Marek Jastrzębski

126645

Inż. materiałowa

Sem. VI

Rok ak. 2006/07

LABORATORIUM

Obróbki cieplnej

ćw. nr. 13

Temat: Dobór obróbki cieplnej wybranych detali - projekt pompy wtryskowej.

• Informacje o przedmiocie:

Pompa wtryskowa ssąco-tłocząca typu tłoczkowego składa się zasadniczo z:

- cylinderka i tłoczka

- kanalika zasilającego, przez który paliwo jest doprowadzane do cylinderka podczas skoku ssania.

- zaworu tłoczącego, przez który paliwo jest wytłaczane.

- mechanizmu zapewniającego posuwisto-zwrotny tłoczka w cylindrze.

Rola pompy wtryskowej:

pompa tłokowa dostarczająca paliwo do wtryskiwaczy silnika spalinowego (głównie z zapłonem samoczynnym). Najczęściej spotyka się p. w. z tłoczkami pokrętnymi o stałym skoku, napędzanymi przez krzywki. Pompy wtryskowe są budowane zazwyczaj jako p. w. wielocylindrowe, których cylindry są połączone z silnikiem przewodami doprowadzającymi paliwo do poszczególnych wtryskiwaczy. Przewody są wyeliminowane w przypadku jednocylindrowych p. w., z których każda jest połączona we wspólnej obudowie z należącym do niej wtryskiwaczem (pompowtryskiwacz).

Schemat budowy pompy wtryskowej:

• Analiza warunków pracy:

1. agresywne środowisko paliwa - zastosowanie nieodpowiedniego materiału może powodować powstawania ognisk korozji a co ca tym idzie spowodować trwałe uszkodzenie elementu.

2. silne ścieranie między cylindrem a tłokiem - wytarcie powierzchni, może spowodować powstanie zbyt dużego luzu, efektem czego będzie przeciekanie paliwa.

3. wysokie ciśnienie towarzyszące tłoczeniu paliwa

4. możemy też wziąć pod uwagę, drgania całego elementu w czasie eksploatacji.

• Schemat cylindra oraz tłoka:

• Schemat sprężyny:

długość sprężyny: 140 mm

średnica zewnętrzna: 55 mm

średnica wewnętrzna: 49 mm

grubość drutu: 3 mm

ilość uzwojeń czynnych 10

skok: 14 mm

• Rozwiązanie materiałowe:

- tuleja: Stal stopowa wysokochromowa X8Cr13 wg PN-EN 10085:2003

(stal po obróbce cieplno chemicznej ma warstwę odporną na ścieranie oraz plastyczny rdzeń, dodatkowo skład chemiczny stali pozwala zabezpieczyć część przed agresywnym działaniem paliwa)

- tłok: stal C45 wg PN-EN 10085:2003 (w celu zapewnienia odpowiednich właściwości zostanie poddana obróbce cieplno - chemicznej)

- sprężyna - stal sprężynowa 48Si7 wg PN-EN 10085:2003 (wykonywane sprężyny będą niewielkiej średnicy, a zatem nie ma potrzeby stosowania stali, o większej ilości dodatków stopowych zwiększających hartowność)

• Fazy procesu technologicznego produkcji i obróbki tulei:

1. Wytworzenie tulei poprzez obróbkę skrawaniem z półfabrykatu hutniczego. Element wykonujemy ze stali X8Cr13 wg PN-EN 10085:2003. Następnie gotową część poddajemy obróbce cieplno - chemicznej.

2. Nawęglanie próbki, metodą gazową w atmosferze „insitu” w atmosferze alkoholu izopropylowego i wody. Temperatura procesu T=930^oC, czas nawęglania 5 h. Oczekiwana grubość warstwy nawęglonej powinna oscylować w granicach 0,5 - 0,6 mm. Nawęglona warstwa powinna charakteryzować się strukturą perlityczną. Zaleca się 5-krotną wymianę atmosfery obróbczej w ciągu godziny.

3. Chłodzenie przeprowadzić w atmosferze ochronnej aby uniknąć odwęglenia powierzchni.

4. Nawęgloną tuleję poddajemy obróbce cieplnej. Stosujemy podwójne hartowanie. Podczas pierwszego nagrzewamy wsad razem z piecem do temperatury nawęglania i wygrzewamy przez 10 minut w tej temperaturze. Następnie chłodzimy przedmiot w kąpieli solnej.

5. Drugie hartowanie przeprowadzamy w następujący sposób: nagrzewamy wsad razem z piecem do temperatury 770-780 ^oC i wygrzewamy przez 10 minut a następnie ponownie chłodzimy w kąpieli solnej.

6. Po podwójnym hartowaniu, przeprowadzamy niskie odpuszczanie, które polega na nagrzaniu do temperatury ok. 180 - 200 ^oC i wygrzaniu przez 25 minut a następnie schłodzeniu na powietrzu.

7. Kontrola techniczna wyprodukowanego przedmiotu. Kryteria jakie powinien spełniać tłok to: warstwa o grubości 0,5 - 0,6 mm i twardości 62 HRC, struktura warstwy to drobnoziarnisty martenzyt. Jeśli chodzi o rdzeń próbki to powinien on mieć strukturę drobnoziarnisty rdzeń o twardości rzędu 30 HRC.

• Fazy procesu technologicznego produkcji i obróbki tłoka:

1. Podobnie jak w przypadku tulei wytworzenie tłoka odbywa się poprzez obróbkę skrawaniem z półfabrykatu hutniczego. Element wykonujemy ze stali C45 wg PN-EN 10085:2003. Obróbka cieplno-chemiczna tłoka przebiega identycznie jak tłoka, czyli:

2. Nawęglanie próbki, metodą gazową w atmosferze „insitu” w atmosferze alkoholu izopropylowego i wody. Temperatura procesu T=930^oC, czas nawęglania 5 h. Oczekiwana grubość warstwy nawęglonej powinna zawierać się w przedziale 0,5 - 0,6 mm. Zalecana 5-krotna wymiana atmosfery obróbczej w ciągu godziny.

3. Chłodzenie przeprowadzić w atmosferze ochronnej aby uniknąć odwęglenia powierzchni.

4. Nawęglony tłok poddajemy obróbce cieplnej. Stosujemy podwójne hartowanie. Podczas pierwszego nagrzewamy wsad razem z piecem do temperatury nawęglania i wygrzewamy przez 10 minut w tej temperaturze. Następnie chłodzimy przedmiot w kąpieli solnej.

5. Drugie hartowanie przeprowadzamy w następujący sposób: nagrzewamy wsad razem z piecem do temperatury 770-780 ^oC i wygrzewamy przez 10 minut a następnie ponownie chłodzimy w kąpieli solnej.

6. Po podwójnym hartowaniu, przeprowadzamy niskie odpuszczanie, które polega na nagrzaniu do temperatury ok. 180 - 200 ^oC i wygrzaniu przez 25 minut a następnie schłodzeniu na powietrzu.

7. Kontrola techniczna wyrobu polega na sprawdzeniu czy tłok charakteryzuje się pożądanymi własnościami tj. grubość warstwy 5-6 mm, twardość 60-64 HRC i struktura martenzytyczna. Rdzeń powinien mieć twardość z zakresu 28 -34 HRC oraz drobnoziarnistą strukturę.

• Fazy procesu technologicznego produkcji i obróbki sprężyny:

1. Wytworzenie sprężyny poprzez obróbkę plastyczną z półfabrykatu hutniczego. Element wykonujemy ze stali 48Si7 wg PN-EN 10085:2003. Następnie gotową część poddajemy obróbce cieplnej.

2. Obróbka cieplna polega na hartowaniu i średnim odpuszczaniu. Hartowanie przeprowadzamy w następujących warunkach: wsad nagrzewany jest do temperatury 760 - 780 ^oC, czas austenityzacji 20 minut. Po tym zabiegu chłodzimy w wodzie. Proces bezwzględnie przeprowadzić w próżni lub ewentualnie zastosować atmosferę ochronną.

3. Średnie odpuszczanie polega na nagrzaniu wsadu do temperatury 430-450 ^oC i wygrzewać przez 1,5 h. Po wygrzewaniu schłodzić razem z piecem

4. Dodatkowo po obróbce cieplnej należy przeprowadzić młotkowanie w celu wprowadzeniu naprężeń ściskających.

5. Kontrola techniczna przedmiotu.

• Podsumowanie:

Przeprowadzone zabiegi oraz dobrane materiały, pozwolą na uzyskać pożądane parametry, gwarantujące bezawaryjną pracę urządzenia.

Cylinder będzie zabezpieczony przed ścieraniem warstwą nawęgloną a zatem będzie to zapobiegało ścieraniu i w efekcie powstawaniu nadmiernego luzu między tłokiem i cylindrem. Ten sam proces wykorzystaliśmy do zabezpieczenia tłoka.

Środowiskiem pracy jest niska temperatura oraz atmosfera silnie korozyjna. Z tego też względu uzasadnione jest zastosowanie stali wysokochromowej, która charakteryzuje się odpornością na działanie paliw.

Wybór stali sprężynowej jest dosyć oczywisty. Materiał stosowany na elementy sprężyste powinien cechować się bardzo dobrymi własnościami sprężystymi, tzn. wysoką granicą sprężystości Rsp oraz dużą wartością stosunków tej wielkości do granicy plastyczności Re lub Rp0,2 i wytrzymałości na rozciąganie Rm. Właściwości te zapewnia nam dodatek Si oraz poprawnie przeprowadzona obróbka cieplna. Obróbka cieplna musi być przeprowadzona w atmosferze ochronnej lub próżni, aby zapobiec odwęgleniu wierzchniej warstwy. Jest to bardzo niekorzystne, ponieważ w sprężynie wytwarzają się naprężenia rozciągające i maleje wtedy wytrzymałość zmęczeniowa.

Dodatkowo w celu zwiększenia wytrzymałości zmęczeniowej, a więc żywotności sprężyny możemy zastosować obróbkę plastyczną, lub cieplno-chemiczną. Zdecydowałem się na ten pierwszy wariant, chociaż naprężenia ściskające można wprowadzić poprzez azotowanie. Nie zmienia to jednak faktu, że po każdej z tych operacji zostają wprowadzona naprężenia ściskające, które powodują zwiększenie wytrzymałości zmęczeniowej.

Tłok

Cylinder

Tuleja

Tłok

Sprężyna

Powierzchnia

nawęglona

φ 110

φ 75

125

φ 74,5

φ 50

150

φ 55

140

3

---