Выпускные клапана

Тема – клапана ЗИЛ 130. Про обычные и доработанные клапана я уже писал много раз. Перед прочтением данной статьи, рекомендую прочитать опус, посвященный доработанным клапанам змз 402. Здесь я остановлюсь только на том, что отличает данные клапана от других, и что меня удивило, при работе с ними.

Клапана ЗИЛ 130 в оригинале

В институтском курсе ДВС данный двигатель давался, как воплощение неких смелых технических идей. Но он так и остался народно-хозяйственным. На его базе впоследствии был создан другой двигатель. Чуть большего объема и чуточку лучше по характеристикам, прежде всего по «прожорливости», и вот он уже обрел свою жизнь в военной технике.

разрез клапана, фото Евгений-ТоуРид

В выпускных клапанах ЗИЛ 130, конструкторы применили очень интересное решение. Клапана имеют полость, заполненную металлическим натрием. Все это сделано для лучшего охлаждения клапана. В советской литературе встречал такое объяснение работы данного наполнителя:

  • В процессе работы, клапан нагревается, натрий становится газообразным и поднимается в верхнюю часть клапана. Там он охлаждается, снова становится жидким и стекает вниз обратно к тарелке.

Насколько это правда, я сказать не берусь. По моему скромному мнению большой ресурс клапанов в этом двигателе, в гораздо большей степени зависит от пружинно шариковой конструкции вращения выпускных клапанов и их массы вообще, нежели от натрия.

Клапана ЗИЛ 130, доработка

клапана зил 130, профиль тарелки

Если при обработке впускных клапанов особых трудностей не возникло. То при запиле выпускных клапанов, приходилось учитывать ту самую полую конструкцию. Внешний вид клапанов виден на фото, массу я тоже указал. Очень хочется надеяться, что это даст свой плюсик при наполнении и продувке цилиндров.

масса доработанных клапанов

Ужасы нашего городка

В статье про доработанные клапана змз 402, в рейтинге клапанов, я поставил Челябинский завод на первое место. Формулировка была примерно следующая: материал клапанов на «пятерку», остальное можно доработать. Под понятие доработать напильником я подразумевал болтание фаски в пределах 0.01-0.03мм, которые можно вывести в процессе притирки клапана к седлу. В процессе обработки выяснилось, что впускные клапана «ещё ничего», а вот выпускные, совсем плохо. Биение фаски было от 5 соток, до 10 соток. Тут «притирки» уже не помогут, тут только «хирургия». Согласовав данный вопрос с клиентом, выпускные клапана были отданы на перешлифовку фаски. В результате получилась та красота, что вы видите на фото.

Риторический вопрос. Как челябинский завод с таким изначальным качеством собирается выживать и конкурировать, для меня загадка. Может быть, только на тех позициях, где им нет альтернативы??? Искренне не понимаю. Как говаривал классик «И не церковь и ни кабак, ничего не свято. Нет, ребята, все не так, все не так ребята».

доработанные клапана зил-130

Выпускной клапан — элемент газораспределительного механизма двигателя внутреннего сгорания. Обеспечивает выпуск отработавших газов из камеры сгорания.

Камера сгорания должна быть герметичной в момент, когда в ней вспыхивает топливо. После того как энергия вспышки израсходована, из камеры необходимо удалить отработавшие газы, заполнить ее воздухом и бензином, и подготовить к новой вспышке. Для удаления выхлопных газов в головке блока цилиндров установлены тарельчатые клапана, обеспечивающие надежную герметизацию камеры сгорания в момент, когда они закрыты.

Конструкция выпускного клапана

Выпускные клапаны расположены в головке блока цилиндров. Впуск топливо-воздушной смеси в цилиндр происходит при условии разрежения в камере сгорания, а выпуск – в условиях повышеного давления. Это значит, что после сгорания газы стремятся просочиться наружу, и для их выпуска достаточно открыть клапан. Поэтому, кстати, выпускные клапана всегда меньше, чем впускные — всасывающая сила разрежения уступает силе давления, выталкивающей газы наружу.

Клапанный механизм требует точной регулировки. Если клапан закрывается слишком рано, недогоревшие газы очень быстро сожгут его

Для надежной герметизации камеры сгорания во всех современных двигателях используются тарельчатые клапаны. Преимуществ у такой конструкции несколько. Клапан, состоящий из тарелки, и стержня, прост и надежен, как гвоздь. Переход от фаски к стержню выполнен плавно, что придает клапану необходимую прочность. Кроме того, коническая форма перехода способствует уменьшению сопротивления газов и улучшению герметизации.

Принцип работы выпускного клапана

Выпускной клапан открывается от усилия кулачка распределительного вала. Возвратно-поступательные движения шток клапан совершает во втулке, запрессованной в головку блока цилиндров.

В головке же находится и седло клапана. По сути, это углубление, чья форма соответствует форме верхней части тарелки. Седло и тарелка с высокой точностью притираются друг к другу. Это исключает прорыв газов из камеры сгорания в момент, когда клапана закрыты.

При появлении первой трещины на тарелке процесс разрушения приобретает характер цепной реакции. Чем больше трещина, тем больше перегрев от прорывающихся наружу струй несгоревшего топлива

Верхняя часть стержня выпускного клапана имеет выточку. В нее устанавливаются «сухари» – разрезанное на две половины коническое кольцо. С их помощью тарелка пружины держится на клапане. Пружина создает усилие, необходимое для возврата клапана в закрытое положение.

Отдельные автомобильные двигатели имеют специальный механизм для принудительного проворачивания клапана. Таким образом обеспечивается равномерный износ детали.

Выпуск отработанных газов происходит в тот момент, когда поршень цилиндра движется от нижней мертвой точки к верхней. Выпускной клапан ДВС работает в условиях повышенной нагрузки. Нагрев головки клапана во время работы двигателя может достигать 800 градусов.

Характерные поломки выпускных клапанов

Агрессивные отработанные газы вызывают коррозию выпускных клапанов. Продукты неполного сгорания топлива приводят к прогоранию.

После определенного периода работы тарелка выпускного клапана и седло в головке блока покрываются нагаром.

Высокая температура накаляет нагар. Происходит выжигание опорной поверхности выпускного клапана. Это влечет за собой потерю герметичности. Появляются нарушения в работе двигателя: падает мощность, затрудняется запуск двигателя. В образовавшиеся щели устремляется под давлением струя горячих неотработанных газов. Это еще сильнее нагревает головку клапана. Как результат – деформация головки и разрушение клапана. При разрушении клапана работа цилиндра фактически прекращается.

Способы защиты от перегрева

Чтобы противостоять эрозии от перегрева выпускные клапаны изготавливаются из жаростойкой стали (хромникельвольфраммолибденовая сталь).

При замене разрушенного клапана притирка к седлу — абсолютно обязательна. Если клапан не притереть, его придется менять снова, и очень скоро

Основа сплава, из которого производятся выпускные клапана — никель. Этот металл повышает сопротивляемость клапана к механическому износу. Поскольку выпускной клапан подвергается большей термической нагрузке, чем впускной, он имеет другую структуру. Стержень выпускного клапана делается полым. Внутренняя полость заполняется металлическим натрием. Это необходимо для улучшения теплообмена.

Современные технологии дают возможность дополнительно защитить выпускные клапаны от агрессивного воздействия.

Самый универсальный способ — плазменно-порошковая наплавка. Кроме этого, существуют методы лазерного легирования и наплавки токами высокой частоты. Эти методы защиты увеличивают стоимость детали, но существенно продлевают срок ее службы.

На многих профильных форумах ведутся нешуточные споры, из какого клапана лучше изготавливать нож. Впускной или выпускной использовать? Точного ответа, так и не нашлось. Но из достоверных источников становится ясно, что нож из клапана лучше изготавливать из выпускного варианта. Так как он предназначен для более высоких температур и клинок из него не требует закалки.

Нож из клапана самодельный.

Основные характеристики стали х40

Самое интересное, что сталь для клапанов разной техники изготавливают из разных сплавов. У автомобилей одна, у тепловозов другая, для самолетов, вообще, наверняка засекречена, даже у кораблей, будет своего, специального для нагрузок сплава. И еще интереснее то, что взяв технику одного характера, клапана также могут быть разного состава, к примеру «Камаз» и «Жигули».

Марок стали как минимум с десяток, например: ЭП 303 55Х20Г9АН4, 45Х14Н14В2М ГОСТ 5632-72, 40Х9С2 ГОСТ 5632-72, 45Х22Н4М3 ГОСТ 5632-72 и т.д. А учитывая ТУ заказчика, вообще, и сотня. Но так в народе повелось, что самой популярной является сталь 40-я. Вот о ней и поговорим.

Как пишут сами сталевары и прокатчики, что сталь эта – конструкционная легированная. Применяется в промышленности для изделий повышенной прочности и склонна к отпускной хрупкости. Изделия из нее обладают следующими характеристиками:

  • не поддается ржавлению, благодаря высокому содержанию хрома;
  • повышенная твердость достигается за счет большого содержания углерода;
  • материал можно легко достать, даже в автомобильной мастерской.

Не согласиться тут трудно, действительно характеристики стали довольно высоки. Но даже если не удастся достать именно эту сталь. Металлурги утверждают, что заменить ее можно такими марками: 45Х, 38ХА, 40ХН, 40ХС, 40ХФ, 40ХР. И это обозначение только отечественного производства, а зарубежных аналогов много.

Преимущества клинков из клапанной стали х40

Сделав нож из такого клапана своими руками, он будет служить десятилетиями, но обязательно изготовить нужно, соблюдая все технологические процессы. Тогда реально, 20 лет как минимум гарантированного удовольствия, ведь таким изделием будет приятно выполнять любую работу.

Сталь х40.

Еще есть несколько преимуществ:

  • заточке поддается довольно легко и держит ее долго;
  • даже после использования с твердыми материалами, зазубрин на лезвии не будет;
  • отличные режущие свойства;
  • твердость клинка получится около 57-58 единиц по шкале Роквелла;
  • не надо постоянно шлифовать, блеск будет постоянным;
  • прост в уходе.

По некоторым данным, любители изготовления ножей своими руками, пишут получаемую твердость в 62-64 HRC. И как пример приводят такой интересный факт, якобы таким изделием можно перерубить болт на 12 и лезвию ничего не будет. Но поверить словам бывает сложно, пока сам не попробуешь.

Процесс изготовления ножа из клапана своими руками

А для того, чтобы попробовать, для начала следует изготовить нож из клапана. О чем пойдет дальше речь. А уже изготовив по всем правилам, собственный клинок, можно будет испытать его на чем угодно.

Самодельный нож из клапанной стали.

Единственное, о чем говорят бывалые сталевары, нож будет иметь некую хрупкость, хотя сложно себе представить что надо сделать с ножом, чтобы он сломался.

Первичная обработка

Для обработки клапана, для начала следует срезать его головку, затем приварить пруток, для нагревания в печи. В технических характеристиках стали 40х, сказано, что для начальной ковки требуется разогреть деталь до 1250 °C, а заканчивать при 800 °C. Для такого разогрева обязательно потребуется горн или муфельная печь.

Достигнув данной температуры, заготовка вынимается и начинается процесс ковки. Ковать требуется большим молотом не 6 кг. Возможно, на начальном этапе потребуется помощь, друга или соседа. Затем молотом поменьше продолжаем выковывать в длину. Не забывая при этом нагревать деталь. Когда, на ваш взгляд, заготовка получила нужные формы, оставляем ее остывать.

Спуски и закалка клинка

На этом этапе отрезаем болгаркой или другим инструментом пруток. Делаем на заготовке разметку, и на шлифовальном станке обрабатываем заготовку. Круг для станка используйте крупной зернистости, это черновая обработка. Не забываем про хвостовик. Когда деталь начинает принимать очертания клинка, сменяем круг на более мелкое зерно и начинаем делать спуски.

Это очень тонкая работа, если мало опыта, лучше опять же нанести симметричную разметку на заготовку, дабы не допустить ошибок, которые чреваты нехорошими последствиями. Изделие можно загубить. Спуски тонкими делать нельзя, иначе после закалки клинок может «повести» и он треснет.

Закалка и спуск клинка для ножа.

Теперь опять придется вернуться к горну или печи. Процесс закалки делается на воздухе, без применения каких-либо жидкостей. Требуется равномерно разогреть заготовку до ярко-красного цвета, что будет соответствовать приблизительно 900-1050 °C. А затем просто вынуть ее и подержать на воздухе, до остывания.

Сборка рукоятки

Перед сборкой рукояти обязательно зачистите клинок от нагара после закалки. И выведите режущую кромку. Если хвостовик короткий, не беда, допустимо ее нарастить прутком. Лезвие лучше обернуть малярным скотчем, чтобы не порезаться и удобнее будет работать.

Как вариант сделать сборную рукоять, из различных компонентов, здесь ограничение только в вашей фантазии. Используйте: текстолит, оргстекло, бересту, дерево различных пород и т.д. Как больстер сгодится и металлическая деталь. При наборе не забываем, все проклеивать. А затем на шлиф машинке придаем рукояти форму.

Если ваша задумка была изготовить ручку из двух планок, то при ковке, нужно сразу же выковывать плоский хвостовик. Также материал выбирайте на свой вкус, затем насверливаем отверстия в хвостовике, крепим больстер. Вытачиваем из заготовок симметричные половинки, просверливаем их в соответствии с хвостовиком. И закрепляем клепками.

Деревянная рукоять ножа.

Во всех случаях, после закрепления материала на рукояти и обработав ее. Следует провести обработку, если имеется дерево, обязательно пропитываем воском или другими влагостойкими специальными средствами.

Коротко обо всем

Надеемся, что материал будет полезен как и начинающим мастерам, так и опытным. Но следует заметить, что работа с таким материалом как клапанная сталь довольно сложная работа и необходимо «набить руку» на нем. При ковке он будет уходить в сторону, но бояться этого не нужно, продолжать работу и он вернется на место.

Опытные мастера рекомендуют, для начала научиться работать с другими металлами, и только потом браться за сталь из клапана. При изготовлении спусков и режущей кромки,соблюдайте аккуратность. А при закалке, не перегрейте клинок, и все у вас получится.

Предыдущая ИзготовлениеНож из полотна механической пилы

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *