Сквозной цикл производства блока цилиндров двигателя (стр. 2 из 6)

1.4.1Серый чугун

Чугун - это сплав железа с содержанием углерода более 2 % и кремния более 1,5 %. В сером чугуне избыточный углерод содержится в форме графита. Для блок-картеров дизельных двигателей использовался и используется чугун с пластинчатым графитом, который получил свое название по расположению находящегося в нем графита. Другие составляющие сплава - это марганец, сера и фосфор в очень маленьких количествах. Чугун с самого начала предлагался как материал для блок-картеров серийных двигателей, т. к. этот материал не дорог, просто обрабатывается и обладает необходимыми свойствами. Легкие сплавы долго не могли удовлетворить этим требованиям. Автопроизводители используют для своих двигателей чугун с пластинчатым графитом вследствие его особенно благоприятных свойств. А именно:

· хорошая теплопроводность;

· хорошие прочностные свойства;

· простая механообработка;

· хорошие литейные свойства;

· очень хорошее демпфирование.

Выдающееся демпфирование - это одно из отличительных свойств чугуна с пластинчатым графитом. Оно означает способность воспринимать колебания и гасить их за счет внутреннего трения. Благодаря этому значительно улучшаются вибрационные и акустические характеристики двигателя. Хорошие свойства, прочность и простая обработка делают блок-картер из серого чугуна и сегодня конкурентоспособным. Благодаря высокой прочности, бензиновые двигатели М и дизельные двигатели и сегодня делаются с блок-картерами из серого чугуна. Возрастающие требования к массе двигателя на легковом автомобиле в будущем смогут удовлетворить только легкие сплавы.

1.4.2 Алюминиевые сплавы

Блок-картеры из алюминиевых сплавов пока еще относительно новы только для дизельных двигателей. Плотность алюминиевых сплавов составляет примерно треть по сравнению с серым чугуном. Однако, это не значит, что преимущество в массе имеет такое же соотношение, т. к. вследствие меньшей прочности такой блок-картер приходится делать массивнее.Другие свойства алюминиевых сплавов:

· хорошая теплопроводность;

· хорошая химическая стойкость;

· неплохие прочностные свойства;

· простая механообработка.

Чистый алюминий не пригоден для литья блок-картера, т. к. имеет недостаточно хорошие прочностные свойства. В отличие от серого чугуна основные легирующие компоненты добавляются здесь в относительно больших количествах.

Сплавы делятся на четыре группы, в зависимости от преобладающей легирующей добавки. Эти добавки:

· кремний (Si);

· медь (Си);

· магний (Мд);

· цинк (Zn).

Для алюминиевых блок-картеров двигателей используются исключительно сплавы AlSi. Они улучшаются небольшими добавками меди или магния. Кремний оказывает положительное воздействие на прочность сплава. Если составляющая больше 12 %, то специальной обработкой можно получить очень высокую твердость поверхности, хотя резание при этом осложнится. В районе 12 % имеют место выдающиеся литейные свойства. Добавка меди (2-4 %) может улучшить литейные свойства сплава, если содержание кремния меньше 12 %. Небольшая добавка магния (0,2-0,5 %) существенно увеличивает значения прочности. Для бензиновых и дизельных двигателей используют алюминиевый сплав AISi7MgCuO,5. Как видно из обозначения AISi7MgCuO,5, этот сплав содержит 7 % кремния и 0,5 % меди. Он отличается высокой динамической прочностью. Другими положительными свойствами являются хорошие литейные свойства и пластичность. Правда, он не позволяет достичь достаточно износостойкой поверхности, которая необходима для зеркала цилиндра. Поэтому блок-картеры из AISI7MgCuO,5 придется выполнять с гильзами цилиндров.

Прогрессивные исследователи задумываются об использовании еще более легкого материала - магниевого сплава. Были созданы прототипы двигателей, в которых металлические гильзы цилиндров устанавливались в легковесные пластиковые блоки, хотя эти двигатели оказывались ужасно шумными.

1.4.3 Табличные данные по материалам

Ниже я дам табличные сравнение 2х марок чугуна(СЧ25 и СЧ35), 2х марок алюминия(АЛ2 и АЛ4) и одной марки марганцевого сплава(МЛ4) из которых можно делать отливки блока-картера.

Таблица 1 - Классификация

Материал	Название	Применение материалов
СЧ25	Чугун серый	для изготовления отливок
СЧ35	Чугун серый	для изготовления отливок
АЛ2	Алюминиевый литейный сплав	для изготовления деталей малой нагруженности; сплав отличается высокой герметичностью
АЛ4	Алюминиевый литейный сплав	для изготовления деталей средней и большой нагруженности; сплав отличается высокой герметичностью
МЛ4	Магниевый литейный сплав	детали двигателей и других агрегатов, работающие в условиях высокой коррозионной стойкости, статических и динамических нагрузок; предельная рабочая температура: 150°C -длительная, 250°C -кратковременная

Таблица 2 - Химический состав в % материала СЧ25 и СЧ35

Материал	C	Si	Mn	S	P
СЧ25	3.2 - 3.4	1.4 - 2.2	0.7 - 1	до 0.15	до 0.2
СЧ35	2.9 - 3	1.2 - 1.5	0.7 - 1.1	до 0.12	до 0.2

Таблица 3 - Химический состав в % материала АЛ2

Fe	Si	Mn	Ti	Al	Cu	Zr	Mg	Zn	Примесей
до 1.5	10 - 13	до 0.5	до 0.1	84.3 - 90	до 0.6	до 0.1	до 0.1	до 0.3	всего 2.7

Таблица 4 - Химический состав в % материала АЛ4

Fe	Si	Mn	Al	Cu	Pb	Be	Mg	Zn	Sn	Примесей	-
до 1	8 - 10.5	0.2 - 0.5	87.2 - 91.63	до 0.1	до 0.05	до 0.1	0.17 - 0.3	до 0.2	до 0.01	всего 1.5	Ti+Zr<0.15

Таблица 5 - Химический состав в % материала МЛ4

Fe	Si	Mn	Ni	Al	Cu	Zr	Be	Mg	Zn	Примесей
до 0.06	до 0.25	0.15 - 0.5	до 0.01	5 - 7	до 0.1	до 0.002	до 0.002	88.4 - 92.85	2 - 3.5	прочие 0.1; всего 0.5

Таблица 6 - Механические свойства при Т=20^oС

Sв	ST	5	Твердость по Бринеллю
МПа	МПа	%	МПа
СЧ25	250	HB 10 -1 = 156 - 260
СЧ35	350	HB 10 -1 = 179 - 290
АЛ2	160-170	80-90	5	HB 10 -1 = 55
АЛ2	190	120	1.8
АЛ4	260	200	4	HB 10 -1 = 70
АЛ4	290	160	2
МЛ4	250-255	85-115	6-9	HB 10 -1 = 50 - 75

Таблица 7 - Физические свойства материала СЧ25 и СЧ 35

Материал	T	E 10- 5	 10 6			C
-	Град	МПа	1/Град	Вт/(м·град)	кг/м3	Дж/(кг·град)
СЧ25	20	1	50	7200
	100	10	500
СЧ 35	20	1.4	42	7400
	100	11	545

Таблица 8 - Физические свойства материала АЛ2 и АЛ4

Материал	T	E 10- 5	 10 6			C
-	Град	МПа	1/Град	Вт/(м·град)	кг/м3	Дж/(кг·град)
АЛ2	20	0.7	2650
	100	21.1	168	838
АЛ4	20	0.7	2650
	100	21.7	155	755

Таблица 9 - Физические свойства материала МЛ4

T	E 10- 5	 10 6			C
Град	МПа	1/Град	Вт/(м·град)	кг/м3	Дж/(кг·град)
20	0.43	79.5	1830	1046.7
100	27.6

Обозначения:

HB - Твердость по Бринеллю , [МПа]

T - Температура, при которой получены данные свойства , [Град]

E - Модуль упругости первого рода , [МПа]

a - Коэффициент температурного (линейного) расширения (диапазон 20^o - T ) , [1/Град]

l - Коэффициент теплопроводности (теплоемкость материала) , [Вт/(м·град)]

r - Плотность материала , [кг/м³]

C - Удельная теплоемкость материала (диапазон 20^o - T ), [Дж/(кг·град)]

R - Удельное электросопротивление, [Ом·м]

Вывод: Для своего алюминиевого блока-картера двигателя я буду использовать исключительно сплавы AlSi, а именно АЛ4. Они улучшаются небольшими добавками меди или магния. Кремний оказывает положительное воздействие на прочность сплава. Если составляющая больше 12 %, то специальной обработкой можно получить очень высокую твердость поверхности, хотя резание при этом осложнится. В районе 12 % имеют место выдающиеся литейные свойства. Добавка меди (2-4 %) может улучшить литейные свойства сплава, если содержание кремния меньше 12 %. Небольшая добавка магния (0,2-0,5 %) существенно увеличивает значения динамической прочности. Другими положительными свойствами являются хорошие литейные свойства и пластичность. Правда, он не позволяет достичь достаточно износостойкой поверхности, которая необходима для зеркала цилиндра. Поэтому блок-картеры из АЛ4 придется выполнять с гильзами цилиндров.

2.Технология изготовления

2.1 Технологическая схема производства

2.2 Описание каждого технологического этапа

2.2.1 Добыча бокситов

Рудами алюминия могут служить лишь породы, богатые глиноземом (Al₂O₃) и залегающие крупными массами на поверхности земли. К таким породам относятся бокситы, нефелины — (Na, K)₂OּAl₂O₃ּ2SiO₂, алуниты — (Na, K)₂SO₄ּAl₂(SO₄)₃ּ4Al(OH)₃ и каолины (глины), полевой шпат (ортоклаз) — K₂OּAl₂O₃ּ6SiO₂.