Fabricarea ȘI Repararea Autovehiculelor

UNIVERSITATEA DIN ORADEA

FACULTATEA DE INGINERIE MANAGERIALĂ ȘI

TEHNOLOGICĂ

DOMENIUL: INGINERIA AUTOVEHICULELOR

PROGRAMUL DE STUDIU: AUTOVEHICULE RUTIERE

FORMA DE ÎNVĂȚĂMÂNT: ÎNVĂȚĂMÂNT CU FRECVENȚĂ

PROIECT

FABRICAREA ȘI REPARAREA AUTOVEHICULELOR

Indrumator de proiect

S.l. dr. ing. Beles Horia

Student:

MOHÁCSI RÓBERT

SZABOLCS

ORADEA

2015-2016

Cuprins

Proiectarea procesului tehnologic de prelucrare mecanică pentru piesa: cămașă de cilindru umedă, la o producție anuală de 112.000 bucăți.

Condiții funcționale , material și semifabricate

Stabilirea succesiunilor de prelucrare pentru următoarele suprafețe

Calculul adaosurilor de prelucrare pentru următoarele suprafețe

Calculu regimului de așchiere pentru operațiile ce se vor indica , cu verificarea gradului de utilizare a puterii și ȋncărcare a utilajului

Normarea tehnică pentru operațiile indicate

Definitivarea planului de operații

2. Studiul uzurilor piesei și tehnologia de recondiționare a ei

2.1 Identificarea suprafeței supuse uzurii

2.2 Alegerea metodei optime de recondiționare

2.3 Stabilirea succesiunii operațiilor ȋn cadrul procesului tehnologic de recondiționare

1.1 Condiții funcționale

Cămașa cilindrului, sau cilindrul, este organul motorului ȋn interiorul, căruia se realizează ciclul motor fiind supus forței de presiune a gazelor și tensiunilor termice, suprafața de lucru a acestuia fiind supusă și la un intens proces de uzură. Aceste condiții de funcționare impun cămășii cilindrului următoarele cerințe:

●  rezistența la acțiunea (presiunea și temperatura) fluidului motor;

●  rezistența la uzură;

●  rezistența la coroziune a suprafeței de lucru și a aceleia ȋn contact cu mediul de răcire;

●  etanșeitate față de gazele din interior și de mediul de răcire din exterior.

Construcția cămășii cilindrului

După modul de asamblare cu blocul motorului se disting trei soluții constructive:

–    cămașă integrală (face corp comun cu blocul cilindrilor);

–    cămașă uscată;

–    cămașă umedă.

La proiectarea motorului, constructorul are de ales una din soluții, cu avantajele și dezavantajele specifice (tabelul 1), alegere care hotărăște construcția motorului ȋn ansamblu.

Tabelul 1. Avantajale și dezavantajele diferitelor construcții ale cămășii cilindrului.

Fig. 1 Desen de execuție a cămăși de cilindru umede

Cămașa umedă se utilizeaza atât la m.a.s. cât și la m.a.c. Particularitatea constructivă de bază a cămășii umede este aceea ca, fiind ȋn legătură directă cu mediul de răcire, pe lângă faptul că trebuie să reziste la forța gazelor, trebuie să realizeze și etanșarea față de mediul de răcire in partea superioară și inferioară. Funcție de modul de fixare ȋn bloc și de felul ȋn care se face etanșarea, se deosebesc trei soluții constructive, (fig. 2).

Cămașa cu umăr ȋn partea de sus (fig. 2, a) realizează prin acesta și etansarea față de mediul de răcire. În partea inferioară, cămașa este numai ghidată, iar etanșarea se realizează cu inele O de cauciuc.

Fig. 2. Diferite soluții constructive de cămăși umede

Cămașa cu sprijin ȋn partea de jos (fig. 2, b) prezintă avantajul celei mai bune răciri a acesteia la partea superioara ȋnsă, datorită faptului că forța de apăsare se transmite pe toată lungimea, poate apărea deformarea cămășii, fapt pentru care se utiliează mai ales la m.a.s. mici, unde presiunile maxime de ardere sunt mai reduse. Construcția mai are avantajul, unui bloc foarte simplu, cu un singur miez, pretându-se chiar la turnare ȋn cochilă. În partea inferioară, aceste cămăși se etanșeaza cu un inel de cupru sau hârtie, iar la partea superioară etanșarea se face prin garnitura de chiulasă, blocul fiind fără placă superioară.

Soluția intermediară ȋntre variantele prezentate este cea din fig. 2, c, unde sprijinirea se face pe un umăr plasat aproximativ la un sfert din cursa pistonului, asigurându-se astfel o răcire bună a parții superioare a cămășii. În același timp, se scurtează partea care transmite apăsarea, de unde rezultă un pericol mai mic de deformare a cămășii.

Întrucât cămașa umedă trebuie să reziste la forța de presiune a gazelor, grosimea acesteia este mai mare ca la cămașa uscată, la proiectare putindu-se adopta o grosime de 0,05-0,06 din diametrul cilindrului. Trecerea de la umăr la partea cilindrică se face cu o porțiune conică, cu o ȋnclinare de 2-5°, pe lungimea de 20-30 mm, iar racordarea la umăr cu o rază de 1-2 mm. Suprafața de așezare a gulerului, atât la cămașă, cât și ȋn locașul din bloc, trebuie să fie plană și perpendiculară pe axa cămașii, rugozitatea admisă pentru aceasta suprafață fiind Ra=0,8 μm. La proiectare, trebuie avut ȋn vedere ca umărul de sprijin și ghidare a cămășii să dea o ȋncovoiere minimă a cămășii, ca urmare a strângerii chiulasei.

Cămașa trebuie să depășească fața de sus a blocului cu 0,06-0,15 mm, funcție de materialul garniturii de chiulasă. Pentru protejarea garniturii de chiulasă, la acțiunea gazelor fierbinți, unele cămăși se execută cu o supraânălțare, dimensionată funcție de grosimea și elasticitatea garniturii de chiulasă.

Caracteristicile materialelor

Materialul cămășii trebuie să asigure rezistență la solicitări dinamice și mai ales la uzură, ținând seama că funcționează ȋn condiții de frecare deosebit de nefavorabile. Se impune utilizarea unor materiale speciale, fapt ȋngreunat ȋn cazul soluțiilor constructive la care cămașa face corp comun cu blocul motorului. Materialul cel mai folosit este fonta cenușie aliată, de obicei, cu crom, care asigură o rezistență sporită la uzură.

În tabelul 2 se prezintă unele materiale pentru cămăși uscate sau umede, grupate după proprietățile determinate de elementele de aliere.

Tab. 2. Fonte speciale pentru cămăși turnate centrifugal

Semifabricate pentru cămășile de cilindru

Procedeul modern cel mai des ȋntâlnit de realizare a cămășilor de cilindru din fontă specială este turnarea centrifugală. Prin acest procedeu, se realizează cămăși lipsite de pori și cu adaosuri de prelucrare minime. De obicei, turnarea se face pe mașini de turnat cu mai multe posturi, tip carusel, grosimea peretelui asigurându-se prin cantitatea de metal introdusă ȋn formă. Nu se exclud nici alte procedee de turnare statică ȋn forme metalice ~ sau amestec de formare. În acest caz, turnarea se face ȋn poziție verticală.

Întrucât răcirea cămășilor se face rapid, trebuie mărit conținutul de siliciu (1,8-2,2%), care are rol de grafitizare și conținutu1 de fosfor (0,3-0,9%) pentru mărirea fluidității. Pentru evitarea apariției fontei albe, ca urmare a răcirii prea rapide a cămășilor la exterior, formele metalice se căptușesc cu un strat termoizolator. Adaosurile de prelucrare sunt ȋn funcție de mărimea cămășii și procedeul de turnare și au valori ȋncepând cu 3-5 mm.

Duritatea cămășilor la majoritatea fontelor speciale, variază ȋn limitele 200-280 HB (tabelul 2).

1.2 Stabilirea succesiunii operațiilor și fixarea bazelor de așezare

Bazele de așezare

Ca bazele de așezare se utilizează suprafețele exterioare și frontale , iar la unele operații și suprafața interioară a cilindrului.

La prelucrarea pieselor de tip bucșă se ridică problema asigurării concentricitații suprafețelor interioare cu supafețele exterioare , cât și asigurarea perpendicularității suprafeței frontale cu axa , problemă rezolvabilă prin trei metode:

Prelucrarea suprafețelor interioare , exterioare și a unei suprafețe frontale dintr-o singură prindere

Prelucrarea tuturor suprafețelor , din două prinderi sau din două operații , utilizându-se suprafața exterioară ca bază de așezare pentru prelucrarea finală a suprafeței interioare

Prelucrarea tuturor suprafețelor , din două prinderi sau din două operații , utilizându-se suprafața interioară ca bază de așezare pentru prelucrarea finală a suprafeței exterioare

Succesiunea principalelor operații de prelucrare mecanică

Tehnologia de prelucrare mecanică a cămășilor de cilindru se conduce ȋn principal după două direcții , ȋn fucție de Soluția constructivă.

Tab.3.Succesiunea principalelor operații de prelucrare mecanică a unei cămăși de cilindru umede

1.3 Calculul adaosurilor de prelucrare pentru următoarele suprafețe

Rz-1 – reprezintă înălțimea neregularităților profilului rezultate la operația precedentă

Si-1 – semnifică adâncimea stratului superficial defect, format la operația anterioară i-1

εi – este eroarea de instalare a suprafeței de prelucrare inițială la operația sau faza considerată i.

εfa – este eroarea de fixare în direcție axială

Api-min – simbolizează adaosul de prelucrare minim

dp – este diametrul piesei

dpi-1 – reprezintă diametrul obținut din faza anterioară

T – toleranța operației de prelucrare mecanică

Strunjire de finisare :

Unde ρm reprezintă eroarea la deplasarea mandrinelor iar ρe eroarea la excetricitate;

[mm]

[μm]

Se adopta dimensiunile pentru cămașa de cilindru sunt 115 de mm la interior iar la exterior 141 de mm cu o înălțime de 249 de mm.

Dimensiunea minimă după operație va fi :

[mm]

[mm]

Unde:

T=toleranta procesului tehnologic de 0.035;

Honuire de finisare:

Se ia eroarea de centrare și eroarea de fixare 0 pentru că capul de honuit se autocentrează,

[μm]

[mm]

În concluzie se va lua 120 de mm la interior adaos de prelucrare iar la exterior 150 de mm.

1.4 Calculul regimurilor de așchiere pentru operațiile ce se vor indica cu verificarea gradului de încărcare și utilizare a puteri utilajului:

Strunjirea de finisare:

Se extrag valorile :

K=2.12;

x=0.6;

y=0;

w=0.85;

u=0;

z=0.45 ;

Adopt HB =240 pentru fontă aliată cu Cr ;

Rm=450 N/mm2

Kg – coeficient de corecție a vitezei

t – adâncimea de așchiere

Viteza de așchiere se obține cu relația:

[m/min]

Unde: [mm]

Puterea efectivă necesară Ne se obține cu relația :

K=0.016

w=0.55

u=0

x=1

y=1

z=0.75

[kW]

Honuirea finală de finisare:

[mm3/min];

Unde :

C este coeficientul pentru caracteristicile materialului fontei.

Se alege :C=0.97

Dp – reprezintă diametrul alezajului de prelucrat

lact – semnifică lungimea activă a barelor de honuit adopt 60 de mm

x =0.5

T – este toleranța suprafeței prelucrate adopt 15 μm.

Ra – sibomlizează abaterea medie pătratică a neregularităților 25 μm

[mm3/min]

Viteza de așchiere se obține din :

[m/min];

Unde:

Vrot – este viteza de rotație a capului de honuit

Vra – este viteza de mișcare rectlinie alternativă

Se alege:

Vrot – este cuprinsă între 15 și 80

Vra – are valori între 5 și 20

Se adopta:

Vrot =40 m/min

Vra =12 m/min

[m/min]

[mm/rot]

[mm/rot]

Unde:

– avansul transversal de pătrundere:

[mm/rot]

Unde:

-este avansul longitudinal al capului de honuit:

[mm/rot]

1.5 Normarea tehnică

Calcularea normei de timp la strunjire longitudinală în masă:

Adâncimea așchierii:

Se alege cuțit din carbură metalică:

[ min],

[min]

[ min]

Coeficienții lui țin cont de duritatea Brinell a materialului, de unghiul de atac al cuțitului , de prinderea piesei , și raza la vârf a cuțitului a căror valoare este indicată tabelar:

[ min]

de prelucrare va fi egal cu de prelucrare, piesă nu are pereți subțiri

[min]

Timpul t4 se ia din tabelul 5.20

[min]

Timpul t5 se ia din tabelul 5.24

[min]

[min]

[min]

[min]

Coeficienți de corecție se iau din tabelele 5.25 , 5.26 . 5.27

[min]

Timpul t6 se ia din tabelul 5.28

Coeficientul se ia din tabelul 5.29

[min]

Este îndeplinită condiția :

Se calculează numărul de treceri:

[treceri] [treceri]

În cazul în care i≥1 adaosul se împarte pe treceri astfel încât nici una din adâncimile de așchiere pe cele i treceri să nu fie mai mică decât adâncimea de așchiere minim admisă .

Adâncimea de așchiere se obține din relația :

[treceri]

[mm]

Avansul așchierii:

Se parcurge ramura 3 a etapei de calcul astfel încât :

[mm/rot]

[mm/rot]

[mm/rot]

Avansul S2 se ia din tabelul 5.34

Coeficienții sunt aleși din tabelele 5.35 , 5.36 , 5,37 5.38

Piesă nu are pereți subțiri așadar :

[mm/rot]

[mm/rot]

[mm/rot]

Avansul S4 se ia din tabelul 5.42

Coeficienții sunt aleși din tabelele 5.43 , 5.44

[mm/rot]

[mm/rot]

[mm/rot]

[mm/rot]

[mm/rot]

Avansul S5 se ia din tabelul 5.45

Coeficienții sunt aleși din tabelele 5.46 , 5,47

Se alege din gama de avansuri a stungului valoarea egală sau imediat inferioară lui S2.

Viteza de așchiere:

[mm/rot]

Viteza V1 se ia din tabelul 5.50

Coeficienții sun aleși din tabelele 5.51, până la 5.58

[mm/rot]

Se calculează turația n recorectată:

[rot/min]

[rot/min]

Se alege din gama de turați a strungului utilizat valoarea n imediat inferioară nr .

Viteza corespunzătoare este :

[m/min]

[m/min]

Timpul de bază se obține din relația :

[min]

Unde:

l1 – distanța de pătrundere intrare a cuțitului

l2 – distanța de depășire ieșire a sculei

l3 – este lungimea suprafeței prelucrate peste așchia de probă

s – avansul

n – turația

[min]

Timpul operativ se obține matematic din expresia :

[min/om]

Unde:

– timpul operativ

– timp de bază

– timp ajutător

ta1 – timp ajutător pentru prinderea și desprinderea piesei

ta2 – timp ajutător pentru comandă mașinii

ta3 – timp ajutător pentru luarea așchiilor de probă

ta4 – timp ajutător pentru evacuarea așchiilor

[min/om]

Se stabilesc procentele pentru timpul de deservire oragnizatorică și timpul de deservire tehnică tabelul 5.79:

[min]

[min]

[min]

[min]

Unde:

tdt – timp de deservire tehnică

tdo – timp de odihnăși necesități fiziologice

Se calculezează tdl :

[min]

[min]

Se stabilește procentul pentru timpul de odihnă și necesități fiziologice:

[min]

[min]

Unde:

ton – timp de deservire organizatorică

Timpul unitar se calculează matematic astfel:

[min/om]

[min/om]

Timpul necesar pentru producție va fi :

[min/om]

Strunjirea interioară :

Operația se execută pe srung normal

Pentru stunjirea interioară coeficienți sunt identici diferă doar de aici în colo :

[rot/min]

Timpul de pregăire încheiere este luat din tabelul 5.65 cu prindere între vârfuri.:

[min]

[min/om] tabelul 5.69

[min/om] tabelul 5.73

[min/om] tabelul 5.75

[min/om] tabelul 5.78

Timpul operativ se obține matematic din expresia :

[min/om]

[min]

[min]

Timpul unitar se calculează astfel:

[min]

[min]

Se adoptă 3 minute .

Timpul necesar pentru producție va fi :

[min]

1.6 Definitivarea planului de operații

Strunjirea frontală de debitare la lungime și retezare a inelului de probă, ȋnsoțită de strunjire interioară de degrosare, efectuate pe strung monoax orizontal sau strung multiax vertical;

Strunjirea de degrosare la suprafata exterioară , prin atacarea piesei cu cuțite multiple;

Alezarea de degrosare și finisare a suprafeței interioare;

Strunjirea de finisare a suprafeței exterioare , rectificarea brâurilor exterioare de centrare și a suprafețelor frontale;

Tratamente termice de durificare superficială și , eventual , electrochimice pentru acoperiri exterioare de protecție anticorosivă;

Rectificarea de finisare a suprafețelor brâurilor de centrare și suprafețelor frontale;

Honuirea de degrosare și finisare a alezajului cămășilor.

2. Studiul uzurilor pieselor și tehnologia de recondiționare a ei

Deformarea cilindrului compromite etanșarea camerei de ardere și durabilitatea mecanismului motor. Cilindrul se deformează static, sub acțiunea forțelor de restrângere la montaj și a fluxului termic, precum și dinamic, sub acțiunea presiunii gazelor, forței normale și a impactului cu pistonul.

Uzura oglinzii (suprafața interioară) cilindrului constituie una dintre principalele cauze care limitează durata de funcționare a motorului. Exista trei mari categorii de uzură:

a)     uzura corosivă – rezultat al contactului dintre metal și produșii agresivi care se formează ȋn procesul de ardere (acizii acetic, sulfuric și azotic, formaldehidele, vaporii de apă etc.) și care se condensează pe oglinda cilindrului. Ea este maximă ȋn partea superioară (dinspre pmi) a cilindrului. Temperatura cămășii are un rol hotărâtor ȋn această direcție: când ea coboară sub punctul de rouă (temperatura minimă la care o substanță se mai află ȋn stare de vapori), produsele corosive condensează pe cămașă;

b)     uzura abrazivă – produsă de particulele dure prezente ȋn atmosferă (particule de cuarț), ȋn ulei (așchii metalice, particule de calamină, cuarț etc.) și ȋn combustibil;

c)     uzura adezivă – consecință a contactului direct dintre piston, segmenți și cilindru, contact posibil ȋn special ȋn punctele moarte, când ungerea hidrodinamică este compromisă.

Factorii care influențeaza uzura cilindrului sunt următorii:

a)     regimul de funcționare al motorului;

b)     presiunea exercitată de segmenți;

c)     regimul de ungere a cilindrului;

d)     gradul de impurificare a aerului, uleiului și combustibilului;

e)     natura, vâscozitatea și stabilitatea uleiului;

f)      compoziția chimică și fracționată a combustibilului;

g)     natura materialului cilindrului;

h)     tehnologia de finisare a cilindrului;

i)      particularitățile constructive ale cilindrului;

j)      deformația cilindrului produsă la montaj;

k)     răcirea cilindrului – importanta condițiilor de pornire.

Recondiționarea cămășilor de cilindru

Defecțiunile care pot apărea la cămășile de cilindru în timpul exploatării sunt: uzuri normale sau anormale, fisuri, rizuri, urme de gripaj etc.

Principalele cauze ale uzurii cilindrilor sunt următoarele: coroziunile care se produc după fiecare pornire la rece; frecare între cilindru și piston; jocuri necorespunzătoare la montaj; condițiile în care se face rodajul; calitatea dozajului, respectiv a injecției combustibilului; calitatea uleiului; regimul termic; condițiile de exploatare etc.

Uzura cilindrilor corelată cu a pistonului și segmenților, determină scăderea performanțelor motorului, creșterea consumului de combustibil și ulei, apariția bătăilor anormale etc., ceea ce constituie principala cauză pentru care motoarele necesită a fi reparate.

Recondiționarea alezajului cămășii de cilindru se face prin majorarea la o cotă de reparații, care cuprinde în general două operații: prima pentru restabilirea formei geometrice, care se execută prin alezare; a doua de finisare pentru obținerea rugozității impuse suprafeței care se execută prin honuire. Adaosul de prelucrare la alezare se stabilește în funcție de uzuri și dimensiuni de reparație ținând cont că pentru honuire se lasă un adaos de (0,03…0,05) mm. În cazul când uzura plus adaosul necesar pentru honuire nu asigură un adaos suficient pentru alezare, se va trece la prelucrarea corespunzătoare următoarei trepte de reparații.

Fisurile, suflurile sau spărturile, nu se recondiționează acestea fiind cauze pentru reformarea pieselor.

Stabilirea succesiunii operațiilor ȋn cadrul procesului tehnologic de recondiționare

Fig. 3 Honuirea cămăși de cilindru umede

Tratamente de suprafata si acoperiri de protectie

Pentru marirea durabilitatii camasilor de cilindru, unele firme executa o nitrurare in bai de saruri (de ex. nitrurarea dupa procedeul Tenifer: temperatura 570±10°C si durata 180 min), operatie ce se introduce dupa honuirea de degrosare.

In vederea imbunatatirii rodarii camasilor dupa honuirea finala, se executa fosfatare a suprafetei de lucru. Dupa aceasta operatie nu se mai admite decat decaparea cu solutie de acid sulfuric 15% timp de 1 min. Pentru marirea durabilitatii si pastrarii formei, camasile din aliaje usoare se cromeaza sau se metalizeaza. Cromul se depune electrolitic, iar metalizarea se face cu otel. Ambele straturi au pe suprarfata pori care retin uleiul, util in perioada de rodaj. Stratul de crom depus electrolitic direct pe suprafata cilindrului din aliaje usoare trebuie sa aiba grosimea de 50-60 μm. La metalizare, se depune mai intai un strat intermediar de molibden de 20-30 μm, care asigura o legatura buna intre otel si aliajul usor, iar apoi pina la grosimea de 50-90 μm se depune un strat de otel special.

Totusi, cel mai utilizat procedeu este inglobarea la turnarea cilindrilor din aliaje usoare a unor bucse din fonta speciala. Camasa cilindrului, care este din fonta, se executa in partea exterioara cu o rugozitate foarte mare si se introduce in forma de turnare a cilindrului, astfel incat in timpul turnarii se produce o inglobare a acesteia de catre masa de aliaj usor.

Pentru realizarea unei imbinari intime intre otel (fonta) si aliajul usor, care se oxideaza foarte repede, s-a elaborat procedeul ALFIN, care consta in realizarea unui strat nemetalic intermediar din FexAly oare interactioneaza atat cu aluminiul, cat si cu otelul. Stratul intermetalic este de obicei de grosime 0,02-0,03 mm, avand o rezistenta la tractiune de 80-120 MPa, iar la forfecare o rezistenta de 40-60 MPa. Procedeul se poate aplica si la alte cupluri de metale, in afara de otel si aluminiu, ca de ex.: titan si nichel in loc de otel si magneziu sau aliaj de magneziu in loc de aluminiu, dar nu se preteaza la turnarea in cochila.

Bibliografie

1.Beleș, H. Abăitancei, D. Fabricarea și repararea autovehiculelor. Îndrumar de laborator. Universitatea din Oradea, 2015.

2.Beleș, H. Fabricarea și repararea autovehiculelor. Note de curs. Universitatea din Oradea, 2015.

3.Abăitancei, D. Soare, I. Tănase, F. Rădulescu, R. Chiru, A. Țurea, N. Fabricarea și repararea autovehiculelor. Îndrumar de laborator. Litografia Universitații din Brașov, 1987.

4. http://www.scrigroup.com/