8.3. Особливості механічної обробки розподільних валів

Механічна обробка розподільних валів автомобільних двигунів затруднена внаслідок їх низької жорсткості. Вони легко прогинаються і закручуються під дією сил різання, особливо при токарній обробці штампованих заготовок, коли видаляють великі припуски, і при шліфуванні валів. Тому при обробці розподільні вали встановлюють у люнети і застосовують токарні напівавтомати з центральними чи двосторонніми приводами заготовок.

При обробці штампованих заготовок валів у більшості випадків, крім обточування шийок і кулачків, доводиться проточувати проміжні шийки між кулачками й опорними шийками.

При обробці литих заготовок валів, отриманих у змішаних формах, токарній обробці піддають опорні шийки, шийку під розподільну шестірню, поверхню ведучої шестерні масляного насоса, торці шийок.

У валів, отриманих литтям в оболонкові форми, внаслідок високої точності цих заготовок, обробка основних поверхонь вала скорочується ще більше: після обробки базових поверхонь безпосередньо шліфують шийки і кулачки.

Поверхневе гартування шийок і кулачків валів ведеться звичайно на установках СВЧ, які встановлюють у потокових лініях механічної обробки.

Характерний план обробки штампованих заготовок валів автомобільних двигунів такий:

1) правлення заготовки на пресах;

2) фрезерування торців вала і свердління центрувальних отворів з двох сторін;

3) правлення з перевіркою в центрах на пресі;

4) обточування і шліфування середніх шийок під люнети;

5) підрізання торців кулачків і шийок, обточування крайніх шийок і кінців вала;

6) правлення вала;

7) попереднє шліфування крайніх шийок вала;

8) обробка встановлювальної бази для кутового орієнтування вала при обточуванні кулачків (свердління отвору у фланці чи фрезерування шпонкової канавки на передньому кінці вала);

9) обточування всіх кулачків і ексцентрика паливного насоса;

10) попереднє шліфування всіх кулачків і ексцентрика;

11) обробка гвинтових зубів шестерні приводу масляного насоса;

12) свердління масляних каналів;

13) обробка отворів у торці вала чи у фланці кріплення шестерні;

14) фрезерування чи проточування масляних канавок;

15) поверхневе гартування і відпускання шийок, кулачків і ексцентрика;

16) контроль твердості і правлення вала;

17) чистове шліфування шийок, кулачків, ексцентрика і кінців вала;

18) полірування шийок і кулачків або полірування кулачків і суперфінішування шийок;

19) миття;

20) контроль.

8.4. Методи обробки основних поверхонь розподільних валів

Обробка допоміжних баз. Перед центруванням валів, щоб видалити штампувальні ухили, нерівності та інші дефекти на торцях, виконують фрезерування торців. Цим забезпечується правильна робота центрувальних свердл на початку свердління - торці вала перпендикулярні до напрямку подачі свердла. Після цієї операції довжина вала знаходиться в межах 11...12 квалітетів.

У масовому виробництві для фрезерування торців валів застосовують двосторонні повздовжньо-фрезерні чи барабанно-фрезерні верстати безперервної дії, на яких фрезерують торці з двох сторін вала одночасно. Базують вал по двох крайніх опорних шийках, якими вал встановлюють на дві призми і притискають зверху.

Для центрування валів широко застосовують двосторонні центрувальні верстати чи фрезерно-центрувальні напівавтомати, на яких за один установ виконують і фрезерування торців, і центрування. Заготовки базують звичайно по крайніх шийках і по одному з оброблених торців.

Обточування шийок розподільних валів. Відомо, що через велику довжину вал при обробці може прогинатися і закручуватися. Тому в заготовок спочатку обточують шийки під люнети (для валів чотирьохциліндрових двигунів - одну середню, для шестициліндрових двигунів - дві чи три). Обробку здійснюють на токарних багаторізцьових напівавтоматах у центрах. Заготовки коротких і порівняно твердих валів приводять в обертання за крайню шийку чи фланець, заготовки довгих багатоопорних валів - з двох сторін. Одночасно з обточуванням шийок підрізають торці кулачків і шийок.

Після правлення заготовок і попереднього шліфування (чи чистового обточування) середніх шийок вала під люнет здійснюється токарна обробка інших шийок і обох кінців вала

На рис.8.2 показані схеми налагоджень напівавтоматів для обточування штампованого розподільного вала автомобільного двигуна. Підрізання кулачків і шийок, а також проточування неробочих шийок стальних валів малої твердості іноді виконують в окремій операції на спеціалізованих токарних напівавтоматах з двома супортами (переднім і заднім). Для валів малої жорсткості на цих операціях обертання заготовки виконують повідковим патроном за середню частину.

Рис.8.2. Схеми налагоджень токарних багаторізцьових напівавтоматів для обробки штампованих розподільних валів

Штамповані заготовки довгих валів через наявність великих припусків обточують за дві операції - попередню й остаточну. Шийки і кінці литих валів і порівняно коротких стальних валів, як і проміжні шийки, обточують за один раз.

Обточування кулачків. Після попереднього шліфування всіх опорних шийок стальних валів виконують токарну обробку кулачків і ексцентрика приводу паливного насоса.

Первинну обробку профіля кулачків виконують на спеціальних токарно-копіювальних напівавтоматах, причому всі кулачки обточують одночасно. Особливістю цих верстатів є застосування коливальних різцетримачів. При обробці кулачків кут різання різко змінюється (рис.8.3, а) і, щоб дотримати сталість заднього кута різання, різець у процесі обробки повертається у площині, перпендикулярній до осі вала. Різець 1, встановлений у різцетримачі 2, що є ланкою коливального паралелограма. Супорт під дією кулачка копірного вала 3 (рис.8.3, б), що обертається синхронно з оброблюваним валом, переміщається в напрямку, перпендикулярному до осі вала.

Рис.8.3. Точіння кулачків: а – точіння плоскої частини; б - робоча частина токарно-копіювального напівавтомата з різцетримачем

Оброблюваний вал разом зі столом верстата має повздовжню подачу. Зміна кутового положення різця здійснюється за допомогою копіра 4 спеціального вала, який також обертається синхронно з валом 3 і оброблюваним валом. Пружина 5 притискає супорт через ролик 6 до копірного вала.

Для кутового базування кулачків при їх обробці вал найчастіше встановлюють у передній бабці верстата по шпонковій канавці для приводу веденої розподільної шестерні. Шпонкову канавку перед обточуванням кулачків фрезерують на передньому кінці вала, орієнтуючи його в кутовому положенні відносно одного з необроблених кулачків (рис.8.4).

Рис.8.4. Фрезерування шпонкової канавки на хвостовику розподільного вала з кутовим орієнтуванням його по необробленому кулачку

Обробка масляних каналів і отворів у торцях і фланцях. Розподільні вали мають мастильні канали в опорних шийках і торцях. Опорний торець першої шийки також має канал для підведення масла до тертьових поверхонь. У передньому торці свердлять отвір і нарізають у ньому різьбу для болта кріплення шестерні розподілу; іноді різьбу нарізають на зовнішній поверхні переднього кінця вала. Обробку всіх цих поверхонь у масовому виробництві прагнуть об'єднати в мінімальній кількості операцій на агрегатних верстатах.

Наприклад, свердління масляних каналів і нарізування різьби на розподільному валі восьмициліндрового двигуна виконують на агрегатному верстаті, який має стіл з вертикальною віссю обертання. На ньому змонтовані три пристрої для затискання валів у горизонтальному положенні. Обробку здійснюють на двох робочих позиціях, третя - встановлювальна. На станині верстата змонтовані п'ять горизонтально розташованих агрегатних головок і дві вертикальні головки.

Заготовка на позиції 1 закріплюється і переміщається на позицію 2, на якій відбувається:

1) свердління в задньому торці вала осьового мастильного каналу діаметром 4,4 мм (горизонтальна головка 1);

2) свердління радіального отвору діаметром 3,6 мм у четвертій опорній шийці (горизонтальна головка 2);

3) свердління вертикального отвору діаметром 5,9 мм у першій опорній шийці і свердління вертикального отвору діаметром 3,6 мм у другій опорній шийці (вертикальна двошпиндельна головка 3);

4) нарізування різьби М12 на передньому кінці вала (горизонтальна головка 4 з різьбонарізною плашкою).

На позиції 3 у цей же час відбувається така обробка:

5) свердління вертикального отвору діаметром 2,8 мм у неробочій шийці за шестернею;

6) свердління вертикального отвору діаметром 3,6 мм у четвертій шийці (вертикальна головка 5 з двохшпиндельною насадкою);

7) свердління радіального отвору діаметром 3,6 мм у другій опорній шийці (горизонтальна головка 6);

8) свердління горизонтального отвору діаметром 2,8 мм в опорному торці першої шийки (горизонтальна головка 7).

Таким чином, одночасно обробляється дев'ять поверхонь вала з чотирьох сторін сімома агрегатними головками. При кожном повороті стола на 120° робітник знімає готову деталь. Продуктивність верстата - понад 150 валів у годину.

Шліфування шийок і кулачків. Шліфування шийок розподільних валів виконують на круглошліфувальних багатокругових напівавтоматах з автоматичним одержанням необхідного розміру й автоматичним правленням кругів.

У стальних заготовках валів, які термообробляються в механічному цеху, як правило, шийки шліфують тричі:

1) перед шліфуванням кулачків - для підготовки точних баз і підвищення точності заготовки перед термічною обробкою;

2) після термічної обробки – для усунення деформацій, викликаних термічною обробкою;

3) чистове шліфування.

Для заготовок валів, отриманих литтям в оболонкові форми, застосовується і триразове шліфування.

Шийки валів з сірого чавуна, які попередньо обточують, шліфують двічі: до шліфування кулачків і після нього.

Шліфування передньої шийки під розподільну шестерню виділяють в окрему операцію, часто поєднуючи її зі шліфуванням опорного торця передньої шийки (чи фланця). Зовнішню поверхню гвинтової шестерні приводу масляного насоса також шліфують.

Кулачки розподільних валів двигунів шліфують на копіювально-шліфувальних напівавтоматах послідовно один за другим за допомогою спеціального вала з копірами, які відповідають за профілем і кутовим положенням кулачкам оброблюваного вала.

На цих же верстатах шліфують і ексцентрик привода паливного насоса.

Стальні вали, у яких поверхня кулачків обточується, звичайно кулачки шліфують двічі - перед термобробкою і після неї; іноді кулачки шліфують тричі.

Литі вали з кулачками, виготовленими в кокілях, шліфують двічі послідовно на верстатах з кругами різної зернистості.

Найточніший метод встановлення валів при чистовому шліфуванні кулачків - це базування по шліфованих крайніх шийках у цангах, чим забезпечується висока співвісність шийок і кулачків. Однак при цьому потрібні часта перевірка цанг і їхнє шліфування. Іноді при шліфуванні кулачків і ексцентрика вал встановлюють у центрах.

Кутове базування вала здійснюється так, як і при обточуванні кулачків (по шпонковій канавці) чи шпилькою в отвір фланця вала. При шліфуванні кулачків вал підтримується люнетами, встановленими на двох-трьох середніх шийках. Обробка відбувається з радіальною подачею деталі на круг, який має невелике осьове коливальне переміщення для поліпшення чистоти поверхні. Застосовуються верстати, в яких попередня подача кола (радіальна) при наближенні до заданого розміру автоматично переключається на поздовжню подачу столу (виходжування).

Напівавтоматичні верстати для шліфування кулачків працюють за таким циклом:

1) встановлення деталі, її закріплення і пуск верстата;

2) переміщення столу в поздовжньому напрямку до підходу круга до першого кулачка (початок обертання деталі);

3) підведення шліфувального супорта до копіра (включення робочої швидкості деталі);

4) включення робочої поперечної подачі;

5) відведення столу з деталлю після отримання заданого розміру;

6) поздовжнє переміщення столу для підведення до шліфувального круга наступного кулачка і ролика супорта до наступного копіру.

Правлення круга відбувається автоматично у встановлювальній позиції столу під час зміни деталі.

При чистовому шліфуванні поверхонь кулачків прагнуть до одержання високої якості поверхні (без припалів, тріщин тощо), тому обробку ведуть дрібнозернистими кругами на малих подачах і швидкостях. Припуски на остаточне шліфування кулачків - 0,2...0,25 мм на сторону.

Обробка шийок і кулачків вала. Найрозповсюдженішою обробкою тертьових поверхонь розподільних валів у масовому виробництві є полірування абразивною стрічкою. Для цього застосовують спеціалізовані багатосупортні напівавтомати, на яких одночасно обробляють поверхні всіх шийок, кулачків і ексцентрика вала.