• Гідрологія і Гідрометрія
• Господарське право
• Економіка будівництва
• Економіка природокористування
• Економічна теорія
• Земельне право
• Історія України
• Кримінально виконавче право
• Медична радіологія
• Методи аналізу
• Міжнародне приватне право
• Міжнародний маркетинг
• Основи екології
• Предмет Політологія
• Соціальне страхування
• Технічні засоби організації дорожнього руху
• Товарознавство продовольчих товарів

Технологічні процеси виготовлення валів

Вали - найбільш поширені деталі виробів, які забезпечують постійне положення геометричної осі обертання, посаджених на них деталей типу шківів,

Рис. 2.2.1. Конструкції валів і їх перерізи

зубчаток, дисків тощо. Вали за формою геометричної осі можуть бути прямолінійними або колінчастими. Прямолінійні вали за конструкцією бувають циліндричними (рис. 2.2.1) постійного діаметра (а), східчастими (6) і з нарізаними на них зубчатими вінцями або шліцами (в). За видом поперечного перерізу вали можуть бути суцільними (г), порожнистими (д), а за обрисом перерізу - гладкими циліндричними (е), зі шпонковим пазом (е), шліцьовими (ж) або прямокутними (з) чи іншої форми.

У технологічному плані вали діляться за розмірами, конфігурацією та точністю. Вали зі співвідношенням довжини до діаметра менше 10...12 вважаються жорсткими, а більше - нежорсткими. Поділ валів за конфігурацією наведений вище. За точністю вали поділяються на чотири групи:

1) особливо точні, робочі шийки яких виготовлені з точністю 4,5-го квалітету, решта поверхонь з допусками 6, 7-го квалітету;

2) точні, основні робочі поверхні яких виготовлені за 6 квалітетом точності, а решта за 8 квалітетом;

3) нормальної точності, поверхні яких виготовлені з точністю 8, 9-го квалітету;

4) пониженої точності, поверхні основних розмірів яких виготовлені зточністю 10...14-го квалітету.

Вимоги до якості валів, особливо до точності та стану робочих поверхонь встановлюються залежно від службового призначення, тобто експлуатаційних властивостей. До функціонального призначення валів висуваються такі вимоги:

1) відхилення від співвісності та прямолінійності всіх ділянок вала має бути в межах встановленого допуску на викривлення осі 0,03...0,06 мм;

2) радіальне биття посадочних шийок відносно базуючих шийок допускається в межах 0,01...0,03 мм;

3) осьове биття упорних торців або уступів не більше 0,01 мм на найбільшому радіусі;

4) відхилення від паралельності шпонкових канавок або шліців і осі не повинно бути більшим 0,01 мм на 100 мм довжини;

5) допуск на довжину сходинок - 0,05...0,2 мм;

6) овальність і конусність оброблюваних шийок повинні перебувати в межах 0,2...0,4 допуску на діаметр шийок;

7) поверхні посадочних шийок під зубчаті колеса мають бути оброблені з параметром шорсткості Rа =0,5...2 мкм, підшипники кочення - Rа = 0,63...20 мкм, 8m=0,04-0,06, і₅₀ = 45...50%, під підшипники ковзання - Rа = 0,2...0,5 мкм, 8m=0,03...0,05, і₅₀ =45...70%, торцеві поверхні мають бути оброблені з отриманням діаметра Ra = 3,2...10мкм;

8) центрувальні отвори, як правило, мають бути збереженими в готових деталях;

9) трішини, раковини та інші дефекти в матеріалі заготовки не допускаються;

10)зварювання валів не допускається;

11)особливо відповідальні вали повинні підлягати контролю на твердість;

12)оброблені поверхні валів перед зберіганням мають бути законсервованими.

Вибір заготовок для валів зумовлюється матеріалом деталі, призначенням і технічними вимогами стосовно виготовлення, серійністю випуску, формою поверхонь і розмірами вала при забезпеченні потрібної якості з мінімальною технологічною собівартістю. За достатньо великого випуску валів, особливо складної конфігурації зі сходинками, заготовки доцільно отримувати методом пластичного деформування, близькими за формою та розмірами вала з високим коефіцієнтом використання металу, а також скороченням подальшої механічної обробки. У випадку можливої обробки валів на верстатах з ЧПК чи автоматичних лініях велике значення має точність заготовки. У цих випадках припуски і допуски заготовок повинні бути на 10...30% меншими, ніж під час обробки на універсальних верстатах. Наприклад, заготовки, одержані методом радіального обтиснення, мають менші припуски та високу точність. Часто заготовки отримують з прокату з подальшою розрізкою. Використовується багато інших методів, які вже були розглянуті.

Заготовки піддаються правці і термічній обробці для покращення оброблюваності та зняття залишкових напружень.

Вибір баз для обробки у валів досить простий: за технологічні бази приймають поверхні центрових отворів і торців, що повністю забезпечує обробку всіх зовнішніх поверхонь на єдиних допоміжних базах з установкою в центрах. В одиничному та малосерійному виробництвах обробка торців і центрових отворів виконується на токарних верстатах, в серійному - на фрезерно-центрувальних верстатах і напівавтоматах з установкою вала по зовнішньому діаметру в призми і в осьовому - по упору (рис. 2.2.2). У випадку використання фрезерних і свердлильних операцій як бази використовують основні технологічні бази - посадочні отвори під підшипники або зубчаті колеса.

Обов'язкова зміна баз на викінчувальних операціях при вимогах високої точності взаємного розташування робочих поверхонь вала, коли її не забезпечують допоміжні технологічні бази.

Рис. 2.2.2. Налагодження фрезерно-центрувального напівавтомата для зацентрування вала (а) та деякі форми центрових отворів (б)

Класифікація методів обробки валів показана на рис. 2.2.3, де також вказані граничні значення точності та шорсткість залежно від виду та способу обробки циліндричних поверхонь заготовок з конструкційних і легованих сталей. Для валів з чавуну чи кольорових сплавів допуски на розмір приймаються на один квалітет точніше.

Вибір методів обробки валів здійснюється на підставі технічних вимог до їх якості, а в першу чергу - стану робочих поверхонь, їх розмірів і шорсткості з урахуванням властивостей оброблюваного матеріалу, типу вихідної заготовки та умов виробництва. При попередньому виборі методів обробки використовуються дані довідникових таблиць стосовно окремих показників якості. Оскільки вибрані показники якості, такі як точність і шорсткість поверхонь, досягаються різними методами, то при їх попередньому виборі, після встановлення конкурентоспроможних, проводиться їх порівняння за продуктивністю та технологічною собівартістю. Вибираючи метод обробки, намагаються, щоб кількість переходів по обробці кожної поверхні була мінімальною, бажано, щоб одним і тим же способом оброблювалось більше число поверхонь, щоб було менше операцій, була вища їх концентрація, досягалися кращий цикл обробки і висока продуктивність.

Рис. 2.2.3. Класифікація основних видів обробки зовнішніх поверхонь

Вибраний метод викінчувальної обробки робочих поверхонь вала вимагає використання ряду проміжних операцій, які й забезпечать поступове наближення точності та шорсткості поверхні до початкових даних цього методу. Наприклад, якщо необхідно обробити поверхню вала з точністю 5-го квалітету та шорсткістю Ra=0,08 мкм, то її можна одержати доводкою. Оскільки на доводку залишається припуск 0,01...0,02 мм на діаметр, то попередня технологічна операція має забезпечити допуск 0,003...0,005 мм при шорсткості Rа = 0,03 мкм. Як відомо, операційний допуск має бути в 2...4 рази менший припуску на наступну операцію. Методом обробки, що забезпечить досягнення потрібної точності, буде чистове шліфування, при якому знімається припуск порядку 0,05 мм на сторону. Далі встановлюється необхідність проведення попереднього чорнового шліфування, чистового та чорнового точіння. Вважається економічно доцільним підвищення точності оброблюваної поверхні від переходу до переходу на 1...2 квалітети і зменшення шорсткості в 2...6 разів.

Точіння є найбільш поширеною обробкою валів і залежно від програми випуску обробка проводиться на різних верстатах, починаючи від токарних звичайного типу, верстатів з ЧПК, копіювальних до багатошпиндельних напівавтоматів та автоматів, багаторізцевих автоматів, гідро-копіювальних напівавтоматів і обробних центрів. На рис. 2.2.4 наведена схема наладки при обробці східчастого вала на вертикальному багатошпиндельному напівавтоматі неперервної дії. Обробка забезпечує 14 квалітет точності, а на напівавтоматах послідовної дії - 13 квалітет. Обробка валів на токарних багаторізцевих верстатах і копіювальних напівавтоматах забезпечує ту ж точність і шорсткість (рис. 2.2.5), але для досягнення 11, 12-го квалітету застосовують широкі фасонні різці з передбаченням послідовної роботи інструментів.

Рис. 2.2.4. Схема обробки східчастого вала на одношпиндельному напівавтоматі

Рис. 2.2.5. Схема наладок багаторізцевих верстатів: а- без використання копіру; б – по копіру

Досить широко використовується обробка валів на багатошпиндельному напівавтоматі неперервної дії. Обробка східчастого вала на токарному гідрокопіювальному напівавтоматі (рис. 2.2.6).

Рис. 2.2.6. Обробка східчастого вала на токарному гідрокопіювальному напівавтоматі

Вал обточується по копіру 2 різцем повздовжнього супорта 4 слідкуючого золотника, який зв'язаний з пальцем 3, встановленим у барабані, а різець поперечного супорта 5 проточує канавки і підрізає торці. Перевагою такої схеми обробки є зменшення налагодження та підналагодження в 2...3 рази порівняно з багаторізцевими напівавтоматами. Для валів середньої складності час переналагодження становить 30...35 хв. При чистовому точінні забезпечується 9ий квалітет точності порівняно з 15им при багаторізцевій обробці. Значно менші пружні відтискання технологічної системи, обточка проводиться за не набагато вищих режимів різання. При обточуванні валів з числом сходинок до чотирьох ефективність застосування верстата вже досягається, якщо величина партії 10...15 шт., а продуктивність збільшується удвічі порівняно з універсальними токарними верстатами.

Досить ефективне застосування для обробки східчастих валів верстатів з ЧПК, особливо складних багатосхідчастих з криволінійними поверхнями (рис. 2.2.7).

Рис. 2.2.7. Обточування заготовки вала на токарному верстаті з ЧПК: 1...6 -траєкторії руху різця при попередніх і чистовому ходах; 7 - заготовка; ВТ - вихідна точка

При заготовці з прокату попередня обробка виконується за п'ять послідовних робочих ходів (1...5) і чистова - за один (6) робочий хід супорта по кінцевому контуру деталі. Переваги такої обробки випливають із застосування програмного управління, мають просте налагодження за рахунок зміни управляючої програми, працюють за автоматичним циклом з можливістю багатоверстатного обслуговування, скорочують час обробки в 1,5...2 рази за рахунок зменшення допоміжного часу порівняно зі звичайною обробкою.

Обробка шліців і шпонкових пазів на валах здійснюється фрезеруванням, струганням, протягуванням, накатуванням та іншими способами. Фрезерування шліців може виконуватись методом копіювання фасонними фрезами або обкатування черв'ячними фрезами, особливо бага-тозахідними. Одержання прямобічних шліців виконується попереднім фрезеруванням фасонними дисковими фрезами і чистовим фрезеруванням бічних поверхонь шліців торцевими фрезами. У випадку фрезерування вали з центруванням по зовнішній поверхні з короткими шийками базуються в оправці зі зворотним конусом і центровому отворі (рис. 2.2.8).

а) 6)

Рис. 2.2.8. Схема фрезерування шліців на валах

У загартовуваних валах шліци оброблюються у такій послідовності: шліфування зовнішньої поверхні, фрезерування шліців, термічна обробка, зовнішнє шліфування, шліфування бокових поверхонь шліців.

У не загартованих валах технологія значно простіша: зовнішнє шліфування та фрезерування шліців. Дешо змінюється технологія виготовлення шліців у випадку центрування по внутрішньому діаметру. До термічної обробки технологія відповідає попередньому випадку, а після термічної обробки шліфуються бокові поверхні шліців і внутрішні поверхні по діаметру одним (краші результати) або двома шліфувальними кругами.

Більш продуктивною є обробка шліців контурним шліцеструганням, шліцепротягуванням і накатуванням. Шліцестругання виконується на шліцестругальних верстатах набором фасонних різців, змонтованих у головці. Кількість і профіль різців відповідають числу шліців і впадині між ними. За кожний подвійний хід різці переміщаються у радіальному напрямку на величину подачі. Шліцепротягування є найбільш продуктивним. Порівняно зі шліцефрезеруванням воно є продуктивнішим в 5...8 разів. Здійснюється на шліцепротяжних верстатах двома блочними протяжками (рис. 2.2.9) одночасно з двох протилежних западин.

Рис. 2.2.9. Схема протягування шліців на валах

Після кожного ходу протяжок вал повертається на заданий кут. Блок протяжок складається з набору різців 2, які можуть незалежно перемішатися в радіальному напрямку від копіра 3. Такий копір забезпечує протягування наскрізних отворів за заданою траєкторією.

Схема накатування в основному евольвентних шліців (рис. 2.2.10) круглими роликами (а) передбачає використання 2...3 накатників з твердістю робочої частини НRС 6З...66, що обертаються і мають осьову подачу.

Рис. 2.2.10 Схеми накатування шліців

Накатують шліци на валах з твердістю не більше НВ 220, якщо модуль не більше 2,5 мм. Накатники встановлюють по ділильному колу попередньо обробленого вала з урахуванням пружних деформацій. Накатування проводять тоді, коли обвідна швидкість роликів становить 15...20 м/хв., діаметр початкового кола - 20 мм та осьової подачі - 150...200 мм/хв. При цьому поверхня шліців отримує шорсткість Ra = 0,32...0,63. Планетарне накатування (б) також, е високопродуктивним, профіль евольвентних зубців формується двома роликовими головками 1, що обертаються зустрічно від двох електродвигунів. Головки оснащені профільними роликами 3, які одночасно заглиблюються в заготовку 2, що обертається навколо своєї осі. Заготовки валів також попередньо оброблюються по зовнішньому діаметру, отримана шорсткість поверхонь шліців - Ra < 1 мкм.

Різьби різного типу на валах при невисокій точності нарізуються плашками і мітчиками (7-го ступеня точності для зовнішньої різьби), різьбонарізними головками, гребінчастими груповими фрезами, накатуванням та іншими способами. Різьбонарізування проводиться на різних верстатах: свердлильних, токарних, фрезерних, різьбонарізних, агрегатних напівавтоматах і автоматах, накатних і т.п. Короткі різьби нарізуються гребінчастою груповою фрезою на різьбонарізних верстатах, накатуються різьби різьбонакатними головками, малі різьби на загартованих валах отримуються на різьбошліфувальних верстатах.

Шліфування валів є їх чистовою обробкою і забезпечує 8ий квалітет точності. Застосовуються два методи шліфування: повздовжнє, осцилю-юче (рис. 2.2.11 а), що використовується для обробки довгих валів, і врізне (б) - для коротких шийок.

Рис. 2.2.11. Різновиди шліфування валів

Врізне шліфування є високопродуктивним, особливо у разі обробки набором кругів при одночасному шліфуванні декількох шийок вала. Загальна ширина круга може досягати 300 мм. Одночасне шліфування шийки і торця уступу здійснюється на торцешліфувальних верстатах з нахилом круга.

У малосерійному виробництві застосовуються круглошліфувальні верстати з ЧПК. Безцентрове шліфування (в) застосовують для обробки невеликих валів з точністю 6...8гоквалітетів. Шліфування проводиться з повздовжньою та поперечною подачами, причому заготовка вала 2 розміщується вище осьової лінії кругів на висоті А. Подача заготовки вала вздовж осі забезпечується за рахунок сили тертя між нею та ведучим кругом 4 і його розвороту на кут а = 1...45° відносно шліфувального круга 1. Гладкі вали шліфуються з повздовжньою подачею, а східчасті - з повздовжньою чи поперечною подачами до упора. Розмір виставляється за рахунок переміщення опорного ножа 3, при цьому неправильна його величина призводить до огранки вала. На безцентрово-шліфувальних автоматах і напівавтоматах шліфуються вали як з циліндричними або конічними поверхнями, так і з фасонними. Режими шліфування такі: обвідна швидкість шліфувального круга 30...65 м/с, ведучого - 10...40 м/хв. Відомі також обробка валів шліфувальною стрічкою, шліфуванням на жорстких упорах (замість супорта з опорним ножем встановлюється кронштейн з оправкою, на якій закріплені жорсткі опори). Для поліпшення якості шліфування в зону обробки подається змашувально-охолоджувальна рідина.

На одному верстаті (рис. 2.2.12) три прилягаючі шийки і торець шліфуються одночасно широким кругом (а), при цьому опорний торець, що прилягає до цієї шийки, використовується для вістової установки вала. Цим забезпечуються найменший припуск по торцю та осьові розміри шийок. На наступному верстаті застосовується двоколова наладка, яка складається з одного широкого профільованого круга для одночасного шліфування двох шийок і вузького крута для суміщеного шліфування шийки і торця (6). Цикл шліфування здійснюється при трьох подачах: чорновій - 1,2 мм/хв. зі зняттям 65% припуску, напівчистовій - 0,4 мм/хв. (25% припуску) та чистовій 0,1 мм/хв. (10% припуску). Примусова автоматична правка круга упродовж 30 с включається через 15 хв. роботи верстата. Правильний алмазний ролик має примусове зустрічне обертання зі швидкістю 60 м/хв. і загальну стійкість 6...8 місяців. При такій схемі обробки точність розташування шийок збільшується у 2 рази.

Хонінгування валів застосовується для підвищення точності форми, розмірів, зменшення шорсткості після розточування, шліфування, розверчування та протягування і проводиться за допомогою хонінгувальних головок з абразивними брусками, що здійснюють зворотно-поступовий і обертовий рухи (рис. 2.2. 13), в результаті чого абразивні зерна оброблюють поверхню, як показано на рис. 2.2.14а.

Рис. 2.2.12. Схема суміщеного шліфувального вала: 1, 2 – шліфувальні круги; 3 – правильні ролики

Рис. 2.2.13. Схема хонінгування вала

При хонінгуванні використовуються ті ж бруски, що і при суперфінішуванні. Як і при доводці (притиранні), радіальна подача брусків здійснюється механізмом клинового розтискання (а), за якого тиск різання міняється залежно від форми оброблюваної поверхні. На виступаючих ділянках тиск різання зростає і відповідно зменшується зняття металу. Довжина брусків вибирається залежно від довжини отвору (0,5..,0,8), а ширина від діаметра (0,2...0,7). Процес здійснюється на вертикальних або горизонтальних верстатах типу 2Е3820, ЗЕ820, ОФ-20, ОС-67 та інших. Режими різання під час хонінгування такі: швидкість 50...250 м/хв., тиск абразивних брусків - 0,2... 1,4 МПа, час обробки - 2...3 хв. Як змашувально-охолоджувальна рідина використовується гас із добавками олії, скипидару, олеїнової кислоти.

Рис. 2.2.14. Схеми різання під час хонінгування

Суперфінішування, на відміну від хонінгування, характеризується коливним рухом брусків (рис. 2.2.14.6, рис. 2.2.15), що має хід 2...6 мм і частоту коливань до 1200 ход./хв.

Рис. 2.2.15. Схема суперфінішування

Упродовж 0,2...0,5 хв. товщина поверхневої варстви, що зрізується, досягає 0,005...0,2 мм, а шорсткість поверхні Ra = 0,03...0,1 мкм, зменшується овальність, огранка та хвилястість на 50...80%. Суть суперфінішування полягає в одночасному нанесенні рисок на оброблювану поверхню великою кількістю абразивних зерен (10²... 10⁴ зерен/мм²). Під час обробки чавуну застосовуються бруски С...СТ, а м'яких і в'язких сталей та сплавів - ВМ...ВМ2. Бруски приробляються до оброблюваної поверхні за допомогою шліфувальної стрічки зернистістю 16...25, порошку карбіду бору чи кремнію зернистістю М28. Суперфінішування виконується на спеціальних верстатах, центрових (2К34,3870Б, ВС-22) і безцентрових (3878, 3880). Робочий тиск під час суперфінішування загартованих сталей приймається для брусків зернистістю М20...М40 в межах 0.3...0,4 МПа, а М1...МЗ - 0,15...0,2 МПа. При суперфінішуванні використовується змащувально-охолоджувальна рідина, наприклад гасово-олійна суміш, яка покриває поверхню вала масляною плівкою, в розриві якої є абразивні зерна, а в міру зрізання гребінців мікронерівності згладжуються, масляна плівка стає суцільною і процес обробки закінчується. На відміну від хонінгування при суперфінішуванні радіальна подача на різання абразивних брусків забезпечується пружним підтисканням (рис. 2.2.14 б).

В абразивному інструменті (рис. 2.2.14 в) кожне абразивне зерно ніби підпружинене і під дією сил різання частково заглиблюються у зв'язку. Ступінь заглиблення залежить від оброблюваної поверхні, на виступаючих ділянках зерна будуть заглиблюватись більше, а вихідний профіль зберігатиметься. Тому поліруванням досягається також зменшення параметра шорсткості без зміни профілю та геометричних параметрів оброблюваної поверхні вала. При поліруванні при тисках різання 0,03...0,2 МПа досягається параметр шорсткості Ra - 0,1...0,012 мкм.

Притирання є кінцевим методом обробки валів, що забезпечує малі відхилення розмірів, форми та шорсткість Rа - 0,01...0,16 мкм з використанням притирів з чавуну чи бронзи з нанесеною на їх поверхню абразивною суспензією чи пастою. Вал обертається, а притиру надається зворотно-поступовий рух із забезпеченням руху абразивних зерен неповторними траєкторіями. Швидкість притирання 15...50 м/хв., припуск - 0,01...0,005 мм, при цьому забезпечується точність до 5го квалітету та шорсткість Ra = 0,05...0,32 мкм.

Магнітно-абразивна обробка застосовується для поліпшення якості поверхні валів (рис. 2.2.16).

Рис. 2.2.16. Схема магнітно-абразивної обробки фасонної поверхні вала

Вал 1 поміщається між полюсними наконечниками 2 електромагніту з зазором, у який подається абразивний порошок 3 із магнітними властивостями у вигляді емульсії. Деталі надають обертового та осцилюючого уздовж осі рухів. За рахунок магнітного поля абразивні зерна, що утримуються в зазорах, притискаються до поверхні деталі, яку полірують. Для обробки розроблені феромагнітні абразивні матеріали кермети, що отримуються пресуванням і спіканням абразивної та феромагнітної складових. Режими магнітно-абразивної обробки такі: при припуску 5...30 мкм швидкість обертання деталі до 300 м/хв., частота осциляцій - 8... 10 с', робочий зазор - 0,3...3 мм, магнітна індукція в зазорі - 0,6... 1,8 Тл, розмір зерен порошку - 50...300 мкм, тиск порошку на деталь - 0,8...1 МПа. За початкової шорсткості Ra=0,08...0,16 мкм магнітно-абразивна обробка зменшує шорсткість до Ra =0,02...0,04 мкм за 10... 15 с. Оптимальними змащувально-охолоджувальними рідинами є водяні розчини типу Аквол-10/1, триетаноламілу з добавками. У випадку обробки без змащувально-охолоджувальних рідин заготовка нагрівається до 270...300°С, а з їх застосуванням - лише до 45...55°С.

З метою дальшого покращення експлуатаційних властивостей робочих поверхонь валів набуває неабиякого застосування викінчувально-зміцнювальна обробка поверхневим пластичним деформуванням: накатування, вигладжування, вібронакатування, обробка інструментами центробіжно-ударної дії, електромеханічна і т.ін. При вібронакатуванні на рух подачі робочої кульки накладаються коливні рухи (рис. 2.2.17 а). Залежно від режимів обробки забезпечується зміцнення поверхні (u_н = 150...200%), згладжування попередньої шорсткості (Rа = 0,1 мкм, і_ю = 40...50%), формування нового регулярного мікрорельєфу чи системи олійних каналів (б).

Рис. 2.2.17. Схема вібраційного накатування

Схема центробіжно-ударної обробки (рис. 2.2.18) передбачає використання кульок або роликів 3, поміщених в рухомих радіальних пазах сепаратора 4. Під час обертання вала І і головки 2 за рахунок їх частот обертання забезпечується необхідна кількість ударів кульок або роликів певної сили на кожний 1 мм2 оброблюваної поверхні.

Рис. 2.2.18. Схема обробки вала центробіжно-ударним інструментом

Параметр шорсткості такої поверхні складає Ra = 0,2...0,8 мкм і може досягати Ra =0,05 мкм, і₀ = 30%, поверхнева мікротвердість збільшується на 30...80% при глибині наклепу 0,3...2 мм, залишкові напруження стиску на поверхні досягають 400...800 МПа.

Перспективна електромеханічна обробка валів, за якої зона контакту робочого ролика та оброблюваної поверхні нагрівається за рахунок пропускання струму великої сили І=200... 1500 А (рис. 2.2.19). Така обробка дозволяє значно підвищити поверхневу твердість (u_н = 180...220%), зменшити шорсткість в 5...15 разів, збільшити несучу здатність і т.д.

Рис. 2.2.19. Схема електромеханічної обробки: 1 - оброблюваний вал; 2 - робочий ролик; 3 - трансформатор

Обладнання та оснащення під час обробки валів вибираються залежно від типу виробництва та організаційної форми роботи. Так, підготовку технологічних баз підрізання торців і зацентровку можна виконувати як на токарних чи револьверних верстатах, так і на центрувальних та фрезерно-центрувальних. Двосторонній фрезерно-центрувальний верстат 73С1 має дві позиції (установочну та фрезерно-центрувальну). На фрезерно-центрувальних верстатах МР11і МР78 барабанного типу одночасно фрезеруються та центруються дві заготовки валів без зняття їх з верстата.

В автоматичних лініях використовуються верстати Л981 для фрезерування торців і М982 для центрування. В багатосерійному виробництві використовуються фрезерні центрувально-обточні двосторонні напівавтомати.

У малосерійному виробництві для обробки східчастих валів доцільно застосовувати універсальні токарні верстати. Фрезерування шліців проводять на напівавтоматах 5В373П, 5А352ПФ2, а шліцестругання - на верстаті МА4. Для виконання викінчувальних операцій використовуються верстати 17420ЯФ30,1720ЯФ30, М25РФЗ та інші. Відомі також автоматичні лінії для обробки валів з укомплектованим обладнанням і оснащенням, серед них - автоматична переналагоджувальна лінія МРЛАЗ, а також різні роботизовані комплекси та типові комплексно-автоматизовані дільниці типу АСЕ з обладнання з ЧПК та гнучкі виробничі системи.

Технологічний процес виготовлення вала (рис. 2.2.20) сформований на характерній послідовності операцій:

1) обробка торців і центрування;

2) чорнова обробка зовнішніх поверхонь;

3) обробка шліців;

4) обробка шпонкових канавок;

5) обробка різьб;

6) термічна обробка;

7) правка центрів;

8) чистова обробка зовнішніх поверхонь;

9) кінцева обробка шліців, шпонкових канавок;

10)кінцева обробка різьб;

11)викінчувальна обробка основних робочих поверхонь опорних шийок.

Рис. 2.2.20. Креслення вала

У технологічному процесі (табл. 2.2.1) наведені технологічні бази на кожній операції, найменування та зміст операцій, а також обладнання, що використовується.

Таблиця2.2. 1.

Технологічний процес виготовлення вала в малосерійному виробництві

Продовження таблиці 2.2.1.

У таблиці 2.2.2 показано інший технологічний процес виготовлення того ж вала, але вже в умовах багатосерійного виробництва. Відмінності починаються на самому початку, а саме - від заготовки (поковка) та одержання технологічних баз, що здійснюється на напівавтоматах. Помітні зміни і в технологічному обладнанні, відрізнятиметься і технологічне оснащення.

Та6лиця2.2.2.

Технологічний процес виготовлення вала в багатосерійному виробництві

2.3.Технологія виготовлення шатунів

Шатуни автомобільних двигунів (рис. 2.3.1) відрізняються конструкційне різноманітною формою, мають двотавровий переріз, а під час роботи піддаються деформаціям стиснення та повздовжнього згину. В малу головку шатуна часто запресовується бронзова втулка, а у велику роз'ємну - вкладаються вкладиші. Якщо суцільна мала головка з торцями обробляється остаточно після запресування втулок, то отвір під вкладиш у великій головці обробляється після складання шатуна з кришкою. Матеріал шатунів - конструкційні сталі 40, 45 та інші. Технічні вимоги такі: отвори у втулці та вкладиші по 76, овальність і їх конусність не більші 2...З мкм, параметр шорсткості Ra=0,63 мкм, відстань між осями малої та великої головок - в межах до 0,1 мм, відхилення осей отворів малої та великої головок шатуна - не більше 0,05 мм на відстані 100 мм, відхилення від їх паралельності - в межах 0,02...0,04 мм на 100 мм довжини. Шатуни за масою та діаметром отвору під поршневий палець діляться на групи.

Заготовками шатунів є штамповки в закритих штампах, одержаних як одне ціле з кришкою великої головки або окремо. Отвір в цільній заготовці має овальну форму для компенсації форми при розрізанні. Однак більш раціональною є роздільна штамповка шатуна та кришки, яка до того ж і більш проста. Заготовки чеканять по торцях на пресі для підвищення точності висоти головки від +0,08 до ±0,015 мм, оскільки поверхні торців використовуються як чорнові бази. В заготовках контролюються взаємне положення площин малої та великої головки і прямолінійність стержня шатуна.

Установочними базами шатунів під час їх обробки є площини торців а, 6 великої та д, г малої головок (рис. 2.3.1), площини стиків отворів у малій головці. Як допоміжні бази використовуються оброблені установочні площинки є, ж, з на бобишці малої головки, бокові площини к, и, а також площини під головки і гайки стяжних болтів. Установочні площинки з, є на бобищці малої головки і бокові площини к, и використовуються для установки шатуна при обробці отвору в головці шатуна.

Рис. 2.3.1. Шатуни автомобільних двигунів: а - рядних; б - V-подібних; 1, 2- головки

Загальний маршрут обробки шатуна передбачає обробку:

1) кришки після її відрізання;

2) розрізаного шатуна;

Технологічний процес обробки шатуна автомобіля „Жигулі" в умовах багатосерійного виробництва на комплексній автоматичній лінії відображений у таблиці 2.3.1.

Таблиця 2.3.1.

Технологічний процес обробки шатуна

Згідно із загальним маршрутом, цільна заготовка шатуна обробляється різанням. Хонінгувальні шестишпиндельні верстати з автоматичним завантаженням зв'язані із загальною транспортною системою та оснащені холодильною установкою. На кожному верстаті проводиться чорнове та остаточне хонінгування шести шатунів за жорстко установленими хоном і плаваючою деталлю. Точність отворів після хонінгування - 24 мкм з подальшим сортуванням на три групи по 8 мкм. Фактична точність розмірів отворів - 6 мкм, геометричної форми - 3 мкм.

2.4.Технологічний прцес виготовлення поршнів автомобільних двигунів

Поршні автомобільних двигунів працюють в умовах великих і змінних навантажень, високої температури і виконують ряд складних функціональних завдань: приймають та передають тиск спалювання газової суміші, значну частину тепла згорання, заповнюють щільність камери спалювання, не допускаючи потрапляння до неї оливи. За конструкцією поршні бувають дуже різні (рис. 2.4.1).

Рис. 2.4.1. Різновиди зарубіжних автомобільних поршнів

Відрізняються вони денцем поршня, конструкцією поперечного перетину, матеріалом. На рис. 2.4.2 показані дві оригінальні конструкції поршнів, зокрема поршень з вкладками канавки першого ущільнювального кільця і камери спалювання (а) та вкладками під пальці (б), що значно збільшує їх довговічність.

Рис. 2.4.2. Сучасні конструкції автомобільних поршнів

Матеріалами поршнів є сірий чавун з перлітною структурою та плитоподібним графітом і сплави алюмінію. У більшості випадків поршні суцільні, але відоме їх виконання і з двох частин: верхньої, більш стійкої проти високих температур, і нижньої. Термічна обробка заготовок поршнів (частіше виливки в кокіль) - старіння, що проводиться для забезпечення кращих механічних властивостей, розмірної стабільності та усунення внутрішніх напружень. Твердість силумінових поршнів має бути в межах НВ95...120, міцність - 180...200 МПа.

Технологічними вимогами до поршнів є точність виконання діаметрів юбки - в межах 76...77, допуск овальності та конусності - в межах 0,3...0,5 допуску на діаметр, точність виконання отвору під палець - 75...76, канавок під кільця - 77...79. Відхилення від перпендикулярності осей поршня та отвору під палець - 0,03...0,05 мм на 100 мм довжини, стінок канавок кілець - в межах 0,01...0,05 мм глибини канавки, шорсткість поверхонь юбки та канавок - в межах R=1,25 мкм, а отвору під палець - Λα=0,63 мкм, допуск на масу поршня - в межах 0,5...2% загальної маси.

Рис. 2.4.3.

Технологічні вимоги шодо поршнів - тонкі стінки і мала жорсткість конструкції окреслюють відповідний технологічний процес їх обробки. Чорновими технологічними базами є внутрішня поверхня юбки поршня та торця його днища.

Чистовими базами виступають зовнішній діаметр поршня та його нижній торець, а далі - внутрішній діаметр юбки поршня та торець його днища (рис. 2.4.3). Матеріал поршня - алюмінієво-кремнієвий сплав АК18 з твердістю НВ 90... 120. якщо вага заготовки 0,66 кг, готової деталі - 0,515 кг. Заготовкою є кокільний виливок. Заготовка термічно обробляється (насичення при температурі 500...520°С та старіння чи тільки старіння - 160...235°С).

Після виготовлення поршнів механічною обробкою для підвищення експлуатаційних властивостей застосовують їх поверхневе покриття. Постійні зміни напрямку руху під час роботи, порушення оливної плівки є джерелом термічних напружень, що призводять до появи тріщин на поверхні днища. Хоча алюмінієво-кремнієві сплави, з яких переважно виготовляються поршні, є досить відпорними щодо вказаних явищ, проте таку відпірність додатково можна підвищити за рахунок застосування спеціальних поверхневих покрить, які діляться на дві групи:

1. такі, що забезпечують припрацювання поршня за відсутності затирання та надмірного зношування (ціанування, освинцьовування, графітизація, електрохімічне оксидування, фосфатування, насичення колоїдним графітом тощо);

2. ізоляційні, що понижують середній рівень температур поршня, обмежуючи негативний вплив збільшення температури під час спалювання паливної суміші (керамічні плівки, анодування і т.д.).

Під час електролітичного оксидування поверхні поршня наноситься покриття тонкою варствою антикорозійних пористих окислів алюмінію 0,01...0,03 мкм, в якій залишається олива. Фосфатування пов'язане з нанесенням на поверхню поршня варстви фосфітів товщиною 0,008...0,015 мкм з грубозернистою поруватою структурою, в якій також може накопичуватись олія. При роботі ця варства утворює дрібнозернисту пасту, що покращує припрацювання поршня. Одночасно така варства може бути підложкою графітових покрить, їх колір є матовим, забарвленим у спектр кольорів від сірого до бронзового. Керамічні плівки отримуються методом лазерного напилювання двоокису цирконію, частково стабілізованих сумішшю окислів рідкоземельних матеріалів, що підвищують зносостійкість. Плівки наносяться варствами, в яких вміст кераміки зменшується з глибиною при збільшенні хромонікелевої суміші. Товщина таких плівок - 0,2... 1 мм. Керамічні плівки одночасно є тепловими бар'єрами, що зменшують підвищення температури поршня, характеризуються малою величиною коефіцієнта теплопровідності та шорсткістю поверхні Ra<2,5 мкм. Анодування в електрохімічному процесі дає поверхневу окисну плівку з меншою теплопровідністю, ніж основний сплав поршня. Тому анодуванню підлягає лише днище та юбка поршня. Плівка є також антикорозійною.

2.5.Технологічний процес виготовлення поршневих кілець

Кільця, якими ущільнюються поршні автомобільних двигунів, бувають компресійними та оливозбиральними. Компресійні кільця прості за геометричною формою, але виконують дуже складні завдання. Щоб такі кільця під час експлуатації ущільнювали камеру спалювання, вони повинні точно прилягати до поверхні циліндра на всій своїй довжині, тобто їм після обробки має бути надана така форма, щоб після стиснення та установки в канавці поршня їх притиснення до дзеркала циліндра було згідно з епюрою (рис. 2.5.1).

Рис. 2.5.1. Епюри притискання кілець до дзеркала циліндра

Відомо, що під час експлуатації притискання кільця до стінки циліндра зменшується, і тому для чотирьохтактних двигунів рекомендується епюра (а), а двотактних - епюра (б).

Для кращого притискання компресійних кілець використовуються різні їх форми (рис. 2.5.2): прямокутні, конусні, трапецієподібні, I-подібні, прямокутні з фаскою, трапецієподібні з вибраною виточкою зверху чи знизу та інші. Відомі також конструкції кілець із завальцьованою вкладкою, тобто біметалічні.

Рис. 2.5.2. Перетини компресійних колець

Різноманітні також конструкції оливозбиральних кілець (рис. 2.5.3).

Рис. 2.5.3. Форми маслозбіральних поршневих кілець

Рис. 2.5.4. Виливки компресійних кілець

Матеріалом компресійних кілець є сірий чавун (Ч25, СЧ та інші), а заготовкою - індивідуальні виливки (рис. 2.5.4) або втулки. Структура - дрібноплитковий сорбітний перліт з рівномірним дрібним і середнім графітом без вільного цементиту чи мартенситу.

Заготовки з метою покращення структури підлягають термічній обробці. З таких заготовок виготовляються кільця високооборотних двигунів, заготовкою кілець є чавунні втулки, що відливаються відцентрово чи традиційно в пісочних формах, з яких і відрізаються потрібні заготовки. Заготовки підлягають вібраційному очищенню в піску та чорновому шліфуванню торців і діаметрів з метою усунення слідів літників, нерівностей та інших неточностей литва. Якщо заготовкою є втулка, то попередньо вона також шліфується по внутрішньому та зовнішньому діаметрах і лише тоді розрізається на заготовки. Припуски на механічну обробку торців кілець виносять 0,2...0,3 мм на сторону, а внутрішнього діаметра - 0,25...0,3 мм. Твердість заготовки становить ΗВ 240...300.

При виготовленні кілець вимагається не лише одержання правильних геометричних форм, їх точності та шорсткості, а найголовніше - пружних властивостей кільця. Це забезпечується наданням кільцям овальної форми, яка після установки в канавку поршня та циліндр набуває округлої форми, розтискується, забезпечуючи правильну епюру притискання, згідно з якою і виконується приймальний контроль. Це забезпечується індивідуальним відливанням і термофіксацією. Після чорнового шліфування заготовки точаться по внутрішньому діаметру (овалу) із застосуванням копіювання. Після розрізання заготовки кільця затискаються групами в спеціальних ділених циліндрах, де розточується внутрішня поверхня. Таким способом забезпечуються однакова ширина кільця та потрібні притискання до дзеркала циліндра. Але точність кілець, що відливаються овальної форми, залежить від багатьох чинників, наприклад стану та точності моделі, температури заливки, якості формувальних матеріалів, які не забезпечують однакових їх властивостей. І тому виливки кілець мають бути пласкими без внутрішніх напружень зі збереженням площинності на кожній технологічній операції, на яких спосіб закріплення заготовки і її обробки не повинен викликати внутрішніх напружень. Основними технічними вимогами до технології обробки кілець є:

1. допуски на діаметри кілець залежно від їх розмірів мають бути для діаметрів до 50 мм, 50...80 мм 80... 125 мм і більше 125 мм;

2. ширина кілець - в межах 0,01...0,03 мм;

3. шорсткість поверхні шліфованих площин - в межах Ra=0.32 мкм;

4. пружність кільця, встановлена силою натиску, необхідною для його затиснення до номінальної ширини замка, має перебувати в межах 50...90 Н;

5. кільця ущільнення підлягають пористому хромуванню поверхневою варствою 0,1...0,15 мм з шорсткістю Ra=1,25...2,5 мкм.

Головними технологічними операціями є обробка внутрішніх, зовнішніх поверхонь і замків кілець. Шліфування бічних поверхонь проводиться на двошпиндельному шліфувальному верстаті з високою точністю обробки (рис. 2.5.5) в трьох операціях: чорновій, чистовій та закінчувальній.

Рис. 2.5.5. Шліфування торців компресійних кілець на двошпиндельному верстаті

Чорнове шліфування призначене для зняття припусків при обробці виливок кілець, решта - як відповідна обробка згідно з технічними вимогами. У разі необхідності більшої продуктивності шліфування проводиться на вертикальних двошпиндельних автоматах. Обточування зовнішніх поверхонь до розрізання кілець проводиться округло за допомогою звичайної оправки (рис. 2.5.6 а) або овально з використанням копірів (б).

В останньому випадку кільця повинні мати кутову орієнтацію, яка забезпечується спеціальними приливами на заготовках. Далі проводиться вирізання замків (розрізання кільця) (рис. 2.5.7), їх обробка та розточування кілець на спеціальній оправці (рис. 2.5.8).

Рис. 2.5.6. Точіння зовнішнього діаметра пакета кілець на кругло (а) та овально з використанням копірів (б).

Рис. 2.5.7 Фрезерування замків кілець

Рис. 2.5.8. Розточування пакета кілець після їх виставлення

Типовий технологічний процес механічної обробки поршневих кілець складається з таких операцій:

1. Чорнове шліфування торців кілець.

2. Термічна обробка - відпал.

3. Чистове шліфування торців.

4. Чорнове обточування зовнішнього діаметра пакета кілець.

5. Розрізання кільця.

6. Калібрування замка кільця.

7. Термофіксація.

8. Розточування внутрішнього діаметра пакета кілець.

9. Точіння канавок в маслозбірних кільцях.

10. Фрезерування прорізів для відводу масла в маслозбірних кільцях.

11. Точіння викінчувальне.

12. Викінчувальне калібрування замка.

13. Контроль якості кільця.

Читайте також:

1. V Практично всі психічні процеси роблять свій внесок в специфіку організації свідомості та самосвідомості.
2. Блок 1. Соціально-демографічні та міграційні процеси.
3. Важелі впливу на процеси розвитку ринку капіталу.
4. Вибір способу виготовлення заготовки. Попереднє проектування заготовки.
5. Виготовлення виробів з полімерних матеріалів
6. Виготовлення виробів на основі рідких полімерів
7. Виготовлення гайок і шайб.
8. Виготовлення деталей із склопластика
9. Виготовлення дисків.
10. Виготовлення до обробки яєць
11. Виготовлення з кремів бордюрів, орнаменту, квітів і т.д
12. Виготовлення зірочок.

Переглядів: 4146