Помощь в учёбе, очень быстро...
Работаем вместе до победы

Технология упрочнения цилиндровых втулок судовых двигателей лазерной обработкой

Диссертация: Технология упрочнения цилиндровых втулок судовых двигателей лазерной обработкой
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Актуальность работы. Сложные условия эксплуатации судовых дизелей вызывают повышенный износ деталей, что приводит к значительным потребностям в запасных частях и соответственно денежных средствах на ремонт. Эксплуатация судовых двигателей внутреннего сгорания (СДВС) различных типов и модификаций предопределяет необходимость содержать на складе судоремонтных предприятий значительные объёмы… Читать ещё >

Содержание

  • 1. Аналитический обзор технологических методов упрочнения цилиндровых втулок судовых дизелей при производстве сменно- запасных деталей в судоремонте
    • 1. 1. Анализ методов упрочнения, применяемых для цилиндровых втулок судовых среднеоборотных дизелей
    • 1. 2. Технологические лазерные установки и области их применения
    • 1. 3. Технологические особенности повышения эффективности лазерной обработки
    • 1. 4. Постановка задач исследований технологии лазерной обработки цилиндровых втулок судовых двигателей
  • 2. Структурообразование в зоне лазерной обработки чугуна
    • 2. 1. Определение износостойкости и сопротивлению задиру внутренних поверхностей цилиндровых втулок
    • 2. 2. Исследование микроструктуры серого чугуна в зоне лазерной обработки
    • 2. 3. Влияние остаточного аустенита на износостойкость чугуна
    • 2. 4. Формирование износостойких структур в поверхностных слоях СЧ 25 упрочненных лазером
  • 3. Экспериментальные исследования упрочнения материала
  • СЧ 25 цилиндровых втулок лазерной обработкой
    • 3. 1. Влияние химических элементов на свойства чугунов цилиндровых втулок, обработанных лазером
    • 3. 2. Влияние режимов лазерной обработки на физико-механические свойства чугуна СЧ
    • 3. 3. Исследование износостойкости поверхностных слоев
  • СЧ25 в зависимости от расположения лазерных дорожек
    • 3. 4. Выбор оптимальных режимов лазерной обработки чугуна
  • СЧ 25 цилиндровых втулок
  • 4. Разработка технологии упрочнения цилиндровых втулок лазерной обработкой в условиях производства сменнозапасных деталей в судоремонте
    • 4. 1. Технологические рекомендации организации участка для лазерного упрочнения сменно-запасных деталей судовых дизелей
    • 4. 2. Технология лазерной обработки «зеркала» цилиндровых втулок
    • 4. 3. Промышленное внедрение и экономический эффект применения лазерной технологии
  • Заключение
  • Список литературы
  • Приложения

Технология упрочнения цилиндровых втулок судовых двигателей лазерной обработкой (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Актуальность работы. Сложные условия эксплуатации судовых дизелей вызывают повышенный износ деталей, что приводит к значительным потребностям в запасных частях и соответственно денежных средствах на ремонт. Эксплуатация судовых двигателей внутреннего сгорания (СДВС) различных типов и модификаций предопределяет необходимость содержать на складе судоремонтных предприятий значительные объёмы запасных деталей двигателей, стоимость которых составляет до 2,5% от балансовой стоимости судов.

Как показывает практика эксплуатации судовых двигателей, сроки проведения текущего и среднего ремонтов существенно зависят от технического состояния деталей цилиндропоршневой группы (ЦПГ). Одной из наиболее нагруженных и дорогостоящих деталей ЦПГ является цилиндровая втулка (ЦВ), износ рабочей поверхности которой, определяет межремонтный период работы двигателя.

Высокие требования, предъявляемые к эксплуатационным характеристикам и работоспособности втулок цилиндров судовых дизелей, которые в настоящее время используют в неупрочнённом состоянии, обусловливает необходимость повышения их ресурса. Известно достаточное количество способов упрочнения втулок: хромирование, фосфатирование, азотирование, изотермическая закалка и др. 9]. Однако трудоёмкость технологических процессов, необходимость назначения оптимальных припусков на механическую обработку затрудняют применение эффективных методов.

Фундаментальным проблемам упрочнения деталей машин и механизмов и повышения их надежности как при изготовлении, так и в процессе ремонта посвящены научные труды известных учёных:

Д.Н. Гаркунова, А. Н. Гаврилова, И. В. Крагельского, И. А. Мишина, М. К. Овсянникова, Л. И. Погодаева, А. П. Семёнова, М.М. Тененбау-ма, Ю. Н. Цветкова и др.

Решению проблем, связанных с увеличением надёжности машин и механизмов посвящены работы A.B. Асташкевича, O.A. Борчевского, В. Н. Дубнякова, А. П. Ермакова, Ю. Е. Ежова, Ю. Г. Кулика, Ю. И. Матвеева, Н. С. Молодцова, А. П. Пимошенко, Ю.В. Су-меркина и др.

Несмотря на большое количество работ и проведённых исследований, к настоящему моменту нет достаточно надёжных производственных технологий упрочнения ЦВ среднеоборотных двигателей (СОД), позволяющих повысить ресурс данных деталей до нормативных значений.

Поэтому проблема повышения износостойкости цилиндровых втулок СОД является актуальной.

Цель исследования. Целью данной работы является исследования и разработка технологии упрочнения ЦВ СОД лазерной обработкой, при производстве сменно-запасных деталей в судоремонте.

Для выполнения данной работы необходимо решить ряд задач: обобщение и анализ существующего опыта в упрочнении деталей ЦПГ на судоремонтных и дизелестроительных предприятияхсистематизировать основные причины изнашивания и отказы ЦВ судовых дизелейнаучно обосновать метод лазерного упрочнения «зеркала» ЦВ, выполненых из серого чугуна СЧ 25- исследовать процесс лазерной обработки материала СЧ 25.

ЦВпровести исследования структур поверхностных слоев материала ЦВ СОД, упрочнённых лазерным излучениемопределить влияние режимов лазерной обработки на фазовый состав и физико-механические свойства материала ЦВисследовать и выбрать оптимальные режимы лазерной обработки материала ЦВ.

Теоретические исследования выполнены с применением методов математической теории планирования эксперимента.

Экспериментальные исследования проводились на лабораторных стендах, а также на испытательном стенде 6ЧРН36/45 ОАО «РУМО».

Научная новизна исследований.

— обоснована целесообразность метода упрочнения лазерной обработкой ЦВ СОД;

— изучено влияние лазерной обработки чугуна цилиндровых втулок СОД на структуру и физико-механические свойства;

— получены математические модели влияния технологических факторов при лазерной обработке на структуру и свойства рабочих поверхностей ЦВ;

— установлено положительное влияние лазерного упрочнения на триботехнические свойства и эксплуатационные характеристики ЦВ;

— разработана методика ускоренных триботехнических испытаний деталей работающих в условиях трения.

Практическая ценность заключается в разработке технологии упрочнения рабочей поверхности ЦВ СОД лазерной обработкой, позволяющая повысить ресурс втулок в 1,5−2 раза по сравнению с серийными деталямиопределён оптимальный диапазон режимов лазерной обработки материала ЦВпостроены номограммы для определения оптимальных режимов лазерной обработки серых чугуновисследовано влияние геометрии расположения лазерных дорожек на износостойкость ЦВрезультаты научных и практических исследований диссертационной работы используются в учебном процессе студентов электромеханической специальностидля ОАО «Завод Нижегородский Теплоход» даны технологические рекомендации и необходимая документация для организации участка лазерного упрочнения сменно-запасных деталей СДВС.

Реализация работы Совместно с ОАО «Завод Нижегородский Теплоход» изготовлена опытная партия втулок СОД 6ЧРН36/45 с лазерной обработкой, в количестве 10 шт. Экспериментальные ЦВ были поставлены на испытательный стенд ОАО «РУМО», наработка данных деталей к настоящему времени составляет 840 ч. На ОАО «Завод Нижегородский Теплоход» создан участок лазерного упрочнения сменно-запасных деталей СДВС.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ВГАВТа в 1997;99г.г., научно-технической конференции, посвященной 10-летию Нижегородского филиала института машиноведения Российской академии наук (г. Н. Новгород, 1997), региональной науч.-практич. конференции инженерного факультета НГСХА по итогам работы за 1996 — 1999 г. (г. Н. Новгород, 1999).

Основные положения диссертации опубликованы в 6 печатных работах.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Проведённые исследования позволяют сделать следующие основные выводы:

1. На основании аналитического обзора производственного опыта судоремонтных предприятий водного транспорта обоснована целесообразность упрочнения ЦВ лазерной обработкой.

2. Разработана методика ускоренных триботехнических испытаний деталей, работающих в условиях трения.

3. Исследовано влияние химических элементов чугуна ЦВ на структуру и фазовый состав поверхностных слоёв зоны лазерного воздействия.

4. Определена оптимальная структура серого чугуна ЦВ, способствующая получению высоких триботехнических характеристик.

5. Установлено, что минимальный износ ЦВ достигается при мощности лазерного излучения Р = 1250. 1300 Вт и скорости перемещения луча V = 6.7 мм/с. (литьё в землю), Р = 1200. 1300 Вт и V = 4,5. .6 мм/с. (центробежный способ литья).

6. Наблюдаемое уменьшение микротвёрдости на поверхности зоны лазерного воздействия является благоприятным условием формирования микроструктуры, т.к. процесс приработки ЦВ будет протекать за меньший промежуток времени. В процессе эксплуатации будут работать слои с повышенной твёрдостью, что обеспечит дополнительное повышение износостойкости ЦВ.

7. По результатам исследований получены математические модели и построены номограммы выбора режимов лазерной обработки серого чугуна СЧ 25.

Показать весь текст

Список литературы

  1. Г. А., и др. Оптимизация технологического С02 лазера замкнутого цикла мощностью 10 кВт. Квантовая электроника, 1979, т. 6, N 1, с. 204
  2. Г. А., и др. Стационарный технологический С02 лазера мощностью 10 кВт. Квантовая электроника, 1980, т. 7, N 11, с. 246 — 247
  3. Г. А., Цырлин С. Э. Лазерная закалка деталей машин. М., 1984.
  4. В.М. Процессы лазерной сварки и термообработки. -М.: Наука, 1988.-176 с.
  5. В. М. Зверев C.B., Чеканов Н. Г. Упрочнение стали У10 лазерным излучением. Автомобильная промышленность, 1980, № 6, С. 28.
  6. В.М., Фикшис М. М. Лазеры и перспективы их применения в автомобилестроении. -М.: НИИавтопром, 1980.-65 с.
  7. В.В. и др. Мощный многолучевой С02 лазер, возбуждаемый разрядом переменного тока. Квантовая электроника, 1981, т. 8, N 10, с. 223 -224
  8. В.В. и др. Многолучевой волноводный С02 лазер, возбуждаемый разрядом переменного тока. Квантовая электроника, 1980, т. 10, N 2, с. 425
  9. Э.А., Мульченко Б. Ф. Применение лазеров в промышленности. Технология автомобилестроения, 1980, N5.-C. 85 89
  10. Ю.Архипов В. Е., Гречин А. Н., Хина М. Л. Лазерное упрочнение корпуса дифференциала а/м «Москвич». Технология автомобилестроения, 1978, N10.-с. 3−6
  11. П.Архипов В. Е., Биргер Е. М., Гречин А. Н. Применение лазерной технологии на АЗЛК. Технология автомобилестроения, 1980, N5.-с. 24
  12. .М. и др. Плазменные и лазерные методы упрочнения деталей машин. Минск: Высшая школа, 1985, 115 с.
  13. .М., Ларин T.B. и др. Результаты испытаний закалённых ТВЧ цилиндровых втулок тепловозных дизелей. Вестник ВНИИЖТ, 1978, N7, с. 19−25.
  14. .М., Воинов С. С., Шур Е.А. Лазерное упрочнение втулок цилиндров тепловозных дизелей. МиТОМ, 1985, N 4, с. 31 39.
  15. K.M., Уэбб Н. Лазерная обработка материалов. ТИИЭР. 1982. Т. 70, N6. с. 35−45.
  16. Е.В. Методы определения оптимальных режимов лазерной закалки и контроля ее качества. МиТОМ, 1982, № 9, с. 36−38.
  17. В.Г. Таблицы оценки эксперимента для факторных и полиномиальных моделей. Под редакцией Налимова B.B. М. Металлургия, 1982. -752 с.
  18. Ф.В., Кириченко H.A., Лукъянчук Б. С. О возможностях снижения энергозатрат на нагрев металлов лазерным излучением. ФиХОМ, 1981, N 5, с. 7.
  19. В.Ю., Еднерал Н. В., Кузьменко Т. Т., Чеканова Н. Т. Влияние лазерной обработки на коррозионные свойства чугуна СЧ 24 44 и стали У 10. Защита металлов. 1982. N3. с. 450−453
  20. A.A., Гладуш Г. Г. Физические процессы при лазерной обработке материалов. М.: Энергоатомиздат, 1985.
  21. В.Л. и др. Характеристики С02 лазера с возбуждением ёмкостным разрядом переменного тока. Квантовая электроника, 1979, т. 6, N 3, с. 203 — 204
  22. В.Л. и др. Исследование эффективности накачки С02 лазера переменного тока. Квантовая электроника, 1977, т. 4, N 9, с. 223 — 224
  23. Н.Г. Кристаллизация и свойства чугуна в отливках. М.: Машиностроение, 1966, 562 с.
  24. В.В., Прохоров И. И. Лазерная обработка поверхности чугуна с целью его упрочнения. Сб. статей «Управление строением отливок и слитков», 1992
  25. К.А. Практическое применение лазеров в автомобилестроении. Автомобильная промышленность. США. 1976. N2. с. 18−21
  26. А.Г., Шиганов И. Н. Оборудование и технология лазерной обработки материалов. -М.: Высшая школа, 1990. 158 с.
  27. А.Г. Основы лазерной обработки материалов. -М.: Машиностроение, 1989. -304 с.: ил.
  28. А.Г., Сафонов А. Н. Основы лазерного термоупрочнения сплавов :Учеб. пособие для вузов М.: Высш. шк., 1988. — 159 е.: ил.
  29. М.А., Павлинский В. М., Бунаков В. М. Соотношение износов, вызванных различными эксплуатационными факторами, в общем износе цилиндров двигателей. Автомобильная промышленность. 1975. N3. с. 3 -5.
  30. В.К. Твёрдость и микротвёрдость металлов. М.: Наука, 1976, 232 с.
  31. Д.М. и др. Анализ зависимости глубины упрочненного слоя от плотности энергии лазерного излучения. ФиХОМ, 1985, N2.
  32. В.А., и др. Влияние лазерного облучения на структуру штамповой стали Х12М.-Изр.Вузов. Черная металлургия, 1980, N11, с. 106
  33. В.Н., Кащук О. Л. Соотношение между количественными характеристиками микроструктуры и износостойкостью серого чугуна, упрочнённого лазерным излучением. МиТОМ, 1986, N9. 40 с.
  34. В.Н. Влияние предшествующей обработки на пластичность и абразивную износостойкость метастабильных слоёв. Трение и износ, 1985, Т. 4, N9, с. 870−875.
  35. В.Н. и др. Влияние метаетабильного состояния поверхностных слоев твёрдых тел на трение и износ. Трение и износ. 1983, т. 4, N5, с. 925 -929.
  36. Зб.Еднерал Н. В. и др. Поверхностная лазерная обработка стали У10. Технология автомобилестроения, 1980, N5 с. 27.
  37. JI.C. О механизме перекристаллизации при лазерной обработке. МиТОМ, 1973, N3.
  38. В.М. Влияние лазерного упрочнения на стойкость и надёжность режущего инструмента. Изв. Вузов. Машиностроение, 1982. N 7. с. 11 115
  39. H.H. Отказы и дефекты судовых дизелей. М: Транспорт, 1985.- 152 с.
  40. B.C., Дятел В. П. Лазерная обработка отверстий. Машиностроитель. 1978. N1.-23 с.
  41. B.C., Котляров В. П., Дятел В. П. Справочник по технологии лазерной обработки. К: «Техника», 1985, 167 с.
  42. А.К., Пугачёв Б. П., Кочинев Ю. И. Работа дизелей в условиях эксплуатации. Л.: Машиностроение, 1989, 284 с.
  43. .И., Ноювский И. Г., Караулов А. К. и др. Поверхностная прочность материалов при трении. К.: «Техника», 1976, 296 с.
  44. А.Н. Лазерная термообработка и перспективы ее применения на предприятиях Минлегпищемаша (обзор). М.: ЦНИИТО ЛЕГПИШЕМАШ, 1977, 49 с.
  45. В.А. Исследование влияния микрогеометрии втулок цилиндров судовых дизелей на их износостойкость и работоспособность.: Авто-реф. дис. канд. техн. наук. Л.: 1972. — 22 с.
  46. Комбинированные процессы упрочнения деталей машин и инструмента, включающие лазерный нагрев/ Бронер Г. И., Варавка В. Н., Пустовойт В. Н. Рос. науч.-тех. конф. «Нов. матер, и технол.» Москва. 3−4 нояб. 1994. Тез. докл. М., 1994. С. 63.
  47. В.И. и др. Прогрессивные технологические процессы лазерной обработки материалов. Киев: Знание, 1983. С. 16.
  48. В.П. Поверхностная от дел очно-упрочняющая обработка с лазерным облучением. Электронная обработка материалов. 1987. № 1. С. 12−17.
  49. A.B. Особенности структуры и химического состава сульфоциа-нированного слоя на чугуне. Ремонт судов речного флота. — Л.: ЛИВТ, 1985. с.12−19
  50. A.B. Повышение надёжности деталей дизелей методами химико-термической обработки. Л.: Транспорт, 1973. с. 228 — 234
  51. М.А., Жуков A.A., Кокора А. Н. Структура и свойства сплавов, обработанных излучением лазера. М., 1973. 192 с.
  52. К.И., Прекопенко В. Г., Тарлыков В. А. Основы лазерной техники. Л: Машиностроение, 1990, 316 с.
  53. Ю.М. Металловедение и термическая обработка металлов. М.: Машиностроение, 1976.
  54. З.С., Устинов Н. Д. Мощные лазеры и их применение. М.: Советское радио, 1980, 112 с.
  55. Лазеры в технологии/ Под ред. И. Ф. Стельмаха, М.: Энергия, 1975, 216 с.
  56. Лазерная и электронно-лучевая обработка материалов: Справочник/ H.H. Рыкалин, A.A. Углов, И. В. Зуев и др. М.: Машиностроение, 1985.
  57. В .Я., Ратновский A.A., Райнин Г. А. Разработка лазерных установок для термообработки. В сб.: Современное электротермическое оборудование для термической обработки металлических материалов, МДНТП, 1982, с. 6.
  58. Локализованная термическая обработка поверхности изделия с помощью лазерного луча. Coherent Inc. Патент № 7 934 405. США. Опубл. 20.08.80.
  59. И.М., Палатник Л. С. Металлофизика трения. М.: Металлургия, 1976, 176 с.
  60. Ю.И. Повышение ресурса цилиндровых втулок и поршневых колец судовых среднеоборотных двигателей износостойкими покрытиями и лазерной обработкой. Дисс. канд. техн. наук, Нижний Новгород, 1995, 236 с.
  61. Ю.И., Мордвинкин П. П. Повышение износостойкости гильз цилиндров ДВС.// Материалы региональной науч.-практич. конференции инженерного факультета НГСХА по итогам работы за 1996 1999 г. — Н. Новгород, НГСХА, 1999, с. 385 — 391
  62. Ю.И., Мордвинкин П. П. Влияние аустенита на износостойкость чугунов.// Материалы региональной науч.-практич. конференции инженерного факультета НГСХА по итогам работы за 1996 1999 г.— Н. Новгород, НГСХА, 1999, с. 391 — 393
  63. Е.А. О природе разрушения поверхности металлов при трении. М.: Наука, 1976, 118 с.
  64. H.A. Долговечность двигателей. Л.: Машиностроение, 1976, 288 с.
  65. H.A. Глебов В. В., Лазерная обработка судовых деталей и машин (тез.). Сб. докладов XXIII научно-практической конференции, ВГАВТ, 1994 г.
  66. Л.Ю. Исследования методов испытаний на изнашивание. М.: Наука, 1978.
  67. Проспект фирмы Spectra Physies
  68. Ю.К. Управление оптическим лучом в пространстве. М: Советское радио, 1977,330 с.
  69. С.И., Митрофанов К. П., Шпинель B.C. Применение ЯГР для анализа фазового состава поверхности массивных образцов. М: Наука, 1979, вып. 9, с. 170.
  70. H.H., Углов A.A., Кокора А. Н. Лазерная обработка материалов. М.: Машиностроение, 1975, 296 с.
  71. Ф.Ф., Глебов В. В., Прохоров И. И. Лазерное упрочнение деталей машин из чугуна и стали. Сб. статей «Испытание материалов и конструкций», Н. Новгород, 1996, с. 80−108
  72. В.К. и др. Изменение структуры и свойств гильзы цилиндра двигателя внутреннего сгорания после лазерной обработки. МиТОМ, 1980, N9, с. 10.
  73. В.И., Исхакова Г. А. Особенности формирования поверхностного слоя деталей при лазерном и ультразвуковом воздействии.// ФиХОМ. 1988. № 5. С. 85−88.
  74. Способ лазерной обработки A.c. № 1 417 337. СССР.
  75. Способ поверхностной закалки железоуглеродистых сплавов с помощью С02-лазера непрерывного излучения мощностью 20−300 кВт/см2. Academie der Wissenschaften. Заявка № 2 385 844.ГДР. Опубл. 16.11.83.
  76. Способ и устройство для обработки заготовок лазерным лучем. Herziger. Заявка № 3 424 825.ФРГ. Опубл. 2.06.86.Способ поверхностного упрочнения. A.c. № 1 026 487. СССР.
  77. Справочник по лазерной технике. Киев: Техника, 1976, с. 85.
  78. Справочник по триботехнике. Под общ.ред.Хебды М., Чичинадзе A.B. В зт. т 1. Теоретические основы. М.: Машиностроение, 1989, 400 с.
  79. Способ термического упрочнения поверхности деталей с помощью высококонцентрированного источника нагрева. A.c. № 1 274 306. СССР.
  80. И.Ф., Тимофеев А. И., Чельный A.A. Лазерная технология электронной промышленности. Электронная промышленность, 1976,№ 1 с. 3
  81. М.М. Об оценке сопротивления материалов царапанию. ЖТФ. 1957, т. 27, N5, с. 1106−1117
  82. М.М. Износостойкость конструкционных материалов и деталей машин. М.: Машиностроение, 1966, 562 с.
  83. C.B. Комбинированные методы упрочнения деталей автоматических машин, построенные на основе лазерного излучения.// Передовой опыт. 1986. № 7. С.25−28
  84. Д. Лазеры в действии. М.: ВЦП, 1979, NB-61 611,15c.
  85. Цилиндр двигателя внутреннего сгорания. Заявка N 54 36 904. Япония. Опубл. 12.11.79.
  86. А.Н., Лонго М. Применение лазеров большой мощности в производстве. М.: ВЦП, 1979, N В 59 166, 59 с.
  87. Miller Y.E., Wineman Y.A. Lazer hardening of suginaw steering gear. Metal Progress, 1977, v. Ill, N5, p. 38−43
  88. Ayers I.D. Fhin. Solid Film. 1981. № 4. P.323.
  89. От ОАО «Завод Нижегородский Теплоход»:
  90. И.А. начальник технического отдел Терёхин К.Г. — начальника отдела маркетинга1. От ВГАВТа:
  91. В.В. доцент, к.-ф.м.-н.
  92. Ю.И. доцент, к.т.н.1. Мордвинкин П. П. инженер
Заполнить форму текущей работой

Пора сдавать?