Актуальность курсовой работы обусловлена постоянной проблемой износа деталей в автомобильной промышленности и сервисном обслуживании. В современных условиях, когда важны и экономия ресурсов, и экологическая ответственность, восстановление компонентов становится более целесообразным подходом, чем простое производство новых запчастей. Восстановление деталей автомобиля направлено на возврат их первоначальных эксплуатационных характеристик, включая геометрические параметры и физико-механические свойства. Целью данной работы является разработка технологического процесса восстановления распределительного вала двигателя ВАЗ-2101. Для достижения этой цели были поставлены следующие ключевые задачи:
- Проанализировать существующие методы восстановления изношенных деталей.
- Выявить и систематизировать основные дефекты распределительного вала.
- Обосновать выбор наиболее эффективной технологии ремонта для данного узла.
- Разработать детальный пошаговый технологический процесс восстановления.
- Провести технико-экономическое обоснование предложенного проекта.
Глава 1. Как устроен современный ремонт и какие методы он предлагает
Современная ремонтная практика располагает широким арсеналом технологий, позволяющих вернуть деталям их рабочие свойства. Все методы можно условно классифицировать на несколько основных групп. Каждая из них имеет свою физическую суть, преимущества и ограничения, что определяет область их применения.
К первой группе относятся механические методы, такие как обработка под ремонтный размер. Суть метода заключается в снятии минимально необходимого слоя материала с изношенной поверхности для восстановления ее правильной геометрической формы. После этого сопряженная деталь заменяется на новую, имеющую соответствующий ремонтный размер. Это технологически простой, но не всегда возможный способ, так как он уменьшает сечение детали и ее прочность.
Вторую, наиболее обширную группу, составляют методы сварки и наплавки. Наплавка подразумевает нанесение на восстанавливаемую поверхность слоя расплавленного присадочного материала, который после застывания образует единое целое с деталью. Ключевые технологии здесь — вибродуговая и плазменная наплавка. Их преимущество — возможность наносить слои металла с заданными свойствами (твердость, износостойкость). Однако существенный нагрев детали в процессе может привести к нежелательным структурным изменениям и короблению.
Третья группа — это газотермическое напыление и гальванические покрытия. При напылении частицы расплавленного металла переносятся на деталь скоростным потоком газа, формируя на ней покрытие. Гальванические методы (хромирование, железнение) позволяют наносить тонкие и твердые слои металла из раствора электролита. Эти методы отличаются минимальным тепловым воздействием на деталь, но требуют сложного оборудования и не всегда обеспечивают достаточную толщину слоя для компенсации значительного износа.
Глава 2. Почему именно распредвал и какой метод для него оптимален
Распределительный вал — один из ключевых и наиболее нагруженных элементов газораспределительного механизма двигателя ВАЗ-2101. Его основная задача — обеспечивать своевременное открытие и закрытие клапанов путем воздействия на их толкатели. В процессе работы он испытывает высокие контактные нагрузки и трение, что приводит к появлению характерных дефектов. Наиболее частой и критической неисправностью является износ рабочих поверхностей кулачков, что нарушает фазы газораспределения, снижает мощность двигателя и увеличивает расход топлива.
Применив к этой проблеме ранее рассмотренные методы, можно сделать обоснованный выбор. Механическая обработка под ремонтный размер здесь неприменима, так как профиль кулачка является сложной криволинейной поверхностью, изменение которой недопустимо. Гальванические покрытия не могут обеспечить достаточную толщину слоя для компенсации выработки в несколько десятых долей миллиметра.
Остаются методы наплавки. Сравнивая их, мы приходим к выводу, что вибродуговая наплавка является оптимальным решением для восстановления кулачков распредвала. Этот выбор обоснован несколькими факторами:
- Минимальная зона термического влияния. В отличие от других видов дуговой сварки, этот метод обеспечивает меньший и более концентрированный нагрев, что значительно снижает риск деформации (коробления) длинного и относительно тонкого вала.
- Высокая твердость и износостойкость. Применение специальных сварочных проволок позволяет получить наплавленный слой с твердостью, превосходящей твердость исходного материала, что гарантирует высокий ресурс восстановленной детали.
- Экономическая доступность. Оборудование для вибродуговой наплавки относительно недорогое и широко распространено на авторемонтных предприятиях, что делает технологию экономически выгодной.
Таким образом, сочетание технологических преимуществ и экономической целесообразности делает вибродуговую наплавку наиболее рациональным способом ремонта распределительных валов.
Глава 3. Разрабатываем пошаговый технологический маршрут ремонта
На основе сделанного выбора был разработан детальный технологический маршрут, представляющий собой последовательность операций по восстановлению распределительного вала ВАЗ-2101. Каждый этап имеет решающее значение для итогового качества.
- Входной контроль и дефектовка. Операция начинается с визуального осмотра вала на предмет очевидных повреждений. Далее с помощью микрометра измеряется износ опорных шеек и кулачков. Проводится проверка на биение с помощью индикаторной стойки. Детали с трещинами или изгибом, превышающим допустимые нормы, отбраковываются.
- Подготовительные операции. Вал тщательно промывается в моечной машине для удаления масляных загрязнений и нагара. Поверхности, подлежащие наплавке, дополнительно зачищаются механическим способом (например, металлической щеткой) для обеспечения надежного контакта.
- Вибродуговая наплавка. Деталь устанавливается в центрах специального приспособления или токарного станка. Наплавка кулачков производится сварочной проволокой Нп-30ХГСА на специализированной установке. Устанавливаются режимы: сила тока 100-120 А, напряжение дуги 18-22 В. Наплавка ведется последовательно на каждый кулачок с перекрытием валиков для создания сплошного слоя с припуском на последующую обработку.
- Механическая обработка. После наплавки вал подвергается нормализации (низкотемпературному отпуску) для снятия внутренних напряжений. Затем на шлифовальном станке опорные шейки обрабатываются под номинальный или ближайший ремонтный размер. Профили кулачков шлифуются на специальном копировально-шлифовальном станке до восстановления их точной заводской геометрии.
- Финишная обработка и контроль качества. Рабочие поверхности кулачков и шеек полируются для достижения требуемой шероховатости. Проводится выходной контроль: проверяется геометрия всех элементов, а также твердость восстановленных поверхностей с помощью твердомера. Качество восстановленной детали должно соответствовать нормативным значениям, указанным в технической документации.
Соблюдение этого маршрута позволяет гарантировать, что восстановленная деталь будет иметь характеристики, не уступающие новой.
Глава 4. Что нужно спроектировать для качественного выполнения работ
Для точной и безопасной реализации описанного технологического процесса, особенно операции наплавки, необходимо использование специализированной оснастки. В рамках конструкторской части работы обоснована и разработана конструкция приспособления для фиксации распределительного вала на рабочем столе наплавочной установки.
Приспособление представляет собой станину с двумя бабками — передней и задней. Деталь устанавливается в центрах этих бабок, что обеспечивает ее точное позиционирование и возможность вращения в процессе наплавки. Задняя бабка имеет ручной привод для поворота вала на заданный угол после наплавки очередного участка. Такая конструкция решает несколько задач:
- Обеспечивает жесткую и надежную фиксацию детали, исключая вибрации.
- Позволяет осуществлять равномерное нанесение металла по всей окружности кулачка.
- Гарантирует безопасность оператора.
В качестве примера прочностного расчета был выполнен расчет зажимного винта задней бабки. Расчет проводился на срез и смятие с целью подтвердить, что выбранный диаметр и материал винта способны выдержать усилия, возникающие при фиксации детали, с необходимым запасом прочности. Этот элемент является неотъемлемой частью курсовой работы инженерной специальности, демонстрируя навыки применения теоретических знаний на практике.
Глава 5. Считаем деньги и доказываем выгодность нашего решения
Финальным аргументом в пользу предложенной технологии является доказательство ее финансовой состоятельности. Для этого была составлена калькуляция себестоимости восстановления одного распределительного вала ВАЗ-2101.
В смету расходов были включены следующие статьи затрат:
- Стоимость материалов: учитывается расход сварочной проволоки, электроэнергии, абразивных кругов и моющих средств.
- Амортизация оборудования: рассчитывается доля износа станков и установок, приходящаяся на одну ремонтную операцию.
- Основная заработная плата: включает оплату труда станочника и сварщика на основе норм времени и тарифных ставок.
Полученная в результате расчетов себестоимость восстановления была сопоставлена со средней рыночной ценой нового распределительного вала для ВАЗ-2101. Сравнение показало, что затраты на ремонт составляют лишь часть стоимости новой детали. Рассчитанный коэффициент экономической эффективности, показывающий экономию в процентах, подтвердил высокую выгодность предложенного решения. Экономия может достигать от 28% до 82% в зависимости от конкретных условий производства, что делает восстановление чрезвычайно привлекательным для авторемонтных предприятий.
В ходе выполнения курсовой работы был детально проанализирован и решен комплекс инженерных задач. Был разработан и обоснован технологический процесс восстановления распределительного вала двигателя ВАЗ-2101 методом вибродуговой наплавки с последующей механической обработкой. Этот процесс включает в себя все необходимые этапы, от дефектовки до финального контроля качества.
Для обеспечения точности и технологичности операций была спроектирована специализированная оснастка. Проведенное экономическое обоснование наглядно продемонстрировало высокую финансовую целесообразность предложенного метода по сравнению с покупкой новой детали. Таким образом, можно сделать однозначный вывод, что цель курсовой работы полностью достигнута. Разработанное технологическое решение является комплексным, технически обоснованным и может быть рекомендовано для практического применения на профильных авторемонтных предприятиях с целью снижения затрат и повышения эффективности их деятельности.
ЛИТЕРАТУРА
- Бабенко Э. Г. Расчет режимов резания при механической обработке металлов и сплавов. Хабаровск: 1997
- Вершигора В. А. и др. Автомобили «Жигули» моделей ВАЗ-2101 – ВАЗ-21013. Устройство и ремонт. — М.: Транспорт, 1996. — 240 с.
- Иванов В. Б. Справочник по нормированию труда на автомобильном транс-порте.- Киев: Техника, 1991. — 174 с.
- Капитальный ремонт автомобилей. Справочник. /Под. ред. Р. Е. Есинберлина. М.: Транспорт, 1989. — 336 с.
- Карагодин В. И., Митрохин И. И. Ремонт автомобилей и двигателей. – М.: Академия, 2003. – 280 с.
- Масин М. А. Организация восстановления деталей. — М.: Транспорт, 1981. — 176 с.
- Молодык Н. В., Зелкин А. С. Восстановление деталей машин: Справочник. — М.: Машиностроение, 1989. — 480 с.
- Основы технологии производства и ремонта автомобилей: Метод. указ. к курсовой работе. /Сост. А. Д. Полканов; Вологодский политехнический институт: — Вологда, 1999. — 46с.
- Румянцев С. И. и др. Ремонт автомобилей. – М.: Транспорт, 1988 — 327 с.
- Справочник технолога-машиностроителя. Т1. /Под. ред. А. Г. Косиловой и Р. К. Мещерякова.- М.: Машиностроение, 1972.- 694 с.
- Справочник технолога-машиностроителя. Т2. / Под. ред.А. Н. Малого. — М.: Маши¬ностроение, 1972. — 568 с.