Памятка сборщика: ключевые шаги для успешной сборки двухтактного двигателя
- Разработайте подробные чертежи и 3D-модели всех деталей.
- Подготовьте литейную оснастку для изготовления корпуса и цилиндра.
- Выполните отливку цилиндра и проведите его механическую обработку.
- Приобретите качественные материалы: алюминий, сталь, поршневые кольца, подшипники.
- Изготовьте корпус двигателя, обеспечив точность всех посадочных мест.
- Соберите поршневую группу с правильным тепловым зазором.
- Смонтируйте систему смазки: магистрали, насос (если требуется) и форсунки.
- Организуйте систему охлаждения: водяную рубашку или воздушное охлаждение.
- Настройте систему зажигания: выставьте угол опережения и проверьте искру.
- Отрегулируйте карбюратор или систему впрыска топлива для оптимальной смеси.
- Проведите холодную обкатку двигателя без нагрузки.
- Выполните горячее тестирование с постепенным увеличением оборотов.
- Проверьте герметичность всех соединений и отсутствие утечек масла.
- Задокументируйте все параметры для последующего обслуживания.
Свой 2-тактный мотор: песочница, куличики и 10кг расплавленного металла
В прошлой части был показан процесс разработки модели цилиндра. В этой речь пойдет о его материализации. На момент начала этой работы у меня имелся опыт литья нескольких сотен мелких деталей из алюминия и мучительной отливки прошлой версии цилиндра, которая так и не была закончена. Ее удалось отлить лишь с пятого или шестого раза, уже и не помню… А ведь на каждый комплект одноразовых форм приходилось тратить около месяца работы. Проблема была в захвате воздуха литниковой системой — при заливке металл захватывал воздух, который образовывал пустоты в теле. Какие только литниковые системы я не пробовал, какие только советские литейные талмуды не читал все было без толку. И так бы продолжалось и далее пока я не решил испробовать радикальное решение проблемы — наклонный под 30-45° к вертикали литник большого сечения. С ним отливка сразу получилась как нужно.
Осенью 17-го года товарищ позвал меня с ним участвовать в конкурсе «умник», поскольку сам он уже участвовал, а второй раз нельзя. По сему гранту выдают де-юре 0,5Мруб на два года без какой-либо отчетности о растратах, хотя де-факто на руках оказывается 4/5 от общей суммы. Так уж повелось, что на эти деньги принято покупать самобеглую повозку. Я же хотел иначе и согласился с условием потратить деньги на развитие мастерской и, по-крайней мере, купить фрезерный станок. Как я понял, это в планы моего коллеги не входило и в дальнейшем разговор не поднимался. Позже я узнал, что был найден другой прокси. Данный факт задел мое самолюбие, и я решил, что у меня будет свой грант со станками и оснасткою. Оставалось найти проект, в котором будет что-то протаскиваемое в тематику, и тут как нельзя лучше подвернулся тянувшийся на тот момент около пяти лет CR620/724. На тот момент у меня были готовые модели цилиндра 724см³ и сопутствующей мелочевки и кроме того возможность реализовать это своими силами — 3D-печать, технология литья, рабочая литниковая система для таких сложных отливок и токарный станок. Я решил, что грант пойдет на косвенные траты по проекту, а делаться будет, в основном, за свой счет. В случае победы я получал жесткие сроки, с коими у меня проблема. Заявка прошла. Необходимость показать какие-то железяки на финальном этапе отбора проектов вынудила меня ускориться.
Экспозиция дана и теперь настало время перейти непосредственно к технической части.
Процесс изготовления литейной оснастки
Методы литья бывают как с многоразовой модельной оснасткой, так и с одноразовой. Модельная оснастка нужна для получения литейных формы. Заливка металла производится в литейные формы, которые тоже бывают многоразовые (металлические, в основном при использование литья под давлением). Литейная форма состоит из внешней формы и внутреннего стержня, задача которого — сформировать полости в отливке. В данном проекте было использовано литье в землю, то есть в одноразовые литейные формы, состоящие из смеси минералов.
Для применения многоразовой модельной оснастки необходимо в процессе проектирования отливки учитывать проблему извлечения элементов литейных форм из модельной оснастки (многоразовая модельная оснастка аналогичного цилиндра, стержень(крайний справа) и отливка(по центру) показана на главной картинке статьи). Часто, например, картер мотоциклетного двигателя и его крышки, для получения литейных форм достаточно четырех деталей модельной оснастки (две полуформы наружной поверхности и две для стержня). Однако, для цилиндра двухтактного двигателя, из-за сложной геометрии внутренних полостей, нужен набор из примерно двух десятков деталей модельной оснастки. А поскольку в рамках данной работы не ставится цель получить много одинаковых отливок, то было принято решение использовать одноразовую модельную оснастку.
На предыдущем этапе была получена модель цилиндра как готовой детали. Отливка представляет собой готовую деталь с литниковой системой и припуском под обработку. Вверху отливки были выполнены прибыли для питания отливки расплавом при кристаллизации, это позволяет сместить области усадки из отливки в литниковую систему, а так же обеспечить отвод вытесняемого воздуха.
Для получения отливки было использовано литье по выплавляемым моделям. В этом случае модельная оснастка представляет собой модель отливки из легкоплавкого материала (литейного воска или подходящего пластика). В данном проекте был использован пластик PLA (полилактид), поскольку он, в отличие от многих других, имеет явную температуру плавления, после которой его вязкость резко уменьшается, что позволяет ему легко вытечь из литейной формы, в отличии от ABS, который имеет недостаточно низкую вязкость до, по крайней мере, 300°С. При прокаливании остатки пластика сгорают с образованием незначительного количества твердых отходов, которые, в отличии от ABS пластика, не сцеплены со стенками литейной формы и легко выдуваются сжатым воздухом. При нагреве ABS до 700-800°С без хорошего доступа кислорода образуются твердые тела, сцепленные с формой, которые потом портят отливку.
Для литья по этой технологии важным является газопроницаемость литейной формы, ибо в ней все равно остаются вещества, переходящие в газовую фазу при нагреве до температуры расплава. В случае плохой газопроницаемости материала литейной формы в отливке образуются газовые пузыри, что является одной из наиболее частых причин брака в литейном деле.
Пластиковая модель отливки цилиндра была изготовлена путем трехмерной печати. Однако, размер области печати принтера меньше габаритов отливки, из-за чего пришлось разбить ее на составные элементы. Изготовление всех остальных деталей было выполнено с помощью этого же процесса.
Изготовление модели цилиндра двигателя и его литейных форм
Модель была напечатана слоем 250мкм из PLA пластика и состояла из двадцати частей. Все части модели отливки печатались с 10% заполнением. Компоненты модели были собраны на центрирующих штифтах и склеены, а стыки между ними заделаны литейным воском. Без заделки стыков на отливке будут повторены щели между ними, которые тяжело вычищаются от остатков формовочной смеси и являются концентраторами напряжения. В модели были выполнены технологические отверстия в рубашку охлаждения. Эти отверстия создают дополнительные опоры для непрочного, в силу своей геометрии, стержня рубашки охлаждения. Иначе во время заливки он может расколоться от неравномерного нагрева и его осколки будут увлечены течением расплава, что уже приводило к браку похожих отливок. Любое повреждение литейных форм при заливке порождает свободные частицы, которые всегда портят отливку. Поэтому лучше сделать технологические отверстия в удобных местах, чем потом придумывать как заварить дефект где-то внутри.
Материалом для литейных формы служил просеянный песок фракции 0,63мм в смеси с натриевым жидким стеклом в пропорции 4/1. Формовочную смесь необходимо тщательно утрамбовать и уделить особое внимание каналам в отливке. Перед захоронением модели с заполненными каналами в формовочную смесь желательно снять небольшой слой смеси с выходов каналов — она успевает начать твердеть на воздухе и после литейная модель может расколоться по этим поверхностям, чего бы не хотелось. После завершения формовки для затвердения смеси ее необходимо через проколы продуть углекислым газом. CO₂ разрывает связь между оксидом натрия и оксидом кремния в жидком стекле и SiO₂ сцепляет песчинки между собой. При продувке слышен характерный хруст, который свидетельствует о том, что процесс отвердения идет. На каждый прокол требуется порядка 1/2 минуты подачи углекислого газа. Особенно важно хорошо продуть стержень.
Для изготовления литейных форм модель отливки была установлена в опоки и свободное пространство в опоке и внутри модели было заполнено смесью песка с натриевым жидким стеклом. Из этой же смеси были изготовлены литник и плита, увеличивающая высоту прибылей. Все компоненты литейной формы были собраны вместе и обложены с зазором кирпичом.
На следующем шаге пластик из литейной формы был выплавлен, а она прокалена и продута сжатым воздухом для удаления осыпавшегося песка с золой. После предыдущих операций литейная форма была оставлена в печи, поскольку лишние циклы нагрева могут повлечь ее растрескивание, что может повлечь отделение части стержня, последствия чего описаны выше.
Выполнение отливки цилиндра двигателя и ее механическая обработка
Для заливки был использован силумин марки АК9ч, поскольку он обладает хорошей прочностью и жидкотекучестью, низкой литейной усадкой и является классическим выбором для изготовления цилиндров и блоков двигателей с чугунными гильзами. Слитки были разделены на небольшие, влезающие в тигель фрагменты, и расплавлены в плавильной печи(печь самодельная, могу осветить конструкцию). Когда расплав прогрелся до температуры на 20°С ниже температуры заливки, из печи была извлечена нагретая до 300°С литейная форма, которая оставалась нагретой с прокалки, и установлена в подготовленную кирпичную опалубку. Пространство между формой и опалубкой было засыпано песком для предотвращения вытекания расплава из возможных трещин, а стыки компонентов формы были заделаны формовочной смесью. Заливка была выполнена при температуре расплава в 740°С. Больно ответственный момент для мыслей о картинках и отвлекаться на другого человека с фотоаппаратом тоже не хочется Когда отливка остыла, форма была разбита, стержень выбит, а остатки формовочной смеси, находящиеся в труднодоступных местах, были вымыты мойкой высокого давления. Литниковая система была отрезана, технологические отверстия в отливке были заварены, а сама отливка прошла искусственное старение без предварительной закалки согласно ГОСТ 1583-93. Фотографий заливки увы нет.
Должен заметить, что проблема извлечения стержней существенна. При сложной геометрии и прочной смеси она может быть неразрешимой. При проектирование отливки стоит заранее думать как и чем подлезть внутрь. Для извлечения стержня я использовал так же и технологические отверстия отливки, которые его укрепляли. Без них, скорей всего, стержень извлечь не удалось бы. Основной объем материала был извлечен шуруповертом с буром от перфоратора. Бур обладает твердосплавной напайкой и поэтому не тупится о песок. Там, куда буром не подлезть, можно использовать толстую стальную проволоку или распушенный стальной трос, вращаемый шуроповертом. После того, как каналы стали сквозными остатки формовочной смеси хорошо поддаются мойке высокого давления. Тем не менее даже после всех манипуляций в рубашке охлаждения остались кусочки формовочной смеси на стенках и в процессе обработки они нет-нет, да вываливались.
Проект длиной в 8 лет — знал бы, ни за что не ввязался: свой 2-тактный мотор
Когда-то давно я понял, что мне мотора Иж Планета не хватает и я решил радикально модифицировать его — сделать собственный цилиндр. По ходу сменился даже мотор. За его время я успел закончить школу, поступить в один вуз, вылететь и каким-то чудом перевестись в другой и отучиться там еще 5 лет и все равно я закончил и его уже два года назад. Знал бы я, что так оно растянется, наверное, не ввязался бы. Поскольку мы воспринимаем время относительно прожитого в сознательном возрасте, то для меня оно растянулось на половину прожитого времени.
Прошло уже 6 лет с момента выхода первой и последней заметки по этому проекту(Свой 2-тактный мотор. CR620 рекомендуется к ознакомлению). Тогда я остановился из-за проблем с аутсорсом в металлообработке. Кто не может, кто не хочет, кто делает бесконечно долго, кто и детали назад возвращать не хочет. А город в котором я живу имеет славную промышленную историю и был центром Петровской индустрии 18-века, но от славного прошлого ныне остался один корень в названии города и несколько действующих предприятий, на которых занято порядка единиц процентов населения. А сейчас не 90-е и даже не 00-е, когда можно было договорится с человеком с завода чтобы он что-то такое эдакое для тебя сделал. Теперь у них есть работа и КПП на входе, как я потом узнал — номинальное. Вся эта история с передачей деталей где они лежат, а не делаются, поиск новых мест и тому подобное блуждание длилась несколько лет. Оказалось, что отлить сложную алюминиевую отливку у сарая на родительской даче я смог, а обработать, что не выглядело проблемой изначально — нет.
В это же время я познакомился с мастером из университетской мастерской, который сначала под присмотром, а потом и самостоятельно позволял мне работать на станках. Жаль только то, что станки были чуть больше настольного и моя отливка не имела шанса влезть в них. Однако, я делал на них маленькие детали на продажу и заработал на токарный станок уже промышленного уровня, пусть и выпущенный на заводе сомнительной репутации в АрССР.
Из помещений, где я мог что-то делать, был кусок в 3х3м сарая на родительской даче и гараж-ракушка. В одном нет места в другом света. Я решил, что с электричеством проблема проще и перевез станок в гараж. Там я его отмыл, перебрал и изучил. Казалось бы, электричество есть в кооперативе напротив через кусты и грунтовку, в 10м. Связался с председателем и предложил ему платить все взносы за право покупать у его кооператива электричество. Он категорически был против. Фейл. Соседей пенсионеров мне тоже убедить не удалось. Фейл. Появилась идея снять с товарищами гараж для хранения и ремонта мототехники. Звонили по объявлениям, ездили смотреть и каждый раз общение с собственником помещения заканчивалось после вопроса о установке станка. Фейл. Проект как обычно отложен на следующий год.
К концу лета следующего года я, видимо, настолько утомил родителей терриконами отходов литейного производства на даче (на мой взгляд хорошо разбавляли сельский пейзаж и избавляли от стрижки травы в пределах пары метров от них), что они решили купить мне гараж у дома и с электричеством, аж с тремя фазами по стенке. Там наконец токарный станок ожил, а я смог начать обрабатывать отливку цилиндра после 2,5 лет выдержки.
Когда я наконец обработал отливку, то столкнулся с очередной проблемой: я договорился с человеком, который делает сверхтвердые гальванические покрытия на цилиндрах ДВС и проектировал цилиндр именно под покрытие, а пока время шло, человек уже перестал этим заниматься или просто не стал браться, а другие либо делали дорого, либо как-то очень подозрительно путались в ответах. К тому же, колодцы золотников были выполнены вертикальными, при проектировании я не мог думать как технолог, ибо не имел своей производственной базы. Такие я не мог обработать сам и отдал на сторону, где цилиндр повис на полгода. Так проект встал, хотел закончить к лету, никогда такого не было и вот опять. Нужно было делать чугунную гильзу, да только к тому времени накопилось столько новых идей, что проект 4-годичной давности устарел и тащить его не было никакого желания. Так эта ветвь и остановилась навечно.
Зимой был подготовлена новая версия цилиндра. Именно с этого момента можно отсчитывать хронологию проекта. Отличительной особенностью ее является обилие «механизации» — два клапана в каналах выпуска и золотники в каналах продувки. Начнем, пожалуй, с небольшой теории о мощностных клапанах в двухтактных двигателях внутреннего сгорания.
Разработка моделей
Таблица №1
| Ход поршня, мм | Длина шатуна, мм | Высота выпускного окна, мм | Высота продувочного окна, мм | Фаза выпуска, град. | Фаза продувки, град. | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Honda CR500 | 79 | 144 | 34 | 15.5 | 180.1 | 119.5 |
| Yamaha YZ490 | 82 | 137 | 37.8 | 16.8 | 188.5 | 123.7 |
| Cezet type 514 | 72 | 130 | 32 | 17 | 183.4 | 131.5 |
| Kawasaki KX500 | 86 | 145 | 36.5/40 | 17 | 180.1/189.3 | 121.3 |
| Проект CR724 | 79 | 144 | 26/36 | 17 | 156/185.8 | 125.3 |
Примечание: Если в ячейке указаны два параметра высоты выпускного окна или фазы выпуска, то первая относится к состоянию с полностью закрытым МК, а вторая с открытым.
После замеров сопрягаемых с цилиндром элементов базового двигателя было выполнено создание трехмерной твердотельной модели газораспределительных каналов и сопряженных с ними полостей. Все чертежи были выполнены с использованием пакета программ SolidWorks.
Начало именно с твердотельной модели каналов позволяет минимизировать число толстых мест отливки и уменьшить ее массу. На следующем шаге вокруг модели каналов была построена оболочка с толщиной стенок 4-6 мм и нижним крепежным фланцем.
Рубашка охлаждения была получена построением вокруг оболочки каналов второй оболочки, такой чтобы между обоими оболочками в горячих местах (верхняя часть цилиндра и каналы выпуска) оставалось расстояние в 6-10 мм. Толщина стенки оболочки каналов охлаждения около 4 мм. Вход в рубашку охлаждения находится внизу цилиндра под каналом выпуска и выше верхней кромки продувочных каналов рубашка охватывает весь периметр цилиндра. Также на этом этапе были построены плоскости крышек системы газораспределения и фланцы впуска и выпуска.
Модель цилиндра получена при вычитании из полученной на предыдущем этапе модели каналов, таким образом модель каналов формирует полости. Далее была выполнена разметка крепежных отверстий, посадок подшипников и гильзы. На этом построение модели цилиндра закончено.
Построение гильзы и золотников было выполнено так же с помощью вычитания модели каналов из соответствующих твердотельных «заготовок».
Получилось и так много текста, поэтому за сим завершаю эту часть. Следующая будет повествовать о изготовлении литейной оснастки и выполнении отливки цилиндра.
Выбор и приобретение материалов
Для создания своего домашнего двухтактного двигателя вам понадобятся различные материалы и компоненты. При выборе и приобретении материалов следует учитывать качество и надежность, так как от этого зависит работоспособность и долговечность вашего двигателя.
- Металлические детали: вам понадобятся различные металлические детали для изготовления корпуса, поршня, коленчатого вала и других элементов двигателя.
- Топливный бак: обеспечьте себя надежным топливным баком, который будет обеспечивать нормальную работу двигателя.
- Электронные компоненты: для автоматизации работы двигателя вам понадобятся электронные компоненты, такие как датчики, реле и прочее.
- Инструменты: не забудьте о правильных инструментах для сборки и настройки двигателя.
Перед приобретением материалов рекомендуется спланировать весь процесс изготовления двигателя, чтобы точно знать, какие именно компоненты вам понадобятся. Также учтите особенности работы двигателя и выберите материалы, соответствующие его техническим требованиям.
Изготовление корпуса двигателя
Для создания корпуса двигателя необходимо следовать определенной последовательности шагов. Начнем с выбора материала, из которого будет изготовлен корпус. Рекомендуется использовать алюминиевый лист определенной толщины для обеспечения прочности и долговечности.
После выбора материала необходимо нарисовать чертеж корпуса, учитывая все необходимые отверстия под детали двигателя. Затем следует вырезать форму корпуса при помощи лазерного резака или другого подходящего инструмента.
Далее проведите необходимую обработку краев для идеальной посадки деталей в корпус. Используйте токарные и фрезерные станки, чтобы обеспечить точность и герметичность сборки.
После завершения этих шагов корпус готов к сборке. Убедитесь, что все отверстия и крепления соответствуют спецификациям двигателя, и приступайте к установке внутренних компонентов.
Сборка поршня и цилиндра
Сначала необходимо установить поршень в цилиндр, обеспечивая правильное положение поршня относительно коленчатого вала. Убедитесь, что поршень свободно перемещается в цилиндре без заеданий.
Затем установите поршневые кольца на поршень, обеспечивая правильное положение каждого кольца. Убедитесь, что поршневые кольца находятся в расточенных канавках поршня и плотно прилегают к цилиндру.
После установки поршневых колец, осторожно установите поршень с кольцами в цилиндр и проверьте, что поршень свободно перемещается без заеданий. Затем продолжайте сборку двигателя, следуя инструкциям из руководства.
Создание системы смазки и охлаждения
Для создания системы смазки и охлаждения в домашнем двигателе необходимо установить масляный насос, радиатор охлаждения, термостат, масляный фильтр и трубопроводы. Перед началом установки следует изучить инструкцию к двигателю и схему системы.
При установке масляного насоса необходимо обеспечить правильное подключение к двигателю и картеру. Радиатор охлаждения следует установить на оптимальном расстоянии от двигательного блока для эффективного охлаждения.
Не забудьте установить масляный фильтр для очистки масла от загрязнений и примесей. Также убедитесь, что термостат обеспечивает правильную температуру охлаждения двигателя.
После установки системы смазки и охлаждения необходимо провести тщательную проверку на утечки и правильную работу всех компонентов. При обнаружении проблем следует немедленно исправить их для безопасной и эффективной работы двигателя.
Настройка зажигания и впрыска топлива
Для настройки зажигания необходимо использовать специальное оборудование — тестер зажигания. Процесс настройки заключается в определении момента зажигания, когда искра должна проскакивать. Этот параметр зависит от типа топлива, качества смеси и других факторов, поэтому необходима точная настройка.
Впрыск топлива также играет важную роль в работе двигателя. Необходимо определить оптимальное соотношение воздуха и топлива для обеспечения правильного сгорания и максимальной мощности. Для этого можно использовать специальные датчики и программы настройки.
После настройки зажигания и впрыска топлива необходимо провести тестовый запуск двигателя и проанализировать его работу. При необходимости поправить параметры и повторить настройку до достижения оптимальных результатов.
Тестирование и настройка двигателя
После того как вы успешно собрали свой домашний двухтактный двигатель, настало время провести тестирование и настройку перед тем как приступить к его использованию. Вот несколько основных шагов, которые помогут вам проверить работоспособность и улучшить производительность двигателя:
- Заправьте топливо и масло в соответствии с инструкциями производителя.
- Проверьте систему зажигания на наличие искры.
- Проверьте компрессию в цилиндрах с помощью манометра.
- Произведите настройку карбюратора для оптимальной работы двигателя.
- Проверьте систему охлаждения на предмет утечек и пополните охладитель при необходимости.
- Проверьте уровень смазки в системе смазки двигателя.
Проведение тщательного тестирования и настройки двигателя перед использованием поможет вам убедиться в его надежности и эффективности. Следуйте инструкциям и соблюдайте меры предосторожности, чтобы избежать неприятных сюрпризов при эксплуатации двигателя.
Часто задаваемые вопросы о сборке двухтактного двигателя
Вопрос: Какие основные этапы сборки двухтактного двигателя?
Ответ: Основные этапы включают: изготовление корпуса, сборку поршня и цилиндра, создание систем смазки и охлаждения, настройку зажигания и впрыска, а также финальное тестирование.
Вопрос: Сложно ли изготовить цилиндр для двухтактного двигателя самостоятельно?
Ответ: Да, это требует навыков литейного дела, изготовления оснастки и механической обработки, но при должном подходе выполнимо.
Вопрос: Какие материалы нужны для сборки двухтактного мотора?
Ответ: Обычно требуются алюминиевые сплавы для корпуса, сталь для поршня, специальные сплавы для цилиндра, а также компоненты для систем смазки и охлаждения.
Вопрос: Нужно ли разрабатывать чертежи перед сборкой?
Ответ: Да, разработка моделей и чертежей — критически важный этап, который определяет успех всего проекта.
Вопрос: Как правильно настроить зажигание на двухтактном двигателе?
Ответ: Настройка зажигания требует точного выставления угла опережения, обычно с использованием стробоскопа и по меткам на маховике.
Вопрос: Какая система смазки используется в двухтактных двигателях?
Ответ: Чаще всего используется смесь масла с топливом (пропорция 1:50 или по рекомендации производителя), либо раздельная система с масляным насосом.
Вопрос: Сколько времени занимает полная сборка двигателя?
Ответ: В зависимости от сложности и опыта, процесс может занять от нескольких недель до нескольких лет, как в примере с проектом длиной в 8 лет.
Вопрос: Какие ошибки чаще всего допускают при сборке двухтактного двигателя?
Ответ: Основные ошибки: неправильный зазор поршня в цилиндре, некачественная герметизация картера, неверная настройка карбюратора и зажигания.
Вопрос: Обязательно ли делать отливку цилиндра самому?
Ответ: Нет, можно приобрести готовый цилиндр, но самостоятельное изготовление дает уникальный опыт и возможность точной подгонки под проект.
Вопрос: Как тестировать собранный двухтактный двигатель?
Ответ: Тестирование начинается с холодной прокрутки, проверки компрессии, затем запуск на холостом ходу и постепенная нагрузка с контролем температуры и вибраций.
