Повышение точности и производительности копирной обработки поршневых колец тракторных дизельных двигателей

В" Основных направлениях экономического и социального развития СССР на 1981 — 1985 годы и на период до 1990 года" в качестве главной задачи одиннадцатой пятилетки КПСС выдвигает обеспечение дальнейшего роста благосостояния советских людей на основе устойчивого, поступательного развития народного хозяйства, ускорения научно-технического прогресса и перехода экономики на интенсивный путь развития, более рационального использования производственного потенциала страны, всемерной экономии всех видов ресурсов и улучшения качества работы.

Применение в народном хозяйстве большого количества двигателей в качестве силовых установок определяет актуальность вопроса экономичной и надежной их эксплуатации, которая в значительной степени зависит от качества поршневых колец.

Повышение качества поршневых колец и увеличение их срока службы, особенно для современных форсированных двигателей, представляет задачу, решение которой даст стране значительную экономию денежных средств, смазочных масел и топлива. Это требует от заводов, производящих поршневые кольца, непрерывного совершенствования технологии производства, изыскания новых конструкторских решений для увеличения долговечности поршневых колец.

Расчет поршневых колец осложняется наличием многочисленных факторов, имеющих место при литье и механической обработке, которые до конца еще не изучены.

В соответствии с приказом Министра тракторного и сельскохозяйственного машиностроения № 108 от 17 февраля 1981 г. к разработана Целевая программа по. повышению технического уровня двигателя, Дт160, а именно, повышение ресурса двигателей до 8000. моточасов до первого капитального ремонта, снижение удельного, расхода топлива при номинальной мощности до 128 г/кВт.ч., снижение расхода масла на угар до 0,5.О, б % от расхода топлива. Одним из-путей достижения данных показателей является.внедрение.комплекта поршневых колец с повышенной маслосъемной способностью. Основными исполнителями Целевой программы являются Одесский конструкторско-технологический институт, Макинский•завод поршневых колец имени В. И. Ленина и Челябинский тракторный (завод. Кафедра, «Технология машиностроения» Саратовского, ордена «Знак Почета» института механизации сельского хозяйства имени М. И. Калинина явилась соисполнителем данной программы по изготовлению поршневых колец, отвечающих условиям ГОСТ 846–81¦и ГОСТ 621–79.

При выполнении программы решались вопросы совершенствования методики расчета. поршневых колец, копиров и мастер-копиров, применяемых) в современном >технологическом процессе обработки поршневых колец по копирам. Исследовались погрешности механической обработки: поршневых колец на различных операциях технологического/процесса. Особый интерес представила оптация «копирное одновременное обтачивание и растачивание», при выполнении которой задаются основные параметры поршневых колец, определяющие. их работоспособность в двигателе.

Данная работа посвящена исследованию возможности повышения точности и производительности копирных станков, применяемых при выполнении операции «копирное одновременное обтачивание и растачивание». В работе рассмотрены вопросы расчета формы поршневых колец-в свободном состоянии, формы копиров, мастер-копиров, определения сил в копирных узлах станков МК-6П и МК6026 при различных величинах силы затяжки и жесткости пружин, частоты"вращения шпинделя и. положения центра вращения, копира, позволяющих — выбрать оптимальные условия эксплуатации данных станков.

Результаты-исследований внедрены на Макинском заводе поршневых колец < имени В. И<�Ленина. Эксплуатациошая проверка качества опытных поршневых колец проведена в. хозяйствах Саратовской области.

Работа выполнена в Саратовском ордена «Знак.Почета» институте механизации сельского хозяйства имени М. И. Калинина. Основное ее содержание опубликовано в [25 — 31, 37, 38, 64 -.66.]. В. 1982 году автор награжден Дипломом президиума Центрального правления научно-технического общества машиностроительной промышленности за работу, удостоенную второй премии по итогам Всесоюзного конкурса «Премии ЦП НТО Машпром молодым ученым и специалистам — членам НТО за лучшие разработки в области науки и техники» ,.

Материалы диссертации докладывались на научно-технических конференциях Саратовского политехнического института в 1980 -1983 г. г., Саратовского института механизации сельского хозяйства в 1979 — 1983 г. г., Астраханского технического института рыбной промышленности и хозяйства в 1981 г., Московского института инженеров сельскохозяйственного производства имени В. П. Горячкина в 1982 г. и на заседании научно-технического совета Макинского завода поршневых колец имени В. И. Ленина.

I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1. Условия работы и требования к обработке поршневых колец.

В связи с форсированием современных автотракторных двигателей внутреннего сгорания /ДВС/, повышением их долговечности и экономичности особое значение приобретают вопросы надежности наиболее ответственных сопряженных деталей. Среди ответственных деталей двигателя особое место занимает цилиндропоршневая группа и, в частности поршневые кольца.

Назначение поршневых колец заключается в герметизации камеры сгорания от картера, распределении смазочного масла по поверхностям трения и отводе тепла от поршня кстенкам: цилиндра.

Поршневые кольца работают в условиях резкого изменения давления газов и высоких температур. Влияние данных факторов, а также изменение размеров гильзы цилиндров вследствие ее износа и деформации, большие скорости перемещения, перекладка поршня и т. д. затрудняют работу поршневых колец. Изучение поведения колец при различных режимах работы двигателя усложняется из-за труднодоступности для непосредственного их наблюдения. Для обеспечения нормальной работы двигателя необходимо выдержать большое количество параметров и характеристик поршневых колец при их изготовлении в определенных пределах.

В табл. 1.1 перечислении параметры и характеристики поршневых колец, основные величины которых задаются и контролируются по ГОСТ 621–79, ГОСТ 846–81, ГОСТ 7295–81 и техническим условиям рабочих., чертежей /см. приложение 2/.

Точность получения радиальной толщины, высоты, размера фасок поршневого кольца не представляет особую трудность, а получение оптимальной формы в свободном состоянии является самой сложной задачей в процессе механической обработки. Оптимальная форма определяется из условий экономичной и долговечной эксплуатации двигателей и рассчитывается из условий кольца. обеспечения полного прилегания" ^ стенкам цилиндра, имеющим некоторые искажения, с определенным по периметру давлением.

Таблица 1.1.

Параметры и характеристики поршневых колец.

Наименование ОбознаНаименование Обозначение чение.

Номинальный диаПредел прочности при метр, мм д изгибе, Па б’в.Н.

Высота, мм ь Отношение условного.

Радиальная толщимодуля упругости к бв. и на, мм Ь пределу прочности.

Колебание радиальпри изгибе ной толщины, мм — Овальность, мм 0.

Размеры фасок, мм — Остаточная деформация,.

Радиальный зазор, мм Л % С.

Зазор в замке в своШероховатость поверхбодном состоянии ностей, мкм кольца, мм Форма в свободном.

Зазор в замке в сжасостоянии, мм том состоянии кольца Толщина покрытия, мкм тепловой зазор/, мм $ Прочность сцепления.

Упругость, Н о. покрытия, Па.

Среднее давление, Па р Твердость НйВ.

Эпюра распределения Колебание твердости нкв радиальных давлений, Микро структура.

Па — Химический состав, %.

Условный модуль упРесурс, мото-ч ругости, Па Е Коробление, мм Д2.

Хотя форма поршневых колец в свободном состоянии не является браковочным признаком, но от нее зависят важнейшие параметры поршневых колец: овальность, упругость, радиальный зазор, эпюра распределения давлений, приспособляемость к стенкам цилиндра, которые могут быть проверены только у окончательно обработанных поршневых колец.

Первоначально форма поршневым кольцам задается заготовкам при литье индивидуальным методом и последовательно приближается к расчетной в процессе механической обработки. Учитывая последнее, необходимо технологический процесс спроектировать таким образом, чтобы при его завершении форма поршневых колец обеспечивала необходимые качественные показатели.

С форсированием двигателей внутреннего сгорания требования к точности выполнения отдельных параметров поршневых колец повышаются. Это находит отражение в кв&кедккх ГОСТах. Так, например, коробление торцовых поверхностей поршневых колец диаметром свыше 100 мм по ГОСТ 846–81 равно 0,03 мм, тогда как коробление по ранее действующему ГОСТ 846–73 составляло 0,04 мм. Радиальный зазор между рабочей поверхностью поршневых колец и поверхностью контрольного калибра по ГОСТ 621–67 не должен превышать 0,02 мм, зазор допускается не более чем в двух местах на дугах в 30? расположенных не ближе 30°от замка. По ГОСТ 621–79 верхние компрессионные поршневые кольца с симметричным профилем сечения должны иметь 100%-ное прилегание рабочей поверхности к поверхности калибра. Радиальный зазор для верхних компрессионных поршневых колец с несимметричным профилем, а также нижних компрессионных и маслосъемных поршневых колец допускается не более чем в двух местах на дугах не более 25® расположенных не ближе 20°от замка. Величина радиального зазора не должна быть более 0,01 мм.

Ресурс-для поршневых колец, применяемых на двигателях грузовых автомобилей, составляет 0,6 от ресурса двигателя /ГОСТ 846−73/, в настоящее время его величина равна 0,7 /ГОСТ 846−81/.

Новые станки, которыемогли, бы обеспечить, повышенные требования, в. настоящеевремя или. только проектируются, или находятся на стадии опытного испытания, а у эксплуатируемых станков не в-полной мере использованы возможности повышения точности обработки. Поэтому необходимо в области изготовления поршневых колец провести исследования технологического процесса, направленные на выявление и реализацию скрытых возможностей по повышению точности обработки поршневых колец и особенно их формы в свободном! состоянии.*.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.

1. В результате рассмотрения требований к обработке и анализа технологического процесса изготовления поршневых колец тракторных двигателей выявлено, что в связи с введением в действие ГОСТ 621–79, ГОСТ 846–81 и ГОСТ 7295–81 требования к выполнению основных параметров поршневых колец резко возросли.

2. Анализ копирных станков, применяемых в современном технологическом процессе изготовления поршневых колец, показал, что они не в полной мере удовлетворяют требования к качеству поршневых колец. Установлено, что жесткость копирных станков на 30 — 40% ниже жесткости универсальных станков токарной группы, отклонения радиус-векторов фактической формы превышают допустимые пределы.

3. Разработана методика расчета формы поршневых колец, копиров и мастер-копиров с использованием ЭВМ, учитывающая кинематические особенности копирных станков МК-611, МК6026 и копировально-шлифовального станка ЖЗ-22.

4. Анализ параметров опытных поршневых колец, изготовленных на Макинском заводе поршневых колец имени В. И. Ленина по экспериментальным копирам со смещенным центром вращения в сторону спинки на величину 1,0 — 1,5 мм на копирных станках МК-611 с пружиной, жесткость которой равна 50 кН/м, а частота вращения шпинделя 130 об/мин, показал, что они имеют овальность и упругость, соответствующую требованиям чертежа, а брак по радиальному зазору снижен на 15%.

5. Разработано измерительное устройство для определения закона движения качающегося суппорта, замера приращений радиус-векторов формы копиров и формы заготовок до и после обработки непосредственно на станке с достаточной точностью.

6. Стендовая и эксплуатационная проверка опытных поршневых колец подтвердила их высокую работоспособность.

7. Внедрение результатов исследований на Макинском заводе поршневых колец имени В. И. Ленина позволило повысить точность обработки на копирных станках MK-6II в 2,4 раза, повысить производительность станков в среднем на 20% и получить экономический эффект при производстве поршневых колец 130,6 тыс. рублей в год.

8. Разработанные методики и рекомендации применимы для копирных станков, используемых при обработке деталей, имеющих сложный профиль.