Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ условий работы и методов повышения износостойкости сложных криволинейных поверхностей деталей двигателей внутреннего сгорания, основанных на фрикционном нанесении покрытий . 11
1.1. Применение деталей с криволинейными поверхностями трения в автомобилях. 11
1.2. Влияние эксплуатационных условий на изнашивание криволинейных поверхностей деталей карбюраторных двигателей автомобилей . 15
1.3. Методы фрикционного нанесения износостойких покрытий на криволинейные поверхности деталей карбюраторных двигателей. 31
1.4. Нанесение износостойких покрытий с применением технологических жидкостей содержащих ионы металлов. 42
Выводы по 1-й главе 47
Глава 2. Фрикционное нанесение покрытий на криволинейные поверхности деталей двигателей внутреннего сгорания . 49
2.1. Влияние свойств поверхностного слоя на триботехнические характеристики материалов. 49
2.2. Обоснование выбора сред и режимов фрикционного нанесения покрытий на криволинейные поверхности деталей ДВС . 53
2.3. Расчетно-экспериментальная оценка интенсивности изнашивания в тонком приповерхностном слое детали. 66
Выводы по 2-ой главе 70
Глава 3. Экспериментальные исследования материалов с нанесенными покрытиями при испытаниях на трение и износ . 72
3.1. Топография поверхности экспериментальных образцов с нанесенным покрытием. 72
3.2. Диффузионные процессы при нанесении покрытия фрикционным методом . 80
3.3. Методика и устройство для износных испытаний покрытий нанесенных фрикционным методом на криволинейные поверхности деталей. 87
3.4. Результаты износных испытаний образцов с покрытием, нанесенным фрикционным методом. 90
Выводы по 3-ей главе 96
Глава 4. Результаты моторных, динамометрических испытаний и внедрение метода фрикционного нанесения износостойких покрытий на цилиндры карбюраторного двигателя . 97
4.1. Моторные испытания двигателей внутреннего сгорания с нанесенным на цилиндры покрытием. 103
4.2. Динамометрические испытания ДВС с нанесенным на цилиндры покрытием .
4.3. Внедрение метода фрикционного нанесения износостойких покрытий на цилиндры карбюраторного двигателя. 116
Основные выводы по работе. 118
Литература 120
Приложение 133
- Влияние эксплуатационных условий на изнашивание криволинейных поверхностей деталей карбюраторных двигателей автомобилей
- Обоснование выбора сред и режимов фрикционного нанесения покрытий на криволинейные поверхности деталей ДВС
- Диффузионные процессы при нанесении покрытия фрикционным методом
- Динамометрические испытания ДВС с нанесенным на цилиндры покрытием
Введение к работе
Актуальность работы. В условиях интенсивного повышения количества легковых автомобилей у населения автомобильный сервис (обслуживание) выполняет важную роль в поддержании технического состояния автомобилей, обеспечении технической и экологической безопасности при их эксплуатации. В настоящее время особое социальное значение приобретает разработка и использование в автомобильном сервисе энергосберегающих технологий повышения износостойкости деталей и восстановления экологических характеристик карбюраторных двигателей внутреннего сгорания (ДВС), поскольку в эксплуатации у населения находятся легковые автомобили с карбюраторными двигателями экологических классов Евро - 0, Евро - 1, Евро - 2 со сроком эксплуатации свыше пяти лет. На долю автомобилей с карбюраторными двигателями приходится более 70% выбросов в атмосферу загрязняющих веществ (СО, CmHn и др.) в составе выхлопных газов. Повышение количества выбросов загрязняющих веществ автомобилями с карбюраторным двигателем при длительной эксплуатации в первую очередь связано с износом цилиндропоршне-вой группы (ЦПГ).
Особенности распределения рабочих давлений и скоростей скольжения в узлах двигателей внутреннего сгорания (ДВС) приводят к неравномерному износу поверхностей контактирующих деталей, которые приобретают сложную криволинейную форму. Существующие способы восстановления технических и экологических характеристик двигателей в условиях автосервисных и авторемонтных предприятий, связаны с полной разборкой двигателя и восстановлением первоначальной формы и размеров деталей ЦПГ. Применяемые для восстановления деталей технологии не могут использоваться на предприятиях автомобильного сервиса в связи с их высокой трудоёмкостью, энергоёмкостью и металлоёмкостью, особыми требованиями к производственным помещениям. В настоящее время при ремонте автомобилей на автосервисных предприятиях в большинстве случаев осуществляют полную разборку двигателя с заменой из-
5 ношенных деталей на новые из фонда запасных частей, что повышает трудоёмкость и стоимость ремонта двигателя, затраты владельцев автомобилей.
Разработка метода нанесения износостойких покрытий на сложные криволинейные поверхности изношенных деталей без полной разборки двигателя и применения энергоёмких и металлоёмких операций является одним из путей решения проблемы износостойкости рабочих поверхностей деталей, восстановления технических и экологических характеристик карбюраторных двигателей в условиях автомобильного сервиса. К перспективным методам нанесения износостойких покрытий относится обработка сложных криволинейных поверхностей детали эластичным инструментом с подачей в зону обработки специальных рабочих жидкостей (сред), содержащих ионы металлов, способных восстанавливаться на поверхности при трении.
Настоящая работа посвящена решению задач, связанных с разработкой метода фрикционного нанесения износостойких покрытий в автомобильном сервисе для восстановления технических характеристик карбюраторных двигателей и повышения экологической безопасности их эксплуатации.
Цель и задачи исследования. Цель работы состоит в разработке метода фрикционного нанесения износостойких покрытий на поверхности цилиндров для восстановления технических и экологических характеристик карбюраторных двигателей легковых автомобилей в условиях автомобильного сервиса.
Для достижения цели в работе поставлены и решены следующие задачи:
Анализ условий работы деталей карбюраторных двигателей внутреннего сгорания, выбор и обоснование метода фрикционного нанесения износостойких покрытий эластичным инструментом на сложные криволинейные поверхности деталей двигателя.
Теоретическое и экспериментальное обоснование основных направлений исследований при разработке метода фрикционного нанесения износостойких покрытий эластичным инструментом на детали цилиндропоршневой группы карбюраторных двигателей автомобилей.
Разработка метода проведения триботехнических испытаний конструкционных и смазочных материалов в режиме избирательного переноса при трении.
Экспериментальные исследования по определению влияния режимов фрикционного нанесения покрытий эластичным инструментом на износостойкость поверхностей трения деталей из чугунов, конструкционных и высоколегированных сталей.
Разработка состава технологической жидкости для нанесения износостойкого покрытия фрикционным методом на детали цилиндропоршневой группы карбюраторного двигателя внутреннего сгорания.
Определение влияния износостойкого покрытия нанесённого на поверхности цилиндров фрикционным методом с применением эластичного инструмента на технические и экологические характеристики карбюраторного двигателя автомобиля.
Разработка руководящих технических материалов по применению метода фрикционного нанесения покрытий для повышения износостойкости узлов трения двигателей внутреннего сгорания транспортных средств.
Производственная апробация и внедрение технологии фрикционного нанесения износостойких покрытий на цилиндры карбюраторных двигателей легковых автомобилей на предприятии автомобильного сервиса.
Научная новизна заключается в следующем:
Установлена связь механохимической активации поверхности детали при фрикционном контакте эластичного инструмента в ионогенной среде с износостойкостью и модификацией приповерхностного слоя.
Установлена диффузия меди в поверхностный слой обрабатываемой детали на глубину до 25 мкм при нанесении покрытия фрикционным методом эластичным инструментом.
Разработана методика определения толщины покрытия, полученного фрикционным методом с применением эластичного инструмента параллельными методами: микрозондированием на электронном микроскопе и гравиметрическим методом.
Определена зависимость толщины покрытий, полученных фрикционным методом с применением эластичного инструмента от материала инструмента, величины контактного давления и количества циклов фрикционного контакта.
Определены эмпирические зависимости износа поверхностей из конструкционных и высоколегированных сталей и чугунов от толщины покрытия, нанесённого фрикционным методом эластичным инструментом.
Показано, что при толщине медного покрытия 0,4-0,6 мкм и шероховатости поверхности Ra = 0,32 износ поверхности деталей из стали 45, Х12М, Х18Н9Т, 15Х, чугуна СЧ18 имеет минимальное значение.
По результатам моторных и динамометрических испытаний применения разработанной технологии выявлено снижение содержания СО в выхлопных газах карбюраторного двигателя автомобиля на 15-30 %, CmHn на 10-20% с одновременным повышением компрессии в цилиндрах в среднем на 30%, мощности на 25-30% и устойчивом снижении расхода топлива на 15 %.
Автор защищает следующие основные положения:
Результаты анализа технологий нанесения покрытий фрикционным методом на поверхности трения узлов и деталей машин и механизмов.
Результаты теоретического и экспериментального обоснования выбора технологических сред, инструмента и режимов нанесения покрытия фрикционным методом с применением эластичного инструмента.
Методика определения толщины покрытия, полученного фрикционным методом с применением эластичного инструмента параллельными методами: микрозондированием на электронном микроскопе и гравиметрическим методом.
Методика износных триботехнических испытаний покрытий, полученных фрикционным методом с применением эластичного инструмента.
Результаты износных испытаний покрытий, полученных фрикционным методом с применением эластичного инструмента.
Технология фрикционного нанесения износостойких покрытий на поверхности цилиндров карбюраторных двигателей легковых автомобилей на предприятиях автомобильного сервиса.
Результаты моторных испытаний при оценке технических и экологических характеристик карбюраторных двигателей при нанесении износостойких покрытий фрикционным методом с применением эластичного инструмента.
Результаты динамометрических испытаний при оценке экологических характеристик карбюраторных двигателей при нанесении износостойких покрытий фрикционным методом с применением эластичного инструмента.
Результаты производственной апробации и внедрения технологии фрикционного нанесения износостойких покрытий на поверхности цилиндров карбюраторных двигателей легковых автомобилей на предприятиях автомобильного сервиса.
Практическая значимость работы:
Разработана и апробирована в производственных условиях автосервисного предприятия технология нанесения фрикционных покрытий эластичным инструментом на детали карбюраторного двигателя внутреннего сгорания.
Разработан состав жидкой металлсодержащей среды для нанесения покрытий на детали карбюраторного двигателя внутреннего сгорания.
Разработана технология нанесения износостойких покрытий фрикционным методом с применением эластичного инструмента на цилиндры двигателя внутреннего сгорания, позволяющая восстановить технические и экологические характеристики карбюраторных двигателей.
Разработан и изготовлен инструмент для нанесения покрытий на детали карбюраторного двигателя внутреннего сгорания.
Разработан состав технологической жидкости и способ приработки сопрягаемых поверхностей из железоуглеродистых сплавов (а.с. СССР № 1282960).
Разработана методика и малогабаритная установка для триботехнических испытаний конструкционных и смазочных материалов в режиме избирательного переноса.
Разработан и издан РТМ 02.101-88 «Руководящий технический материал. Методы повышения износостойкости узлов трения двигателей внутреннего сгорания транспортных средств предприятий бытового обслуживания на основе избирательного переноса (эффекта безызносности)».
Снижение количества оксида углерода (СО) и углеводородов (CmHn) в выхлопных газах карбюраторного двигателя в результате использования разработанной технологии в условиях предприятий автомобильного сервиса позволит улучшить экологическую обстановку в городах за счёт сокращения количества загрязняющих веществ в атмосфере.
Экономический эффект — в условиях автосервисных предприятий составляет до 2600 руб. на один автомобиль с карбюраторным двигателем.
Достоверность результатов исследования. Достоверность полученных результатов подтверждается практической реализацией и внедрением разработанных научных и технических решений, использованием современных приборов и контрольно-измерительной аппаратуры, одобрением научной общественности.
Апробация работы. Основные положения диссертации были доложены на региональной научно-технической конференции «Повышение качества и производительности обработки деталей машин и приборов» (Горький, 1984), научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава научных работников и аспирантов (М.: МТИ, 1984), на семинаре «Развитие услуг по ремонту радиотелеаппаратуры и бытовой техники» (М.: МДНТП, 1985), научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава научных работников и аспирантов института по итогам научно-исследовательских работ за 1986 год (М.: МТИ, 1887), научно-технической конференции «Научно-техническая продукция вузов бытового обслуживания населения рынку» (М.: МТИ, 1991), научно-технических конференциях МТИ в 1992 и 1993 гг., международной конференции «Индустрия сервиса в XXI веке» (М.: МГУС, 2001), У 1-й международной научно-практической конференции (М.: МГУС, 2002), VII, VIII, X, XII международных научно-технических кон-
10 ференциях «Наука - сервису» (МГУС, 2003, 2004, 2006, 2008), VI и VII межвузовских научно-технических конференциях (М.: МГУС, 2005, 2006)), VTII межвузовской научно-технической конференции (М.: РГУТиС, 2009).
Выполненные автором разработки экспонировались на выставках: Пушкинских городских НТТМ-83 и НТТМ-86, на ВДНХ СССР НТТМ-85 и НТТМ-87, на международной специализированной выставке «Интербытмаш-85», на Всемирной выставке молодых изобретателей (Болгария), на межотраслевой выставке ВДНХ СССР «Изобретения и научно-технический прогресс» в 1986 г. Автор отмечен грамотами выставок и награжден бронзовой медалью ВДНХ СССР.
Отдельные результаты показаны в фильме «Третья проблема трения» (Леннаучфильм, 1985 г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 36 работ, в том числе 4 статьи в журналах, рекомендованных ВАК.
Объем диссертации и её структура. Диссертация состоит из введения, 4-х глав, выводов по работе, списка использованных источников и приложения.
Влияние эксплуатационных условий на изнашивание криволинейных поверхностей деталей карбюраторных двигателей автомобилей
Любой автомобильный двигатель прослужил бы до капитального ремонта в три-четыре раза дольше, если бы работал в одном постоянном (стационарном) режиме.
Однако при движении автомобиля (особенно по городу) режимы работы двигателя постоянно изменяются. Это так называемые нестационарные (неустановившиеся) режимы, характеризующиеся постоянным изменением частоты вращения коленчатого вала и нагрузки (подачи топливовоздушной смеси). Нестационарные режимы являются преобладающими при эксплуатации автомобилей и составляют от всего времени движения: примерно 95 % - при интенсивном городском движении; около 85-90 % - при движении по грунтовым дорогам; - 30-35 % - на загородных дорогах.
По статистике, в зависимости от условий эксплуатации на каждые 1000 километров пробега приходится до 400 пусков и остановок двигателя. При движении автомобилей по дорогам различного качества их двигатели наибольшее время работают при открытой на 5-70 % дроссельной заслонке и развиваемой мощности от 13 до 78 % от номинальной. При нестационарных режимах работы двигателя, в сравнении с установившимися, интенсивность изнашивания поршневых колец увеличивается до 3,5 раз, поршней - до 2,5 раз. В среднем износ двигателя возрастает в 3-4 раза. Расход топлива увеличивается на 15 %. Отсюда ясно, почему при движении по загородной дороге экономичность автомобиля на 1-1,5 литра выше, чем при городской эксплуатации.
Работа двигателя преимущественно на максимальных нагрузках и частотах вращения коленчатого вала может заметно снизить его ресурс (на 20-30% и более). Превышение допустимого числа оборотов приводит к разрушению деталей.
Разновидностью неустановившихся режимов работы ДВС является режим торможения двигателем, или, если шире, режим принудительного холостого хода. По статистике, при городском движении этот режим составляет от 5 до 20 % от всего времени движения автомобиля. Данный режим используется при движении автомобиля под уклон с включенной передачей и, кратковременно, при переключении передач. При этом, при полностью убранном «газе», подача топлива в цилиндры соответствует режиму обычного холостого хода при минимальных оборотах, а частота коленчатого вала принудительно увеличена и опосредована скоростью вращения колес автомобиля. В результате топливовоздушная смесь в цилиндрах обедняется и нормального ее воспламенения не происходит. Наблюдаются пропуски вспышек, а несго-ревшее топливо (при неисправном клапане ЭПХХ) выбрасывается в атмосферу через выхлопную трубу или стекает по стенкам зеркала цилиндра в поддон картера. К чему это приводит, подробно описано выше.
Одним из наиболее неприемлемых с точки зрения изнашивания деталей ЦПГ и кривошипно-шатунного механизма автомобильного двигателя является искусственно нестационарный режим вождения автомобиля, который автомобилисты называют «разгон-накат». Исследования, приведенные в литературе, показывают, что изнашиваемость деталей ЦПГ и кривошипно-шатунного механизма двигателя, а также деталей трансмиссии, равно как и расход топлива, в режиме «разгон-накат» выше, чем при постоянных режимах работы двигателя. Объясняется это следующим: в первые моменты разгона, когда во впускную систему подается дополнительная порция топлива, оно испаряется не полностью, потому что для полного испарения температура поверхностей деталей впускного тракта и камеры сгорания еще недостаточна. Полное испарение происходит, когда во впускном тракте и цилиндре установится новый тепловой баланс. Оставшееся топливо по стенкам зеркала цилиндра стекает в поддон картера, разжижает моторное масло и ухудшает его смазочные свойства, а также смывает масляную пленку с зеркала цилиндра. Это увеличивает износ криволинейных поверхностей деталей цилиндро-поршневой группы (ЦПГ) и кривошипно-шатунного механизма двигателя (КШМ).
Эти негативные процессы проявляются в большей степени, когда при «накате» двигатель отключают. Температуры поверхностей впускного тракта и камеры сгорания существенно понижаются, и при последующем включе ний двигателя и резком разгоне в первые моменты большая часть топлива выбрасывается наружу или попадает в поддон картера.
Несвоевременная замена масла и масляного фильтра приводит к работе пар трения в неблагоприятных условиях. Это связано с ухудшением свойств моторного масла и большим количеством продуктов износа в смазочной системе.
Использование некачественного масла вызывает ускоренный износ и быстрый выход двигателя из строя. Масло, не обладающее всем комплексом свойств, необходимым для нормальной смазки пар трения, не предотвращает образование задиров и разрушение криволинейных поверхностей высокона-груженных деталей. Повышенная склонность некачественных масел к образованию смолистых отложений может привести к закупориванию масляных каналов и оставить пары трения без смазки, что вызовет их ускоренный износ, образование задиров и заклинивание. Подобные эффекты возможны в случае применения масла, не соответствующего данному карбюраторному двигателю.
Неудовлетворительное состояние воздушного или топливного фильтра (дефекты, механические повреждения) приводит к попаданию абразивных частиц (пыли) в двигатель и интенсивному износу, в первую очередь цилиндров и поршневых колец.
Несвоевременное устранение неисправностей в двигателе или неправильные регулировки ускоряют износ деталей. Например, распределительный вал с неотрегулированными зазорами является источником непрерывного загрязнения системы смазки металлическими частицами. Неверная установка угла опережения зажигания, неисправности карбюратора или системы управления двигателем, применение не соответствующих двигателю свечей зажигания вызывают детонацию и калильное зажигание, грозящие разрушением поршней и криволинейных поверхностей цилиндров. Перегрев двигателя из-за неполадок в системе охлаждения может привести к деформации головки блока цилиндров и образования в ней трещин.
Обоснование выбора сред и режимов фрикционного нанесения покрытий на криволинейные поверхности деталей ДВС
Формирование покрытий безабразивной обработкой в металлоплаки-рующих технологических средах происходит в результате физико-химических процессов между рабочей средой и обрабатываемой деталью при механической активации поверхности инструментом, причем активация поверхности может производиться металлическим инструментом, не содержащим в своем составе пленкообразующий материал или неметаллическим инструментом (например, резиновым). Механизм формирования покрытия на детали из железоуглеродистого сплава с помощью поверхностно-активной технологической среды, содержащей в своем составе соль меди подробно рассмотрен в работе [63]. Согласно предложенной теории инструмент, перемещаясь по по верхности детали, образует ювенильную поверхность, на которой происходит восстановление меди, как металла с большим электродным потенциалом ( Си2+ имеет Е = 0,34 В, a Fe2+ - Е = - 0,44 В). При трении происходит повышение температуры, что ведет к ускорению химической реакции. Схема формирования покрытия на поверхности детали показана на рис. 2.1.
Так как в электрохимическом ряду напряжения металлов медь расположена правее водорода, то, следовательно, именно ионы меди будут восстанавливаться на стальной поверхности (катоде) с образованием медного покрытия: На аноде (инструменте со средой) будет окисляться ион ОН , образуя воду и кислород.
Кроме этого на поверхности инструмента будут осаждаться ионы замещаемого медью железа.
Динамика роста пленки зависит от материала детали, материала инструмента, нагрузки рабочего инструмента, кислотности рабочей среды, количества восстановителя, количества соли меди в среде. В работе [93] приведены результаты исследований по динамике роста толщины пленки в зависимости от нагрузки рабочего инструмента. Данные исследования показывают, что при увеличении нагрузки увеличивается и толщина пленки. Однако при каждом из режимов наступает момент, после которого рост толщины пленки прекращается.
Технологических сред для натирания эластичным инструментом разработано более 150, однако отсутствует универсальный состав, позволяющий обрабатывать широкий спектр чугунов и сталей. Это, очевидно, невозможно реализовать на практике из-за сложных технических и физико-химических требований к составам таких технологических жидкостей. Технологическая жидкость должна способствовать размягчению и растворению окисных плёнок, не взаимодействовать с осаждённым металлом, обладать высокой стабильностью при передаче металла на обрабатываемую поверхность, высокой смачивающей способностью, должна быть не коррозионно-активной в процессе и после обработки детали, снимать критические напряжения в поверхностном слое за счет реализации эффекта Ребиндера и другие.
Основные технологические требования при фрикционном нанесении покрытий на криволинейные поверхности деталей с использованием эластичного инструмента могут быть сформулированы следующим образом: для обработки необходим мягкий, эластичный инструмент, повторяющий конфигурацию поверхности детали при обработке и имеющий достаточную площадь контакта для активации поверхности; при обработке необходимо большое количество повторных актов контакта инструмента с деталью при высокоскоростном вращении инструмента -до 5-10 м/с; поверхность детали перед обработкой должна быть подготовлена к активации, обезжирена органическими растворителями (бензином, трихлорэ-тиленом и т.п.) или химическим способом в соответствии с ГОСТ 9.047. в составе технологических жидкостей должны быть металлоплаки-рующие и металлогенерирующие компоненты, например, соли металлов с более высоким электродным потенциалом, чем у металла обрабатываемой детали, вещества, снимающие окисные пленки и аккумулирующие ионы металлов, многоатомные спирты или жирные кислоты.
Триботехническая кинетика процесса нанесения покрытия гипотетически может быть представлена в следующем упрощенном виде. При механическом воздействии инструмента, пропитанного рабочей средой происходит: нагрев поверхностей детали и инструмента под воздействием сил трения; разрушение окисных пленок за счет обменных реакций с компонентами рабочей среды с образованием солей; растворение солей в водной среде технологической жидкости; замещение ионов металла технологической жидкости на ионы железа при разрушении окисных пленок и травлении поверхности детали кислотой; активация поверхности обрабатываемой детали после травления с высвобождением связей; создание новых металлических и иных адгезионных связей между ионами металла технологической жидкости и активированной поверхностью детали;
Диффузионные процессы при нанесении покрытия фрикционным методом
Нанесение на поверхность стальной детали медного покрытия из технологической среды обеспечивает повышение износостойкости при эксплуатации узла трения. В процессе нанесения покрытия медь диффундирует вглубь детали, заполняет микротрещины, при блокировании проникновения молекул водорода, а также обеспечивает конкурирующий процесс разряжения ионов, снижая восстановление на поверхности металла ионов водорода.
Противоизносные покрытия наносятся на поверхность детали под определенным давлением. В этом случае выражение для диффузионного потока частиц в одномерном случае в двухкомпонентной системе примет вид [1]: где с — общее число частиц в смеси объема; D\2 — коэффициент взаимной диффузии двух компонентов (м /с); п{ = с/с — относительная доля частиц i-го компонента (/ = 1,2); Dp- коэффициент бародиффузии. В твердых неорганических телах диффузия обусловлена наличием нарушений в их структуре, возникающих при изготовлении, деформациях и других воздействиях. При этом реализуется несколько механизмов диффузии: обмен местами атомов и обмен местами двух соседних атомов, одновременное циклическое перемещение нескольких атомов, передвижение их по междоузлиям и др. Первый механизм преобладает при образовании твердых растворов замещения, последний - твердых растворов внедрения.
Глубина проникновения в приповерхностный слой детали и концентрация меди регистрировались методом рентгеновского микроанализа на электронном микроскопе Comebax на специально приготовленных шлифах исследуемых образцов.
Исследование диффузии методом рентгеновского микроанализа связано с одним ограничением. Разрешение этого метода определяется диаметром зонда « 1 мкм и размером возбуждения рентгеновского излучения в образце « 3 мкм, т.е. в суммарно « 4 мкм. Следовательно, если глубина диффузии меньше 4 мкм, то ее обнаружить не удастся.
На основании полученных данных можно рассчитать параметры диффузии меди в стальные детали при нанесении противоизносных покрытий и рассчитать длительность их действия.
Процесс приготовления шлифов включает: вырезку образцов из материала, подлежащего исследованию; предварительное (подготовительное) шлифование поверхности, предназначенной для исследования, и последующее полирование.
Вырезка образцов. Образец для приготовления шлифа вырезали из ролика для машины трения с нанесенным покрытием без нагрева механическим способом, разрезая его по диаметру. Затем вырезанный образец для сохранения нанесенного тонкого покрытия погружали в эпоксидную смолу и сушили. Сторону образца, предназначенную для приготовления шлифа, после вырезки образца опиливали напильником для создания ровной поверхности.
Шлифование поверхности образца для приготовления шлифа. Плоскость образца шлифовали вручную. Для получения поверхности шлифа ровной и плоской абразивное шлифовальное полотно (бумагу) укладывали на толстое шлифованное стекло. Шлифование производили возвратными прямолинейными движениями обрабатываемой поверхностью по абразивному полотну: перемещая образец от себя со слабым нагружением (рабочий ход) и к себе без нагружения, не отрывая обрабатываемую поверхность от абразивной бумаги (холостой ход).
Шлифование начинали на грубых (крупнозернистых с абразивным зерном от 250 до 100 мкм) абразивных шкурках до полного удаления неровностей, наследованных от вырезки. Далее переходили к более мелкозернистым абразивным бумагам для уменьшения шероховатости поверхности и заканчивали шлифование на микронных бумагах (28-3,5 мкм). При переходе с одного номера абразивной бумаги к другому каждый раз образец механически очищали от абразива и поворачивали на 90 к направлению перемещения его на предыдущей бумаге. Заканчивали шлифование на используемой бумаге после полного удаления рисок, созданных на предыдущей бумаге.
Полирование шлифов производили на полировальной установке (станке) с вращающимся металлическим диском, обтянутым тонким сукном, фетром или др. материалом. Ткань полировального круга периодически смачивали суспензией (водная взвесь окиси хрома в виде мелкозернистого порошка), предварительно взбалтывая ее. Полировали образец в течение 8 - 10 минут. Завершали полирование когда поверхность шлифа при внешнем осмотре невооруженным глазом приобретала зеркальный блеск, а при рассмотрении под микроскопом на поверхности шлифа не обнаруживали царапин.
Изучение диффузии меди в поверхностные слои детали при нанесении пленок из медьсодержащих составов показало следующее: диффузия зависит от применяемого состава, давления инструмента при нанесении, времени контакта инструмента с поверхностью детали. Например, при применении выбранной модельной среды при давлении 1,0 МПа, обеспечивающем максимальную толщину покрытия на стали Х12М и времени контакта участка поверхности с инструментом в течение 10 с, концентрация меди в приповерхностных слоях и глубина ее диффузии h выглядит следующим образом (рис.3.12).
Динамометрические испытания ДВС с нанесенным на цилиндры покрытием
Результаты лабораторных и моторных испытаний позволили определить основные технологические режимы метода фрикционного нанесения покрытия для снижения износа, коэффициента трения, повышения эффективной мощности и крутящего момента карбюраторных двигателей, расхода топлива, количества загрязняющих веществ в выхлопных газах.
Основным препятствием по использованию методов фрикционного нанесения износостойких покрытий ФАБО для повышения экологической надёжности ДВС в условиях авторемонтных предприятий является отсутствие современных информативных методов проведения испытаний автомобиля с регулировкой двигателя и моделированием реальных условий эксплуатации. Это не позволяет определить экологический эффект от его использования и оценить экологическую надежность ДВС.
В настоящее время автовладельцы применяют различные присадки к моторным маслам по торговой рекламе, что часто приводит к негативным последствиям, как для потребителей, так и для самих производителей. Ни одна из присадок, продаваемых в торговых сетях России, не имеет результатов экспериментальных исследований при проведении динамометрических испытаний. Станции технического обслуживания автомобилей не могут квалифицированно подтвердить эффективность применения той или иной присадки на автомобиле конкретного клиента. Применение современных мотор-тестеров не дает объективных результатов, так как тестирование производится на неподвижном автомобиле. Использование моторных испытаний со снятием двигателя с автомобиля технически возможно, но практически и организационно не реализуемо, особенно для автомобилей иностранных марок. Проведение длительных эксплуатационных испытаний в отсутствие представителя авторемонтного предприятия не дает объективной информации, а в присутствии — очень дорого, из-за высокой трудоёмкости. Поэтому для авторемонтных предприятий и станций технического обслуживания России необ ходимо использования метода динамометрических испытаний, учитывающего особенности автомобильного сервиса с оснащением простыми, недорогими динамометрическими стендами, позволяющими оценить экологическую надежность автомобиля.
Для определения влияния фрикционного нанесения медного покрытия на экологические характеристики ДВС проведены динамометрические испытания двигателя ВАЗ 11113.
В автосервисном центре Российского государственного университета туризма и сервиса (РГУТиС), с участием М.Н. Буткевича, B.C. Шуплякова, И.Э. Грибута, Е.И. Деркача и Р.В. Илюшина создан стенд для динамометрических испытаний легковых автомобилей и разработан метод динамометрических испытаний автомобилей в условиях станций технического обслуживания легковых автомобилей. Стенд динамометрических испытаний создан на базе тормозного стенда фирмы «Факом ЦЛС-700» и оснащен комплексом «Мото-Док II», базовая комплектация которого включает четырехканальный газоанализатор «Инфракар М». Внешний вид газоанализатора «Инфракар М» показан на рисунке 4.12.
Четырехканальный газоанализатор соответствует по метрологическим характеристикам приборам класса II в соответствии с классификацией, приведенной в таблице 4.14. и пределам допускаемой абсолютной или относи тельной погрешности измерения объемной доли компонентов, приведенным в таблице 4.15.
Четырехканальный газоанализатор имеет программное обеспечение, позволяющее рассчитывать коэффициент избытка воздуха по формуле:
Четырехканальный газоанализатор градуирован по многокомпонентным смесям, содержащим не менее трех компонентов по указанным диапазонам объемных долей: СО - 0,3% - 5%; С02 - 4% - 16%; СН - 100-2000, мин"1.
Для определения частоты вращения коленчатого вала двигателя применяли тахометр, который обеспечивает измерения в двух минимальных диапазонах частоты вращения коленчатого вала двигателя: от 0 до 1200 мин"1 и от 0 до 6000 мин"1 с погрешностью не более ±2,5% верхнего предела измерений.
Для определения температуры масла применяли термометр сопротивления с диапазоном измерения от 20 до 100С с погрешностью не более ±2,5С.
Испытания проводили на автомобиле «Ока» с двигателем ВАЗ 11113 с пробегом 80 тыс. км по методу динамометрических испытаний автомобилей для станций технического обслуживания. Определяли исходные показатели двигателя: показатели токсичности выхлопных газов (СО, СН, СОг, Ог); компрессию в цилиндрах, работу системы зажигания, расход топлива при снятом с двигателя гомогенизаторе и нейтрализаторе. Фрикционное нанесение покрытия проводили на двух цилиндрах блока в зоне верхней мертвой точки. Обработку проводили специальным инструментом со снятием головки блока цилиндров с последующей заменой прокладки. В качестве рабочей среды использовали модельную технологическую жидкость. После промывки цилиндров и установки головки блока, проводили обкатку двигателя в течение одного часа и повторно определяли указанные выше показатели экологической надежности двигателя.
Технологический процесс на основе разработанного метода фрикционного нанесения покрытий эластичным инструментом включает следующие операции: частичная разборка двигателя со снятием головки блока; очистка поверхностей цилиндров для обработки; нанесение покрытия; удаление остатков среды; досборка двигателя. Основы технологического процесса изложены в отраслевом руководящем техническом материале РТМ 02.101-88 «Методы повышения износостойкости узлов трения двигателей внутреннего сгорания транспортных средств предприятий бытового обслуживания на основе избирательного переноса (эффекта безызносности)». Нанесение покрытия проводится специальным инструментом при частоте вращения 1500 или 3000 об/мин в зависимости от геометрических параметров и конфигурации обрабатываемой поверхности. Время нанесения покрытия рассчитывается по зависимостям: при давлении Р = 1...1,2 МПа t « 240/V, а при давлении 0,4.. .0,6 МПа t« 360/V, где V - скорость обработки поверхности.
Похожие диссертации на Исследование и разработка метода фрикционного нанесения износостойких покрытий на предприятиях автомобильного сервиса
