Тех.маш.Ч

010 Токарная операция (установка заготовки в центрах с упором в торец фланца, осуществляется проточка цилиндрического хвостовика вала с целью создания линейных технологических баз).

015 Токарная операция (по схеме базирования и закрепления аналогична 010, на этих операциях осуществляется переход от одних баз к другим, т.е. от центровых отверстий к цилиндрическим поверхностям цапф коленчатого вала).

61

020 Фрезерная операция (обработка вспомогательных баз для угловой ориентации вала при обработке шатунных шеек, площадок на щеках или отверстий в них).

025, 030 Фрезерные операции (вал устанавливается на цилиндрические поверхности цапф с упором в одну из щёк, угловое положение сориентировано упором по площадке на щеках шатунных шеек, фрезеруются коренные шейки и смежные с ними торцы щек методами наружного или внутреннего фрезерования).

62

При наружном фрезеровании коленчатый вал вращается и обрабатывается вращающейся резцовой головкой с наружным расположением режущих пластин, за один оборот вала полностью обрабатывается одна шейка с галтелями и торцами щек.

При внутреннем фрезеровании коленчатый вал неподвижен и закреплен патронами по концам, резцовая головка виде полого барабана с внутренним расположением режущих пластин охватывает вал и, вращаясь вокруг него, производит обработку шейки, галтелей и торцов.

035, 040 Фрезерные операции (осуществляется обработка шатунных шеек, схема базирования, оборудование и инструмент аналогичны операции 025, 030, принципиальным отличием является то, что в процессе обработки здесь формируется размер 6, определяющий величину радиуса кривошипа коленчатого вала). Этот размер обеспечивается за счёт того, что зажимные патроны шпинделей передней и задней бабок станка смещены относительно оси вращения шпинделя на величину этого радиуса. Соответственно на операции 035 они оба смещены в одну сторону, а на операции 040 в противоположную сторону.

На всех четырех операциях 025–040 обработка ведётся с использованием подводимых опор (люнетов), устанавливаемых под обрабатываемую поверхность и без охлаждения. В качестве инструментов используют трехсторонние дисковые фрезы со СМП из трехкарбидных сплавов группы ТТК (титан-тантал-кобальт).

63

045, 050 Токарные операции (вал устанавливается в специальные неподвижные люнеты на коренные шейки 5 соосно оси шпинделя станка, осуществляется восстановление технологических баз).

055 Токарная операция (обработка отверстий в шейках, маслопроводящих каналов в щеках и шейках).

Вшатунных шейках необходимо обрабатывать наклонные маслопроводящие каналы диаметром 6–10 мм, длиной 100–220 мм, а в коренных шейках – маслопроводящие отверстия диаметром 7–10 мм, длиной 25–40 мм. Во фланце обрабатываются обычно 4–6 крепежных отверстий диаметром 14–18 мм. На переднем конце вала обрабатываются также шпоночные пазы под шпонки ведущей шестерни распределения и шкива вентилятора.

Вмелкосерийном производстве обработка маслопроводящих отверстий проводится на радиально-сверлильных станках в поворотных приспособлениях, которые позволяют устанавливать вал в требуемом положении. В крупносерийном и массовом производствах используются специальные многошпиндельные станки с периодическими отводами сверл для удаления стружки.

060 Термическая операция (осуществляется закалка шеек на установках ТВЧ и последующий низкотемпературный отпуск). Закалка шеек осуществляется во вращающихся индукторах на специальных установках, позволяющих вращаться заготовке вокруг оси коренных шеек. При этом индуктора, установленные на коренные шейки неподвижны относительно заготовки, а индуктора, установленные на шатунные шейки, совершают планетарное перемещение вместе с шатунной шейкой. Режимы закалки: величина силы тока, время разогрева поверхности шейки, частота ее вращения – подбираются индивидуально в процессе настройки. Ре-

64

жимы закалки зависят от материала заготовки и её размеров. Обычно закалка осуществляется до твёрдости более 52 HRCэ. После закалки заготовки подвергаются низкотемпературному отпуску в проходной печи. Отпуск осуществляется в течение 3…6 часов при температуре 180…250ºС.

065, 070 Шлифовальные операции (предварительное шлифование коренных шеек вала, базирование осуществляется по центровым отверстиям и торцу обрабатываемой коренной шейки 5 в центрах круглошлифовального станка, отличием одной операции от другой являются размеры шлифовального круга).

075 Шлифовальная операция (осуществляется попарное шлифование шатунных шеек I, II, III, IV, на специальных круглошлифовальных станках с механизмом, синхронизирующим вращение шпинделей передней и задней бабок, при этом вал базируется по цилиндрическим поверхностям коренных шеек 5 с упором в торец щеки). Шлифование шеек осуществляется последовательно за счёт изменения положения заготовки в патронах станка. В первом положении шлифуется шейки I и IV, во втором (противоположном) шейки II и III. В каждом положении заготовка вращается вокруг оси шлифуемой поверхности. В связи с этим патроны станка модели ХШ2-02 снабжены противовесами, позволяющими уравновесить заготовку и приспособление в процессе обработки. Режимы шлифования шатунных шеек аналогичны режимам, используемым при шлифовании коренных шеек.

65

Суперфиниширование шеек осуществляется головками с абразивными брусками. Для суперфиниширования обычно применяются бруски сечением 20×20 мм из белого электрокорунда. Для процесса предварительного суперфиниширования применяются бруски твёрдостью 83–88 и зернистостью 500, для окончательного – соответственно 77~82 и 600 и выше. Шероховатость поверхности после суперфиниширования соответствует 10–13-му классу.

Впоследние годы при окончательной обработке шатунных и коренных шеек применяется новый метод – микрофиниширование.

Созданы специальные станки, в которых обеспечивается согласование в процессе обработки следующих параметров: частоты, амплитуды колебания и направления движения брусков, удельного давление брусков на обрабатываемую поверхность и окружной скорости обрабатываемой поверхности. Благодаря сочетанию движения брусков в разных направлениях и вращению заготовки следы обработки перекрещиваются, и это повышает чистоту поверхности.

Процесс микрофиниширования проводится при незначительных давлениях брусков на обрабатываемую поверхность с частотой 500–1500 колебаний в минуту и амплитудой 3–5 мм. Окружная скорость вращения обрабатываемых заготовок равна 18–40 м/мин. При микрофинишировании снимается припуск 0,012– 0,015 мм на сторону. Для смывания с заготовки отходов, получаемых в процессе обработки, используется состав, состоящий из 10–20% минерального масла и 80– 90 % керосина.

Микрофиниширование улучшает геометрическую точность, чистоту и качество поверхностного слоя (высота шероховатостей с 0,4 мкм уменьшается до 0,02 мкм).

100 Операция динамической балансировки.

Динамическая балансировка выполняется на двух автоматических линиях, в два приёма. Исходный дисбаланс коленчатых валов достигает 3000 – 1500 Г·см; конечный дисбаланс у большинства коленчатых валов, работающих при 3000– 5000 об/мин, составляет 15–20 Г·см. Первая балансировка выполняется с точностью 300 Г·см на каждом конце вала, а вторая обеспечивает точность 30 Г·см на каждом конце вала. Дисбаланс устраняется за счёт высверливания металла из противовеса. При балансировке коленчатого вала все его внутренние полости и каналы заполняются маслом, резьбовые отверстия в шатунных шейках и выходы каналов закрываются технологическими пробками. Динамическая балансировка позволяет определить величину действующих неуравновешенных сил по торцам вала и координаты их углового положения. По результатам балансировки задаётся программа высверливания лишнего металла. Предварительное устранение дисбаланса осуществляется радиальным сверлением отверстий диаметром 20 мм на определенную глубину в крайних противовесах вала. Окончательная балансировка производится за счёт сверления отверстий диаметром 12 мм в средних противовесах.

Вконструкции коленчатого вала должны быть предусмотрены две полости для устранения дисбаланса, которые имели бы достаточные припуски для удаления необходимого металла без нарушения прочности вала.

67

Таким образом, приведённая типовая технология изготовления коленчатого вала содержит несколько групп технологических операций. Каждая из этих групп удовлетворяет требованиям по обеспечению геометрической точности коленчатых валов, объединённых общими конструктивными признаками. Это позволяет осуществлять достаточно быстрый переход с обработки коленчатого вала одного типоразмера на другой, что, в конечном счёте, повышает гибкость производства, позволяет выпускать гамму деталей различных типоразмеров на одном и том же технологическом оборудовании.

1.5. Контроль качества коленчатых валов

Коленчатые валы неоднократно проверяются службой ОТК в процессе изготовления после наиболее ответственных операций. Промежуточный контроль предупреждает попадание бракованных заготовок на последующие операции и помогает управлять процессом изготовления. Контроль коленчатых валов весьма трудоёмок, так как в общей сложности контролируется около сотни различных показателей качества. При окончательном контроле обычно проверяются:

–диаметры коренных и шатунных шеек с помощью индикаторных скоб (скобы настраиваются по жёстким установочным мерам, точность отсчёта показывающих приборов должна быть не более 1/5 допуска на диаметр);

–геометрические параметры шеек: прямолинейность образующей (отсутствие бочкообразности, седлообразности) контролируется на краску жесткими калибрами, представляющими собой полукольцо высотой на 2…3 мм меньше половины диаметра шейки (хорошо выполненная шейка имеет ровный, непрерывный отпечаток краски по всей поверхности);

–линейные размеры от базового торца с помощью специальных облегченных скоб или в приспособлении с осевым упором;

–взаимное расположение коренных и шатунных шеек в приспособлении с помощью индикаторов, расположенных в двух взаимно перпендикулярных плоскостях.

Контроль на отсутствие трещин проводится методом магнитно-порошковой дефектоскопии (МПД) или методом люминесцентной цветной дефектоскопии.

Коленчатый вал подлежит обязательному размагничиванию. Величина остаточного магнетизма контролируется тонкой стальной иглой. Деталь считается размагниченной, если игла к ней не притягивается.

2. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ ТИПА «ПОРШЕНЬ»

2.1. Типовые технические требования, предъявляемые к поршням

Конструктивно поршни представляют собой полый цилиндр с днищем и бобышками (рис. 3.3, см. с. 69), в которых имеется отверстие под поршневой палец. Условно поршень разделяется на головку, в которой установлены поршневые

68

кольца, и юбку (нижняя часть поршня). Поршни имеют сплошные юбки в виде стакана или вырезанные. В последнем случае юбка выполняется в виде двух козырьков, расположенных в плоскости, перпендикулярной к оси поршневого пальца. Наружная поверхность днища поршня выполняется плоской или имеет специальные углубления. Головку поршня выполняется цилиндрической, а юбке придаётся овально–бочкообразная форма, либо она изготавливается с переменной овальностью по своей длине. Разность размеров юбки по большой и малой осям овала составляет 0,15…0,35 мм в зависимости от диаметра поршня.

Рис. 3.3. Основные элементы поршня:

1 – головка; 2 – юбка (тронк); 3 – днище; 4 – жаровой (огневой) пояс; 5 – уплотняющие пояса; 6 – бобышки с отверстиями для поршневых пальцев

Основные технические требования, предъявляемые к поршням при их изготовлении, состоят в обеспечении следующих параметров:

–точности наружной поверхности поршня (у современных конструкций двигателей может достигать 6 – 7 квалитетов);

–точного отверстия под поршневой палец, расположенного перпендикулярно образующей цилиндрической части (с допустимым отклонением 0,01…0,05 мм) и несимметричностью расположения его в пределах 0,05…0,20 мм относительно общей оси;

–перпендикулярности боковых поверхностей канавок под поршневые кольца (допустимое отклонение в пределах 0,03…0,07 мм на длине замера 25 мм);

–точного расположения оси поршневого пальца от днища поршня, что определяет объём камеры сжатия (допуск на размер в пределах ± 0,05…015 мм);

–веса поршня после обработки в пределах ТТ чертежа (требования по отклонению веса обработанного поршня от номинала должно обеспечиваться в пределах ± 20 гс, а допуск по весу одного комплекта поршней на двигатель может достигать 5гс).

69

Величина шероховатости обработанных поверхностей Rа = 0,8…1,25 (2,5) мкм. В отдельных конструкциях поршней шероховатость отверстия под поршневой палец достигает Ra = 0,63 мкм.

Требования по шероховатости днища поршня зависят от вида топлива, особенностей формообразования факела и колеблются в пределах Ra = 0,8…2,5 мкм.

2.2.Способы получения заготовок и исходные материалы поршней

Вкачестве материалов для поршней двигателей используются специальные сплавы из алюминия типа АЛ25, АЛ30, АЛ1, АК10М2Н, легированные серые и высокопрочные чугуны типа СЧ24 – СЧ45 и ВЧ45, а для изготовления головок составных поршней используются жаростойкие стали типа 20Х3МВФ.

Заготовки поршней в основном получаются литьём в кокиль на специальных карусельных кокильных автоматах, обеспечивающих высокий уровень точности и стабильности процесса. В некоторых случаях для алюминиевых деформируемых сплавов типа АК12Д используется метод жидкой штамповки. Однако, заготовки, полученные методом жидкой штамповки, не имеют предварительно оформленного отверстия под поршневой палец.

2.3.Технологические особенности базирования поршней

Основные обрабатываемые поверхности поршня являются поверхностями тел вращения, и их обработка проводится главным образом на станках токарной и расточной групп.

Вне зависимости от объёмов выпуска поршней и схем организации процесса обработки (на поточной или автоматической линии) применяются две схемы базирования (рис. 3.4, а и 3.4, б):

–на технологическую выточку и торец со стороны юбки поршня с креплением через отверстие под поршневой палец;

–на технологическую выточку, торец со стороны юбки и центровое отверстие со стороны днища поршня.

а) б)

Рис. 3.4. Варианты базирования поршней при механической обработке

Первый вариант базирования характерен для коротких поршней (L/D ≤ 1,2), второй – для длинных поршней.

70