Кучеров Артем-Презентація

1.

Міністерство освіти і науки України
Державний університет “Житомирська політехніка”
Кафедра механічної інженерії та автомобільного транспорту
Слайд №1
“ЗАТВЕРДЖУЮ”
В.о. завідувача кафедри
механічної інженерії та автомобільного
транспорту
_______ доктор філософії, доц. Коваленко Я.П.
БАКАЛАВРСЬКА КВАЛІФІКАЦІЙНА РОБОТА
зі спеціальності 131 “Прикладна механіка”
(ОПП “Комп'ютеризовані технології машинобудування”)
на тему: «Технологічний процес виготовлення деталі «Випускний клапан»
Студент групи
Керівник
ПМ-143
Артем КУЧЕРОВ
асистент, Томашевський О.О.
Житомир – 2026

2.

Слайд №2
АКТУАЛЬНІСТЬ
ТЕМИ
Особливої актуальності набуває розроблення та вдосконалення
технологічних процесів виготовлення випускних клапанів сучасних
дизельних двигунів вантажних автомобілів Mercedes-Benz Actros, які
широко використовуються в міжнародних та внутрішніх вантажних
перевезеннях. Підвищення ефективності механічної обробки, оптимізація
вибору обладнання, інструменту та режимів різання дають змогу підвищити
якість продукції, зменшити собівартість виготовлення деталей і збільшити
ресурс роботи двигуна.
У зв'язку з цим тема бакалаврської роботи, присвячена розробленню
технологічного процесу виготовлення деталі «Випускний клапан»
дизельного двигуна вантажного автомобіля Mercedes-Benz Actros, є
актуальною та має важливе практичне значення для сучасного
машинобудування і ремонтно-відновлювального виробництва.

3.

Слайд №3
Мета
роботи
–
розробити
раціональний
технологічний
процес
виготовлення
деталі
«Випускний
клапан»
дизельного
двигуна
вантажного автомобіля Mercedes-Benz Actros,
який забезпечує необхідну якість обробки,
точність
геометричних
експлуатаційні
параметрів,
характеристики
високі
деталі
економічну ефективність виробництва.
та

4.

Слайд №4
Аналіз службового призначення, умов роботи та
конструктивних особливостей випускного клапана дизельного
двигуна вантажного автомобіля Mercedes-Benz Actros
Випускний клапан є однією з найбільш відповідальних деталей газорозподільного
механізму дизельного двигуна вантажного автомобіля Mercedes-Benz Actros.
Його основним службовим призначенням є забезпечення своєчасного відкривання та
закривання випускного каналу циліндра для ефективного відведення відпрацьованих газів
після завершення робочого циклу двигуна. Від якості роботи випускного клапана залежать
процес газообміну, потужність двигуна, паливна економічність, екологічні показники та
довговічність силового агрегату.
Двигун автомобіля Mercedes-Benz Actros належить до високо навантажених дизельних
двигунів великої потужності. Відповідно до складального креслення двигун має шість
циліндрів, робочий об’єм 12 л, номінальну потужність 320 кВт та максимальний крутний
момент 2100 Н·м. Такі експлуатаційні характеристики обумовлюють значні механічні та
теплові навантаження на деталі газорозподільного механізму, зокрема на випускні клапани.

5.

Слайд №5

6.

Слайд №6

7.

Слайд №7
Вантажний автомобіль Mercedes-Benz Actros
Газорозподільний механізм

8.

Слайд №8

9.

Огляд існуючих конструкцій клапанів двигунів
внутрішнього згоряння
Суцільні клапани
Слайд №9
Порівняльні характеристики клапанів:
1. Впускний клапан (робоча температура 200 - 300°C, нержавіюча
сталь); 2. Випускний клапан (робоча температура 600 - 800°C,
нікелевий сплав)
Випускний клапан дизельного двигуна вантажного автомобіля Mercedes-Benz Actros належить до
суцільних тарілчастих клапанів із конічною робочою фаскою під кутом 45°. Конструкція клапана
забезпечує достатню міцність, герметичність та довговічність в умовах високих температур і значних
механічних навантажень. Матеріал клапана - жароміцна сталь 40Х10С2М - дозволяє забезпечити
необхідний ресурс роботи двигуна при тривалій експлуатації.

10.

Порівняльна характеристика конструкцій клапанів
двигунів внутрішнього згоряння
Тип клапана
Конструктивні
особливості
Виготовляється з однієї
Суцільний клапан
заготовки жароміцної
сталі
Біметалевий клапан
Клапан з наплавленою
фаскою
Порожнистий
натрієвий клапан
Переваги
Недоліки
Простота конструкції,
висока міцність,
Обмежені можливості
невисока вартість
відведення тепла
виготовлення
Слайд №10
Область застосування
Бензинові та дизельні
двигуни середньої
потужності
Тарілка і стержень
Висока жароміцність і
виготовлені з різних
зносостійкість,
Складність
Форсовані дизельні та
матеріалів та з'єднані
зниження вартості
виготовлення
бензинові двигуни
зварюванням
дорогих матеріалів
Підвищена стійкість до
Збільшення вартості
Вантажні автомобілі,
зношування та корозії
виготовлення
автобуси, спецтехніка
На робочу фаску
нанесено шар
жаростійкого сплаву
Усередині стержня
Покращене відведення
розташована порожнина
тепла, збільшений
з натрієм
ресурс роботи
Висока складність та
вартість виготовлення
Високофорсовані
дизельні та спортивні
двигуни
Робочі поверхні мають
Клапан із захисним
спеціальне покриття
Висока зносостійкість і
Додаткові технологічні
Сучасні двигуни
покриттям
(азотування,
жаростійкість
операції
підвищеної потужності
хромування, напилення)

11.

Вибір раціонального способу отримання заготовки
Слайд №11
випускного клапана та його обґрунтування
Порівняння способів отримання заготовки випускного клапана
Показник
Сортовий прокат
Штампування на КГШП
Коефіцієнт використання матеріалу
Низький
Високий
Обсяг механічної обробки
Значний
Незначний
Витрати металу
Великі
Менші
Продуктивність
Низька
Висока
Механічні властивості
Звичайні
Покращені
Напрямок волокон металу
Не враховується
Відповідає контуру деталі
Вища
Нижча
Відсутня
Потрібне штампування
Собівартість при серійному
виробництві
Необхідність спеціального оснащення

12.

Слайд №12

13.

Слайд №13
Технологічний процес виготовлення деталі
«Випускний клапан»
№
1
Найменування операцій і переходів
2
Обладнання
3
005
Заготівельна
1. Штампування заготовки
-
010
Підготовча
1. Підготовити заготовку для подальшої обробки: обрубка та очистка
-
015
Токарна з ЧПК
1. Точити торець деталі витримуючи розмір 332h14;
2. Точіння головки клапана і профілю під головкою витримуючи кут 91°30'.
020
Токарна з ЧПК
1. Точити торець деталі витримуючи розмір 331h12;
2. Точити фаску 1х45°;
3. Точіння стержня під сухар витримуючи розмір ø18,1h11 мм.
4. Точити канавку R10 витримуючи розмір ø14h9 мм;
5. Точити канавку R1 на ø18 мм.
025
Токарна з ЧПК
1. Точити торець деталі витримуючи розмір 330h11;
2. Точіння зовнішнього діаметра головки витримуючи розмір ø85h12.
030
Свердлильна з ЧПК
1. Свердлити отвір ø3 мм на довжину 47 мм;
2. Зенкерувати фаску 2,5×60 °.
035
Свердлильна з ЧПК
1.Свердлити 2 отвори ø6 мм на довжину 7 мм;
2.Свердлити отвір ø3 мм на довжину 5 мм;
3.Зенкерувати 2 фаски 0,5×45°;
4.Зенкерувати фаску 2,5×60 °.
040
Свердлильна з ЧПК
1.Свердлити отвір ø2 мм наскрізь.
045
Круглоліфувальна
1. Шліфувати начисто зовнішній діаметр ø84h11 і робочий конус головки.
Прецизійний універсальний мікрошліфувальний верстат
JAGURA JAG-JIE-AAL
050
Алмазне вигладжування
1. Алмазне вигладжування поверхні ø18 мм стержня на довжину 258 мм.
Універсальний токарний верстат Gildemeister CTX Аlpha 500
055
065
070
075
Полірувальна
1. Полірувати зовнішню поверхню клапана ø18 на довжину 258 мм. Шорсткість поверхні Ra0.32.
Азотування
Миття
Контроль
1. Контролювати на 100 % по розмірам.
Універсальний токарний верстат Gildemeister CTX Аlpha 500
Універсальний токарний верстат Gildemeister CTX Аlpha 500
Універсальний токарний верстат Gildemeister CTX Аlpha 500
Вертикально-свердлильний верстат Haas DC-2
Вертикально-свердлильний верстат Haas DC-2
Вертикально-свердлильний верстат Haas DC-2
Абразивні стрічки
Установка для миття
Контрольні прилади

14.

Вибір металорізального обладнання для виконання
технологічних операцій
Універсальний токарний верстат
Gildemeister CTX Alpha 500
Слайд №14
Вертикально-свердлильний
верстат Haas DC-2
Прецизійний універсальний мікрошліфувальний верстат
JAGURA JAG-JIE-AAL

15.

Різальний інструмент для виготовлення
випускного клапана
Операція
Слайд №15
Інструмент
Прохідний токарний різець із твердосплавною пластиною ISO
Точіння
Р15, P25
Підрізання торців
Підрізний різець
Обробка фасок
Фасонний різець
Центрування
Свердло центрувальне Ø5 мм Р6М5
Свердління отворів
Свердла спіральні Seco CrownLoc
Обробка паза
Кінцева фреза твердосплавна
Алмазне вигладжування
Алмазний вигладжувач
Шліфування фаски клапана
Профільний шліфувальний круг 25А F80 K
Полірування фаски
Повстяний круг із полірувальною пастою
Вимірювальний інструмент
Контрольований параметр
Засіб контролю
Зовнішні діаметри Ø18 та Ø17,6
Мікрометр МК 0–25 мм
Загальна довжина клапана
Штангенциркуль ШЦ-I-400-0,1
Розміри тарілки клапана
Штангенциркуль ШЦ-I-200-0,1
Глибина отворів та пазів
Штангенглибиномір
Биття поверхонь
Індикатор годинникового типу ІЧ-10
Прямолінійність стержня
Індикаторна стійка з призмою
Кут фаски 45°
Кутомір універсальний
Шорсткість поверхні
Профілометр
Твердість HRC 27–34
Твердомір Роквелла
Радіуси заокруглень
Комплект шаблонів радіусних

16.

Слайд №16

17.

Слайд №17

18.

Розробка технологічного завдання на проєктування
спеціального пристосування
Слайд №18

19.

Аналіз конструкцій верстатних пристосувань для
свердлильних операцій
Тип пристосування
Машинні лещата
Конструктивні особливості
Переваги
Недоліки
Простота конструкції;
Низька продуктивність; значні витрати
невисока вартість;
часу на встановлення деталі;
універсальність застосування
недостатня точність базування
Надійне базування
Обмежена сфера застосування;
циліндричних деталей;
потребує додаткових елементів
простота виготовлення
закріплення
Встановлюється безпосередньо на
Висока точність
Зручний лише для деталей невеликих
заготовку, оснащений
розташування отворів;
розмірів; складність встановлення на
кондукторними втулками
скорочення часу розмітки
великогабаритні деталі
Універсальне пристосування з
механічним затиском заготовки
Призматичне
Базування циліндричних деталей
пристосування
здійснюється за допомогою призми
Накладний кондуктор
Слайд №19
Коробчастий
Заготовка розташовується всередині
кондуктор
корпусу пристосування
Висока жорсткість;
можливість обробки декількох
отворів за одне встановлення
Складність конструкції; висока вартість
виготовлення
Підвищення продуктивності;
Поворотний
Забезпечує обробку отворів з різних
збереження точності
Складність конструкції та
кондуктор
сторін без перевстановлення деталі
взаємного розташування
налаштування
отворів
Висока продуктивність;
Спеціальний
свердлильний
кондуктор
Розробляється для конкретної деталі
та операції
мінімальний допоміжний час; Використовується лише для конкретної
точне базування та
деталі; додаткові витрати на
закріплення; можливість
проєктування та виготовлення
механізації затиску

20.

Розробка раціональної схеми базування заготовки Слайд №20
на заданій операції
Раціональна схема базування заготовки є важливою умовою
забезпечення точності свердлильної операції. Для деталі
типу «Клапан» необхідно забезпечити правильне положення
заготовки відносно осі різального інструмента, оскільки від
цього залежить точність розташування отвору та якість
обробленої поверхні.
Заготовка клапана має форму тіла
обертання,
тому
основною
технологічною
базою
доцільно
прийняти
зовнішню
циліндричну
поверхню
стержня
клапана.
Базування виконується по циліндричній поверхні стержня з
використанням призматичних опор або напрямної втулки,
що забезпечує суміщення осі деталі з віссю пристосування.
Для
обмеження
осьового
переміщення
заготовки
використовується торцева поверхня тарілки клапана, яка
сприймає осьове зусилля та забезпечує фіксацію деталі за
довжиною.
Таким
чином,
заготовка
позбавляється
необхідних ступенів свободи та займає стійке положення під
час обробки.
Схема базування заготовки в пристрою

21.

Слайд №21

22.

Слайд №22

23.

Слайд №23
Аналіз найбільш навантажених та зношуваних поверхонь
випускного клапана
Поверхня клапана
Робоча фаска клапана
Головка клапана
Перехідна зона між
головкою та стержнем
Циліндрична поверхня
стержня
Торець стержня клапана
Канавки під сухарі
Умови роботи
Основні види
навантажень
Характерні види
зношування та
пошкоджень
Зношування, пригорання,
Контакт із сідлом клапана,
Ударні, контактні та
дія гарячих газів
теплові навантаження
Безпосередній контакт із
Високотемпературні та
Термічна втома,
відпрацьованими газами
циклічні навантаження
окиснення, прогар
Згинальні, циклічні та
Концентрація напружень
температурні
навантаження
Тертя в напрямній втулці
Контакт із штовхачем або
коромислом
ерозія, утворення раковин
і рисок
Втомні тріщини,
руйнування матеріалу
Навантаження тертя та
Абразивне та адгезійне
зношування
зношування, задири
Ударні навантаження
Передача зусиль від
Змінні механічні
пружини клапана
навантаження
Наклеп, вм'ятини,
спрацювання поверхні
Втомне руйнування,
зношування бічних
поверхонь

24.

Слайд №24
Зношуваність клапана після
довготривалої експлуатації
Прогорання та ерозія клапанів

25.

Методи підвищення зносостійкості та жароміцності
робочих поверхонь клапана
Слайд №25
Метод зміцнення
Сутність методу
Основний результат
Використання
Застосування сталей типу 40Х10С2М
Підвищення жароміцності та
жароміцних сталей
та жароміцних сплавів
термостійкості
Наплавлення
Нанесення на фаску шару
Підвищення зносостійкості та ерозійної
стелітом
кобальтового сплаву
стійкості
Азотування
Дифузійне насичення поверхні азотом
Збільшення твердості та зносостійкості
Хромування
Плазмове напилення
Нанесення шару хрому на поверхню
стержня
Формування захисного покриття з
жаростійких матеріалів
Підвищення корозійної та зносостійкості
Підвищення жаростійкості та довговічності
Зниження шорсткості та підвищення
Шліфування
Фінішна механічна обробка поверхні
Алмазне
Поверхневе пластичне деформування
Зменшення шорсткості, підвищення
вигладжування
алмазним інструментом
мікротвердості та ресурсу деталі
точності

26.

Слайд №26
Схема напилення зміцнювального покриття на
деталі «Клапан»
Схема алмазного вигладжування
Методи контролю якості випускних клапанів
Контрольований параметр
Засіб контролю
Етап контролю
Зовнішній діаметр стержня
Мікрометр МК
Операційний контроль
Загальна довжина клапана
Штангенциркуль ШЦ-I
Операційний контроль
Глибина канавок та отворів
Штангенглибиномір ШГ
Операційний контроль
Радіальне биття
Індикатор годинникового типу та контрольне пристосування
Приймальний контроль
Круглість поверхонь
Індикаторний контроль
Приймальний контроль
Шорсткість поверхонь
Профілометр або зразки шорсткості
Приймальний контроль
Твердість після термообробки
Твердомір Роквелла
Міжопераційний контроль
Наявність поверхневих дефектів
Візуальний, магнітопорошковий або капілярний контроль
Контроль заготовки та готової деталі
Відповідність технічним вимогам креслення
Комплекс вимірювальних засобів
Заключний контроль

27.

Слайд №27
ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ
У бакалаврській кваліфікаційній роботі проведено аналіз службового призначення, конструктивних особливостей та умов роботи
випускного клапана. Встановлено, що деталь працює в умовах високих температур, значних механічних навантажень та інтенсивного
зношування, що обумовлює підвищені вимоги до точності виготовлення та якості поверхонь.
На підставі аналізу технологічності конструкції та річної програми випуску 15000 деталей обґрунтовано крупносерійний тип
виробництва. Для отримання заготовки обрано гаряче штампування на кривошипному гарячештампувальному пресі, що забезпечує
раціональне використання матеріалу та покращення механічних властивостей виробу.
Розроблено
маршрутний
технологічний процес
виготовлення
випускного
клапана,
виконано
розрахунок
припусків,
міжопераційних розмірів, режимів різання та норм часу. Обґрунтовано вибір металорізального обладнання, технологічного оснащення,
різального та вимірювального інструменту.
У конструкторському розділі спроєктовано спеціальне свердлильне пристосування для обробки клапана та контрольне
пристосування для перевірки радіального биття. Виконані розрахунки підтвердили працездатність конструкції та забезпечення
необхідної точності обробки й контролю.
У спеціальному розділі проаналізовано найбільш навантажені та зношувані поверхні випускного клапана, розглянуто сучасні
методи підвищення їх зносостійкості та жароміцності, а також досліджено способи контролю якості виготовлення деталі.
Таким чином, поставлена мета роботи досягнута. Розроблені технологічні та конструкторські рішення забезпечують виготовлення
випускного клапана необхідної якості, підвищення ефективності виробництва та покращення експлуатаційних характеристик деталі.

28.

Слайд №28