 1), яку виготовляють з кованих або штампованих сталевих заготовок, причому тарілка клапана виходить шляхом висадки матеріалу. У швидкохідних двигунах іноді застосовують зварену конструкцію стержня і тарілки, виготовлених з різних матеріалів. У тихохідних двигунах зустрічаються складові конструкції клапанів (рис. 2 а, б), наприклад, сталевий стрижень і опорна тарілка з жаротривкого чавуну.
У верхній частині стрижня роблять конус а одну в або кілька б виточок для фіксації опорної тарілки пружини (рис. 3) за допомогою розрізного сухаря г з конічною зовнішньою поверхнею. У малооборотних двигунах малої передній потужності ставлять зазвичай одну пружину; в потужних двигунах - дві і бол; в бол форсованих двигунах встановлюють концентрично дві (або навіть три) пружини різного діаметру (див. рис. 1), причому навівка пружини повинна бути зроблена в різні боки.
У швидкохідних двигунах з безпосереднім приводом клапана від кулачка тарілка пружини ввертається в Нарзан отвір полого стрижня клапана (рис. 4), що дозволяє регулювати зазор між клапаном і кулачком.
Тарілка 2 фіксується особливим замком 3, який притискається до тарілки клапанними пружинами; верхня поверхня тарілки повинна бути цементувати і відшліфована.
Перехід від стрижня до нижньої тарілці клапана (грибку) повинен бути виконаний з великим радіусом заокруглення і ретельно оброблений, так як в
цьому місці зазвичай виникають найбільші напруги в клапані (рис. 5). Тарілка клапана має конічну фаску, яка сідає на опорне сідло;
зазвичай приймається кут конуса в 45 забезпечує самоцентрування клапана і надійно ущільнити його.
Форма тарілки клапана визначає його жорсткість, обтічність і стійкість конічної фаски в роботі. У тихохідних двигунах використовують плоску форму тарілки (рис. 5, а); в швидкохідних двигунах застосовують для впускних клапанів так звану «тюльпанову» форму (рис. 5, б), а для випускних клапанів - опуклу (грибовидную) форму тарілки (рис. 5, в).
Внутрішній діаметр клапанної тарілки d, що визначає прохідний перетин клапана (див. Рис. 1, а), становить при двох клапанах в кришці d = (0,3 ... 0,4) D, а при чотирьох клапанах d = (0,27 ... 0,34) D. Хід клапана зазвичай лежить в межах b = (0,24 ... 0,70) d. Діаметр стрижня d = (0,15 ... 0,30) d.
Опорним сідлом клапана служить безпосередня кришка, корпус клапана або особливо опорне кільце (див. Рис. 1.6). Опорне кільце вставляється в корпус клапана (див. Рис. 2, б), а в корпус кришки запресовується, ввертається або завальцовивается (рис. 6).
Початок підйому клапанів і момент посадки їх на сідло повинні здійснюватися плавно (з мінімальними швидкостями), щоб уникнути виникнення ударів при роботі клапанів. Для забезпечення щільної посадки клапана на опорне сідло повинен бути передбачений регулювальний зазор, який гарантує збереження деякого мінімального зазору при всіх режимах роботи двигуна.
Основними дефектами роботи клапанів в експлуатації є: пропуски клапанів, вигоряння поверхні фаски, зависання клапанів, обрив тарілки клапана.
1.3 Виготовлення клапанів
Для випускних клапанів використовують жароміцні і жаростійкі аустенітні сталі. Найбільш широке застосування має сталь Х14Н14В. Іноді для підвищення зносостійкості стрижні клапанів із сталі Х14Н14В азотіруют, а на фаски тарілок наплавляют литі тверді сплави типу стелліта, наприклад вольфрамохромокобальтовий сплав ВЗК або ніхром Х20Н80.
Сплави ВЗК і Х20Н80 мають гарну жаростойкостью до 1000-1100◦. Твердість ВЗК близько 70 HRC; ніхром має меншу твердість, але завдяки болше пластичності краще прірабативаются до сідла; щільне закриття забезпечується навіть при викривленні сідел.
Тверді сплави наплавляют на фаску клапана відновлювальних ацетілено- кисневим полум'ям. Товщина наплавляти шару після шліфування близько 1 мм.
Для поліпшення відводу тепла випускні клапани іноді виготовляють порожнистими і заповнюють металевим натрієм, який при роботі двигуна знаходиться в рідкому стані (температура плавлення натрію 97.7◦)
Випускні клапани менш форсованих двигунів виготовляють зі сталі Х10С2М (сільхром), яка дешевше Х10СМ, 20ХН4ФА і ін. А для малооборотних двигунів-сталь 45.
Корпуси клапанів виготовляють з перлітного чавуну СЧ 28-48 і СЧ 32-52. У багатооборотних двигунів в голівках або кришках циліндрів передбачають для клапанів гнізда в які запресовують напрямні втулки і сідла.
Матеріалами для напрямних і сідел служать бронзи Браже 9-4, БрАЖМц 10-3-1.5 і ін. Високими механічними властивостями, зносостійкістю і жаростійкістю відрізняються алюмійніево-залізо-нікелеві бронзи бражної 10-4-4 і бражної 11-6-6. Сідла клапанів для
деяких потужних двигунів виготовляють з твердих сплавів типу стелліта.
Заготовками для клапанів служать поковки і штампування. Тарілки утворюють шляхом висадки матеріалу.
Стрижень клапана іноді піддають правці між двома широкими плоскими плитами, що рухаються в різні боки.
Перед остаточною механічною обробкою заготовку піддають термічній обробці. Для клапанів з стали Х14Н4В вона полягає в нагріванні до 820◦ і охолодженні на повітрі.
Основна вимога до механічної обробки клапана, - забезпечити сувору співвісність конуса тарілки і спрямовуючої частини стержня. Перевіряють співвісність індикатором в спеціальному пристрої. Клапан укладають на призми і злегка притискають до них пружиною і роликами. Обертання клапану передається від шпинделя, забезпеченого маховичком і гумовою подушкою. Осьовий тиск сприймається упором. Биття допускається не
більше 0.01 - 0.02 мм. На цьому ж пристосуванні може бути перевірено биття торця, якщо його перпендикулярність до стрижня необхідна п умовами роботи клапана.
Направляючу частина стрижня виконують з допуском Х, а у випускних клапанів - з допуском типу ТХ, щоб уникнути заїдання при значному нагріванні. Відповідні отвори в корпусі або в направляючої втулці мають допуск А.