Тех.маш.Ч

На определенном этапе обработки могут использоваться оба варианта базирования. Искусственно созданный прилив с центровым отверстием в дальнейшем удаляется.

Величина допуска на диаметр базового пояска чертежом поршня не устанавливается, а назначается технологически. В общем случае допуск назначается технологически исполнимый, но не более чем 1/2 допуска соосности внутреннего диаметра канавок под поршневые кольца к общей оси цилиндрической наружной поверхности поршня.

Для выполнения ряда операций необходимо на поршне иметь угловую базу. Такой базой могу служить торцевые поверхности приливов под поршневой палец, если на поверхности юбки нет других конструктивных элементов (рис. 3.5).

Рис. 3.5.Угловые технологические базы на поршне

2.4.Типовой технологический процесс изготовления поршня в серийном производстве

000 Заготовительная операция (литьё в кокиль с последующим удалением литника и зачисткой заусенцев, возможна термообработка заготовки для стабилизации структуры металла и снятия внутренних напряжений в виде отжига).

005 Токарная операция (состоит в обработке наружной поверхности поршня для обеспечения равностенности и контроля массы заготовки).

71

010 Токарная операция (создание вспомогательных технологических баз для последующей обработки).

015 Токарная операция (производится предварительная обработка отверстия под поршневой палец: сверление, зенкерование, развертывание или растачивание для заготовок с отверстием, и растачивание стопорных канавок).

Обработка выполняется на специальных агрегатных станках с точностью исполнения размеров не ниже 9 квалитета.

020 Токарная операция (производится предварительное точение канавок под поршневые кольца, окончательное точение днища поршня).

025 Сверлильная операция (производится сверление дренажных отверстий для масла в кольцевых канавках).

030 Сверлильная операция (производится сверление отверстий для смазки, выходящих в отверстия под поршневой палец).

035 Фрезерная операция (обработка выточек для клапанов на днище поршня).

72

040 Токарная операция (производится чистовая обработка наружной поверхности поршня и канавок под поршневые кольца).

Чистовая обработка наружной овально-бочкообразной формы может выполняться на специальных станках по копиру с жесткой схемой «копир-щуп – заго- товка-резец» (рис. 3.6) или на станках с системой ЧПУ, оснащенных дополнительной приставкой.

Рис. 3.6. Кинематическая схема обработки поверхности поршня по жесткому копиру: 1 – жесткий копир; 2 – щуп; 3 – заготовка поршня; 4 – резец

По схеме обработки на рис. 3.6 копир и заготовка вращаются с одинаковой угловой скоростью. Перемещение щупа в горизонтальной плоскости вызывает перемещение резца на ту же величину. Щуп прижимается к копиру пружиной или гидроцилиндром.

При обработке овально-бочкообразной поверхности коротких поршней копир и заготовка поршня могут располагаться на одной оси последовательно.

Достоинством подобной схемы обработки является относительная простота конструкции станка.

К недостаткам относятся: сложность изготовления копира, неточности полученного профиля на поршне вследствие несовпадения точки контакта щупа и вершины резца в горизонтальной плоскости и смещение профиля по углу из-за не жёсткости системы рычагов в связке «копир-резец». При установке копира и поршня на одной оси последний из перечисленных недостатков (смещение по углу) снимается.

Всех этих недостатков практически лишена схема обработки на станках с ЧПУ. Дополнительное устройство, которым могут быть оснащены серийно выпускаемые станки, имеет дискретность перемещений порядка 2…5 мкм, что позволяет весьма точно воспроизводить заданный чертежом профиль поршня. Кроме того, при этом способе возможно совмещение обработки наружной поверхности с чистовой обработкой канавок под поршневые кольца.

045 Расточная операция (чистовое растачивание отверстий под поршневой палец и канавок под стопорные кольца). Выполняется на специальных прецизионных алмазно-расточных станках. В качестве баз используется наружная поверх-

73

ность юбки и днище поршня, что обеспечивает высокую точность взаимного расположения оси поршня с осями отверстий под поршневой палец.

050 Отделочная операция (раскатка отверстия под поршневой палец). Выполняется на специальном станке жесткой роликовой ли шариковой раскаткой с обеспечением шероховатости в пределах Ra = 0,63…0,8 мкм.

055 Подгонка поршней по весу, сортировка с маркированием весовой группы. Приведенная выше технология обработки поршня носит рекомендательный характер и не включает в себя моечные и слесарные операции, операции по сня-

тию фасок и промежуточного контроля.

2.5. Контроль качества поршней

Механическая обработка поршней в основном осуществляется на комплексных автоматических линиях, при этом контроль большинства параметров поршней в процессе обработки затруднен или невозможен. Поэтому контроль осуществляется поэлементно вне автоматической линии. Для комплексного окончательного контроля используются многомерные автоматизированные приспособления

(рис. 3.7).

Рис. 3.7. Многомерное приспособление для контроля поршней

Для контроля и корректировки веса используются специальные весы, оснащенные расточным инструментом для удаления излишков металла с юбки порш-

74

ня или внутренних бобышек для поршневого пальца (рис. 3.8). Точность подгонки по весу составляет ± 2 г.

Рис. 3.8 Весы для контроля и регулировки веса поршня

Для контроля и корректировки веса используются специальные весы, оснащенные расточным инструментом для удаления излишков металла с юбки поршня или внутренних бобышек для поршневого пальца (рис. 3.8). Точность подгонки по весу составляет ± 2 г.

3. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ ТИПА «ШАТУН»

3.1. Типовые технические требования, предъявляемые к шатунам

Шатуны являются передаточными звеньями шатунно-кривошипных механизмов различных машин, в основном поршневых двигателей внутреннего сгорания и компрессоров. При работе машины шатун находится под действием знакопеременных сил. Для сопротивления действующим силам и уменьшения влияния сил инерции шатун должен иметь достаточную жесткость, прочность и возможно меньший вес.

Общность служебного назначения определяет и основную общность конструкции различных шатунов, которая характеризуется наличием кривошипной (большой) и поршневой (малой) головок, соединенных стержнем (рис. 3.9, см. с. 76). Однако конструкция этих основных частей шатунов бывает различна. У большинства шатунов кривошипные головки работают на шейках коленчатых валов с трением скольжения и делаются разъемными. Кривошипные головки шатунов мотоциклетных двигателей работают с трением качения и выполняются неразъёмными. Кривошипные головки шатунов больших компрессоров в ряде случаев конструируются не только разъёмными, но дополнительно еще и отъёмными

75

от стержней шатунов. У шатунов автотракторных двигателей кривошипные головки больших размеров довольно часто делают с косым разъёмом, чтобы облегчить продевание большой головки через цилиндр двигателя при монтаже шатуна на коленчатом валу.

Рис. 3.9. Типовая конструкция автомобильного шатуна в сборе

Основные технические требования по точности изготовления шатунов:

–точность диаметров отверстий в поршневой и кривошипной головке – 6…8 квалитет;

–конусность и овальность отверстий не более 0,003…0,005мм;

–отклонение межосевого расстояния отверстий во втулке поршневой головки

икривошипной головки в пределах 0,06…0,2 мм;

–отклонение от параллельности осей отверстий головок не более 0,04…0,05 мм на длине 100 мм;

–отклонение от перпендикулярности торцов кривошипной головки относительно оси отверстия не более 0,05…0,1 мм на длине 100 мм;

–шероховатость поверхностей отверстия и сопрягаемых поверхностей разъема в пределах Ra = 0,63…1,25 мкм.

3.2. Способы получения заготовок и исходные материалы шатунов

Вкачестве материалов для шатунов низкооборотных ненагруженных двигателей используются углеродистые сплавы марок 40, 45, 45Х, 45ХН, 45ХФН, 45Г2 и т.д., а для двигателей, работающих с высокими степенями сжатия, используются легированные сплавы марок 18ХНМА, 18Х2Н4МА, 40ХНМА и т.д.

Шатуны двигателей в мелкосерийном производстве изготавливаются свободной ковкой или штамповкой в закрытых штампах, и все поверхности обрабатываются. Для повышения усталостной прочности и устранения рисок от механической обработки, являющихся местами концентрации напряжений, обработанные поверхности полируются или подвергаются дробеструйной обработке.

Всерийном и крупносерийном производстве заготовки шатунов, как правило, штампуются в многоручьевых закрытых штампах и подвергаются термической

76

обработке для получения необходимой твёрдости и механических свойств. Поверхности, которые не обрабатываются, должны выполняться с повышенной размерной точностью и не иметь дефектов типа «заковов», снижающих прочность детали.

Заготовки изготовляются цельными вместе с крышкой, отрезаемой при механической обработке, или с отдельной крышкой. При первом способе уменьшается расход металла и количество штампов, зато требуются штамповочное оборудование большей мощности, более сложные штампы и дополнительные операции механической обработки. Выбор способа получения заготовки обеспечивается тех- нико-экономическим расчётом.

Отверстие кривошипной головки обычно получается в заготовках с припуском на обработку. Отверстия поршневой головки шатуна получаются целиком механической обработкой или прошиваются в заготовках с припуском на обработку.

Штампованные заготовки шатунов и крышек автотракторных двигателей часто подвергаются калиброванию и чеканке.

Калибрование повышает точность заготовки по всему профилю, уменьшая погрешности установки заготовок на первых операциях механической обработки, и обеспечивает меньшую разность масс заготовок, что позволяет получить не только более высокое качество шатуна, но и уменьшение трудоемкости его механической обработки вследствие меньшего съема металла.

Чеканка торцов заготовок шатунов и крышек, обеспечивая точность расстояния между торцами ± 0,08…± 0,2 мм, обусловливает большую точность установки заготовок и позволяет исключить операцию обработки торцов лезвийным инструментом и обрабатывать торцы только шлифованием.

3.3.Типовой технологический процесс изготовления шатуна в серийном (крупносерийном) производстве

Последовательность обработки шатуна двигателя зависит от его конструкции, особенностей производства и вида заготовки. Шатуны, изготавливаемые из цельноштампованных заготовок, обрабатываются примерно по следующей технологической схеме:

000 Заготовительная операция включает: отрезку заготовки; многоручьевую штамповку; обрезку и зачистку заусенцев; термообработку; чеканку торцов кривошипной и шатунной головок; холодную правку на прессе.

005 Фрезерная операция (фрезерование торцов головок с двух сторон с созданием технологических баз для последующей обработки).

77

010 Протяжная операция (обработка площадок на боковых сторонах поршневой и кривошипных головок для создания комплекта технологических баз).

015 Специальная агрегатная (токарная) операция (сверление и растачивание отверстия в поршневой головке, растачивание отверстия в кривошипной головке с учетом ширины ее последующей разрезки).

020 Фрезерная операция (разрезание кривошипной головки дисковой фрезой с одновременным фрезерованием плоскостей под головки и гайки шатунных болтов).

025 Протяжная операция (протягивание плоскостей стыка шатуна и крышки).

030 Сверлильная операция (сверление, развёртывание, зенкерование фасок отверстий под болты в шатуне и крышке).

78

035 Шлифовальная операция (шлифование плоскостей стыка шатуна и крышки).

040 Слесарная операция (сборка шатуна и крышки на технологические болты). 045 Шлифовальная операция (окончательное шлифование торцов кривошип-

ной и поршневой головок).

050 Токарная операция (предварительное растачивание отверстия в кривошипной головке, окончательное чистовое растачивание отверстий в обеих головках).

055 Прессовая операция (установка бронзовой втулки в поршневую головку). 060 Токарная операция (тонкое алмазное растачивание отверстий в обеих го-

ловках).

065 Хонинговальная операция (хонингование отверстия в кривошипной головке).

070 Контрольная операция (контроль окончательный, подгонка шатуна по весу, разборка шатуна с зачисткой заусенцев, сборка шатуна с крышкой на штатные болты).

3.4.Особенности обработки плоскостей стыка шатуна и крышки

В конструкции шатунов двигателей используются различные варианты соединения плоскостей шатуна и крышки (рис. 3.10), что вносит изменения в технологические схемы обработки данных деталей.

Наиболее простым в технологическом отношении является плоский разъём (рис. 3.10, а). Конструкция характерна для двигателей небольшой мощности. Поверхности разъёма и полуотверстий обрабатываются набором протяжек, причем одновременно с этими поверхностями обрабатываются и боковые плоскости большой головки, которые в дальнейшем принимаются за временную технологическую базу.

Рис. 3.10. Варианты конструкций плоскостей стыка шатуна и крышки:

а) плоский разъём стыка с креплением двумя призонными болтами; б) хиртовое соединение с креплением на четыре шатунных болта; в) соединение в шип с креплением двумя шатунными болтами

79

В условиях массового производства плоскости разъёма подвергаются дополнительной обработке шлифованием для надёжного обеспечения плоскостности контакта.

Обработка хиртового разъёма (рис. 3.10, б, см. с. 79) производится методом глубинного шлифования. Предварительно обработанный шатун и крышка, с базой на полуотверстия, устанавливаются совместно в специальном приспособлении со смещением в радиальном направлении на величину, равную шагу.

Профилирование абразивного круга осуществляется алмазным роликом. Обработка соединения в шип (рис. 3.10, в) проводится на специальном верти-

кально-протяжном станке комплектами протяжек по специально разработанным схемам настройки.

3.5. Контроль качества шатунов

Шатуны контролируются после каждой операции и после полной обработки. После получистовой обработки отверстия в поршневой головке проверяются диаметр и перпендикулярность оси отверстия торцам головки. Для этого проводится проверка в двух плоскостях одновременно. Такая же проверка проводится после получистовой обработки отверстия в кривошипной головке индикатором

или щупом.

После обработки отверстий в кривошипной и поршневой головке проверяются расстояние между осями их отверстий и параллельность осей. Для этого применяется индикаторное приспособление. При хонинговании отверстий головок шатуна применяются методы активного контроля, что позволяет получать отверстия по 6 квалитету точности, настройка осуществляется по эталону или по первой обработанной детали.

При подгонке шатунов по массе взвешивается каждый шатун на специальных двухчашечных весах с соответствующими шкалами. Кривошипную головку шатуна кладут на одну чашку весов, а поршневую головку – на другую чашку, определив взвешиванием, какую массу металла надо снять с одной или с обеих головок шатуна. Снимается эта масса обычно фрезерованием с весовых бобышек, расположенных на головке шатуна.

Для тяжелых шатунов характерна сортировка по моментальному весу. Проверка и определение центра тяжести таких шатунов проводится на специальных установках соединенных со станком с ЧПУ. Результат взвешивания на установке передаётся в программу станка, которая определяет точное место и объём снимаемого металла. Допуск на «разновес» шатунов обычно в пределах

0,015…0,050Н.

80