Иванов В.П._Фруцкий В.А. Технолог процессы в машиностр. Оборудование и технология высокоэффективных процессов обработки материалов Новополоцк пгу 2009
 Скачать 3.56 Mb.
|
|
Вопросы для самоконтроля 1. С какой целью классифицируют детали машин и их элементы? 2. Какова по- следовательность операций при изготовлении детали? 3. Определите роль технологиче- ской наследственности свойств при изготовлении деталей. 4. Какие средства применя- ют при контроле деталей? 85 2.2. Изготовление корпусных деталей 2.2.1. Служебное назначение, материал, устройство и классификация Корпусные детали – это базовые изделия, на которые устанавли- вают при сборке сборочные единицы и детали (в том числе подвижные) с необходимой точностью относительного положения (линейного и уг- лового). Корпусные детали ориентируют движущиеся детали агрегата при его работе. Точное относительное положение деталей агрегата в корпусной детали обеспечивают как в неподвижном (статическом) со- стоянии агрегата, так и в подвижном (динамическом) состоянии с плав- ным ходом и без вибраций. К корпусным деталям относят станины, блоки и головки цилиндров, картеры сцеплений, крышки распределительных шестерен, корпусы редук- торов, масляных и водяных насосов и др. Материал корпусных деталей, полученных из отливок, – серый чугун (СЧ18, -21, -24), ковкий чугун (КЧ45, -45), высокопрочный чугун (ВЧ50, -70) алюминиевый (АЛ4) или цинковый (ЦАМ) сплавы. Наиболее распространен первый вид материала. Материал корпусных деталей, работающих в агрессивных средах, содер- жит до 15 % Si или свыше 13 % Cr. Заготовки корпусных деталей получа- ют литьем или сваркой. Чаще применяют отливки, а сварные заготовки из листового и круглого проката получают в единичном и мелкосерийном производстве. При литье чугунных отливок применяют песчаные формы, оболочковые формы по выплавляемым или выжигаемым моделям. Отлив- ки из цветных металлов получают в кокилях (без давления) или пресс- формах (под давлением). Сборку агрегата начинают с установки корпусной детали на опоры сборочного стенда. Далее устанавливают сборочные единицы и комплек- тующие детали, используют крепежные детали. Это учитывают при конст- руировании корпусной детали. Условия работы корпусных деталей: – большие усилия и давление в соединениях с другими деталями; – вибрации опор и стенок от неуравновешенности агрегата; – выделение тепла в трущихся парах, приводимое к повышению тем- пературы детали. Отличительные признаки корпусных деталей: – коробчатая форма, необходимая для образования закрытого рабочего объема для размещения различных механизмов агрегата и запаса масла; – жесткие стенки толщиной 3…20 мм, подверженные статическим и динамическим нагрузкам с ребрами, приливами и бобышками, в которых 86 выполнены гладкие и резьбовые отверстия или прямолинейные направ- ляющие, внутренние перегородки; – наличие длинных отверстий, выполненных в собранных деталях (в том числе из разных материалов), когда плоскость соединения проходит через ось отверстий; – наличие стыковых плоскостей; – наличие большого числа резьбовых отверстий для соединения час- тей детали между собой и присоединению люков, крышек, фланцев и др.; – высокая точность размеров, формы и расположения основных ци- линдрических и плоских поверхностей. В корпусных деталях обеспечивают прочность и сплошность мате- риала стенок, геометрическую точность и взаимное расположение геомет- рических элементов. Наиболее сложная в технологическом отношении корпусная деталь двигателя – это блок цилиндров, который на операциях изготовления со- бирается с крышками коренных подшипников и картером сцепления. Эта сборочная единица не разукомплектовывается при эксплуатации и ремон- те. Точность размеров, формы и расположения стыковых поверхностей и отверстий оказывают решающее влияние на долговечность отремонтиро- ванного агрегата, поэтому эти показатели имеют жесткие значения. Так, например (рис. 2.2), показатели, определяющие надежность подшипников коленчатого и распределительного валов, имеют такие значения. Допуски на размеры отверстий соответствует 5 или 6 квалитету точности. Точность других параметров (ГОСТ 24643-81) определяется такими значениями: суммарный допуск круглости и профиля продольного сечения отверстий – 6 или 7 степень; параллельность общей оси подшипников распределитель- ного вала относительно крайних отверстий в коренных опорах – 8 или 9 степень, соосность средней коренной опоры относительно крайних – 5 или 6 степень. Шероховатость обработанных отверстий Rа 0,63 мкм. По служебному назначению и конструктивному исполнению кор- пусные детали делят на группы: – станины, столы, суппорты, ползуны с плоскими направляющими; – блок-картеры двигателей, компрессоров и насосов с направляю- щими цилиндрическими поверхностями и поверхностями под подшипники скольжения; – корпуса редукторов с отверстиями под подшипники качения; – корпуса центробежных насосов, турбин, задвижек с лекальными рабочими поверхностями и отверстиями под подшипники. 87 Рис. 2.2. Корпусная сборочная единица «блок цилиндров с гильзами и втулками» двигателя внутреннего сгорания с рабочим объемом 5,5 л: 1 – блок цилиндров; 2 – вставка гильзы; 3 – гильза цилиндра; 4 – уплотнительное кольцо; 5 – крышка коренного подшипника; 6 – поверхность коренной опоры; 7 – втулка распределительного вала 2.2.2. Технологический маршрут изготовления Схема технологического процесса изготовления корпусной детали следующая: – обработка баз; – черновая обработка плоских поверхностей и основных отверстий; – чистовая обработка плоских поверхностей; – смена баз; – сверление резьбовых, крепежных и базовых отверстий; – нарезание резьбы; – сборка и образование сборочной единицы с крышками и вспомога- тельными картерами; – чистовая обработка и отделка основных отверстий; – очистка от технологических загрязнений; – контроль. Как правило, корпусную деталь невозможно обработать от одних и тех же технологических баз. Их выбор предполагает анализ функций дета- ли, служебного назначения и размерных связей между основными поверх- ностями. Вначале получают временные базы, а в качестве первых баз вы- бирают основные функциональные поверхности (направляющие станин и 88 суппортов, поверхности отверстий цилиндров и др.). Первые базы обеспе- чивают снятие припуска минимальной толщины с основных поверхностей. При обработке большинства корпусных деталей происходит смена баз. В качестве новых баз применяют плоскую поверхность наибольших размеров и поверхности двух отверстий, расположенных на диагонали ука- занной плоскости на наибольшем расстоянии друг от друга, причем оси этих отверстий перпендикулярны приведенной плоскости. Черновая обработка плоских поверхностей – это их фрезерование, строгание, протягивание и точение, а основных отверстий и их элементов – фрезерование, точение, протягивание, зенкерование и растачивание. Наи- более распространено фрезерование и зенкерование поверхностей. Фрезе- рование на барабанно-фрезерных станках одновременно двух параллель- ных поверхностей обеспечивает наибольшую производительность обра- ботки. Поверхности строгают в единичном и мелкосерийном производстве. Растачиванием отверстий можно снимать большой неравномерный при- пуск несколькими резцами одновременно в литых заготовках. Затем следуют ряд операций, связанных с чистовой обработкой пло- ских поверхностей и базовых отверстий. Некоторые из обработанных эле- ментов станут новыми технологическими базами. Для обработки базовых отверстий применяют сверление, зенкерование и развертывание). Корпусная деталь содержит десятки или сотни резьбовых или глад- ких крепежных отверстий. В некоторых деталях имеются масляные кана- лы. Соответствующие операции выполняют на вертикально- или радиаль- но-сверлильных станках (в единичном и серийном производстве) в при- способлениях с кондукторными плитами или на агрегатных многошпин- дельных станках (в массовом производстве). Для уменьшения увода оси отверстий сверление выполняют в два или три перехода. На этом оборудо- вании также нарезают резьбу с принудительной осевой подачей инстру- мента, равной шагу резьбы. Затем собирают деталь с крышками и другими деталями и образуют сборочную единицу, в которой предусмотрены отверстия под подшипни- ки. Соответствующие резьбовые соединения собирают с приложением нормированного момента затяжки. В блоке цилиндров двигателя, например, опоры коренных подшипников пред- ставляют собой точное прерывистое по длине отверстие, выполненное одновременно как в блоке цилиндров, так и в привинченных крышках. Основные обрабатываемые элементы корпусной детали в этой части процесса – это плоские поверхности и поверхности отверстий под под- 89 шипники. Обработка этих элементов – наиболее ответственная часть про- цесса обработки детали. Чистовая обработка плоскостей – это шлифова- ние, а отверстий – растачивание, шлифование и хонингование. В ряде случаев перед шлифованием плоских поверхностей для по- вышения их износостойкости ведут поверхностную закалку ТВЧ. Растачивание отверстий – универсальная операция, применяемая в производстве любых типов. Растачивание лучше, чем какой-либо другой способ, обеспечивает прямолинейность обрабатываемого отверстия и бо- лее высокую точность его расположения относительно базы. Достигаются точность размеров до 6 квалитета, погрешности формы до 12 мкм (при об- работке отверстий диаметром 50…120 мм) и параметр шероховатости Ra до 2,5 мкм. С помощью борштанги можно растачивать прерывистые отвер- стия несколькими резцами, поочередно вступающими в работу. Разверты- вание после зенкерования и точения применяют в мелкосерийном произ- водстве. Развертыванием невозможно исправить положение оси обрабаты- ваемого отверстия. Внутреннее планетарное шлифование применяют для обработки отверстий свыше 100 мм. В процессе обработки шлифовальный круг вращается вокруг своей оси и совершает планетарное движение отно- сительно оси обрабатываемого отверстия. Продольная подача происходит путем перемещения стола с заготовкой, а поперечная – путем перемещения круга в радиальном направлении. На обработанных деталях находятся технологические загрязнения (стружка, зерна абразивного инструмента, остатки СОЖ, полировальные пасты и др.), которые способны в течение нескольких минут работы вы- звать отказ системы смазки изготовленного агрегата или отказ агрегата в целом. Детали, направляемые на сборку, должны быть очищены от этих загрязнений. Особое внимание уделяют очистке масляных каналов и внут- ренних полостей. Контрольные операции в конце процесса изготовления состоят из проверки чистоты детали, ее герметичности, размеров геометрических элементов и их взаимного расположения, шероховатости поверхностей. Размеры отверстий контролируют индикаторными нутромерами, а шеро- ховатость – профилометрами. Взаимное расположение поверхностей изме- ряют индикаторными средствами. Особое внимание уделяют чистоте и герметичности масляных каналов. Герметичность каналов и стенок детали проверяют на стенде. 90 Вопросы для самоконтроля 1. Приведите классификационные признаки корпусных деталей. 2. Какова по- следовательность операций при изготовлении корпусной детали? 3. Какое оборудова- ние применяют для обработки точных отверстий? 4. Какими параметрами регламенти- руют обработку отверстий хонингованием? 2.3. Изготовление валов 2.3.1. Общие сведения о валах Валы служат в машинах для передачи момента и преобразования движений (вращательного во вращательное, вращательного в поступатель- ное или наоборот). Наиболее сложные детали этого класса – это коленча- тые (рис. 2.3) и распределительные валы. Детали имеют такие конструк- тивные элементы: шейки с галтелями, кривошипы, кулачки, зубья, шлицы, шпоночные пазы, торцы, стыки и отверстия. Рис. 2.3. Схема и основные требования к качеству и расположению поверхно- стей коленчатого вала: 1 – щека, 2 – шейка Оси в отличие от валов не передают крутящие моменты и нагружены только поперечными силами и изгибающими моментами. Оси имеют часть перечисленных конструктивных элементов, принадлежащих валам. Валы изготавливают из конструкционных углеродистых улучшае- мых (стали 45, 40Г, 50Г и др.) и цементуемых (стали 20, 20Г и др.) или конструкционных легированных (18ХНВА, 38ХМ, 38ХМЮА, 40ХН и др.) 91 сталей или высокопрочного чугуна (ВЧ50, ВЧ70). Шейки и кулачки валов закаливают ТВЧ на глубину 1,5...3,5 мм до твердости 36...60 HRC. В качестве заготовок валов в единичном и мелкосерийном производ- стве применяют отрезанные прутки. Из них изготавливают валы с неболь- шим числом ступеней и незначительной разницей их диаметров. При уве- личении объемов выпуска, а также при изготовлении валов сложной фор- мы и с большой разницей диаметров ступеней применяют заготовки, полу- ченные способами пластического деформирования (ковкой, штамповкой). Коэффициент использования материала в последнем случае достигает 0,95. Штучную заготовку из прутка целесообразно заменять штампованной, ес- ли указанный коэффициент повышается не менее чем на 5 %. У деталей обеспечивают расположение, форму, размеры, шерохова- тость и усталостную прочность элементов и износостойкость трущихся поверхностей. При изготовлении осей нет необходимости обеспечивать усталостную прочность элементов. Точность обработки шеек и кулачков 5…7 квалитет, шероховатость поверхностей Rа 0,32...0,63 мкм, точность углового расположения кулач- ков и кривошипов ±7,5', допуск на радиус кривошипов +0,05 мм, биение средних шеек относительно крайних до 0,02 мм. 2.3.2. Технологический маршрут обработки валов Последовательность технологических операций изготовления дета- лей следующая: – термическая обработка (улучшение); – подрезка торцов и выполнение центровых отверстий; – черновая обработка резанием; – закалка шеек ТВЧ; – правка; – обработка зубьев, шлицев, пазов и отверстий; – чистовая обработка резанием; – упрочнение шеек и галтелей; – отделка шеек; – балансировка; – очистка от технологических загрязнений; – контроль. Улучшение (закалка с высоким отпуском) для среднеуглеродистых сталей обеспечивает приближение их структуры к равновесному состоя- нию и получение грубозернистой феррито-цементитной смеси (сорбит), 92 имеющей достаточные прочностные свойства, высокую ударную вязкость и наилучшую обрабатываемость резанием. Первая операция механической обработки валов – это подрезка тор- цов и получение центровых отверстий с базированием заготовки по необ- работанным крайним шейкам. Операцию выполняют на универсальных токарных или фрезерно-центровальных станках. Наружные поверхности ступенчатых валов обтачивают на токарных (в том числе с ЧПУ), токарно-копировальных многорезцовых станках и полуавтоматах, одношпиндельных и многошпиндельных автоматах. Ка- навки и галтели прорезают резцами, расположенными на поперечных суп- портах. На большинстве операций в качестве технологических баз приме- няют центровые отверстия. После черновой обработки ведут упрочняющую термическую (хи- мико-термическую) обработку. Термическая обработка чаще представляет собой закалку трущихся шеек ТВЧ. Трущиеся элементы ответственных де- талей могут проходить цементацию или азотирование с последующей за- калкой и отпуском. Виды химико-термической обработки согласуют с ма- териалом заготовки. Правка заготовки необходима для придания прямолинейности ее оси, что в свою очередь позволяет уменьшить величину припусков на об- работку и дисбаланс детали. Стальные валы правят под прессом с прило- жением статической нагрузки. Чугунные валы правят с нагревом или соз- данием преимущественно сжимающих напряжений в объеме одной шейки (поэлементная правка). Для исключения трещин при правке статической нагрузкой целесообразна правка наклепом – нанесением ударов клепаль- ным молотком по поверхностям щек. Установки 01.01.112 и 05.12.226 «Ремдеталь» для правки, соответственно, ко- ленчатых и распределительных валов обеспечивают точность 0,02 мм. Последняя уста- новка позволяет осуществлять правку в автоматическом режиме. Зубчатые венцы обрабатывают на зубодолбежных или зубофрезер- ных станках. Шпоночные пазы получают обработкой на фрезерных стан- ках пальцевыми и дисковыми фрезами в приспособлениях. Осевые отвер- стия получают на токарных и вертикально-сверлильных станках, а ради- альные или наклонные отверстия – на радиально-сверлильных. Эвольвент- ные шлицы можно получить на зубофрезерных станках с последующим шлифованием. Прямобочные шлицы нарезают фрезерованием, строганием, протягиванием и холодным накатыванием. Последний способ обеспечива- ет наибольшую прочность шлицев. 93 В качестве технологических баз у распределительных валов исполь- зуют центровые отверстия и боковую поверхность шпоночного паза, а у коленчатых валов при обработке шатунных шеек – дополнительно корен- ные шейки. Шейки валов шлифуют на универсальных (3М151), специализиро- ванных (3В423) и специальных станках. Недостатком обработки на стан- ках первых двух видов является односторонний привод заготовки со сто- роны передней бабки, что приводит к ее деформации во время обработки. Этот недостаток устранен в специальных станках ХШ 2-01 и ХШ 2-16 с двухсторонним приводом обрабатываемого вала со стороны передней и задней бабок. Последние станки обеспечивают равномерную подачу шли- фовальной бабки на деталь. Нецилиндричность поверхности до 0,005 мм достигается выхаживанием детали в течение 5...7 ее последних оборотов. Уменьшение конусообразности, овальности и седлообразности шеек коленчатого вала с 0,01 до 0,006 мм повышает срок службы вкладышей в 2,5…4,0 раза. Повышение точности поверхностей деталей достигается применением средств активного контроля в процессе обработки. В услови- ях ремонтного производства используют эти средства для деталей типа вал на шлифовальных станках, оснащенных механическими, пневматическими или индуктивными приборами. На рис. 2.4 показана скоба для измерения диаметра шеек вала при их шлифовании. Рис. 2.4. Скоба для измерения диаметра шеек валов при их шлифовании: 1 – опоры детали; 2 – винт; 3 – пружина; 4 – головка индикаторная; 5 – опора; 6 – пружина 94 Скобу устанавливают на кожухе шлифовального круга с помощью кронштейна. Устройство ориентируют относительно обрабатываемой де- тали с помощью опор 1 из твердого сплава. Измерительное перемещение от детали передается посредством штанги с твердосплавными наконечни- ками к стержню индикаторной головки 4 с ценой деления 0,001 мм. Изме- рительное усилие значением 4…5 кН создается пружиной 3. Усилие при- жима неподвижных наконечников обеспечивается пружиной 6. Скобу ус- танавливают напротив середины шлифовального круга, это положение ре- гулируют с помощью опоры 5. Ослабив болт 2, регулируют размер между опорными элементами скобы на размер обработки. Шейки обрабатывают при положении скобы, установленной на обрабатываемую деталь. Диаметр шейки измеряют в процессе обработки без остановки станка. Кулачки распределительного вала шлифуют на специальном копи- ровально-шлифовальном станке 3М433У. Установочно-копирная наладка изготовляется отдельно для каждого типоразмера детали. Угловое пере- мещение заготовки относительно оси ее вращения перед шлифованием ку- лачков производят с помощью делителя, который установлен на шейке под шестерню и ориентирован шпонкой в пазу. Усталостную прочность обеспечивают поверхностным пластическим деформированием. Операция предусматривает создание остаточных сжи- мающих напряжений в поверхностном слое, в котором уничтожаются суб- микроскопические трещины, являющиеся возможными источниками уста- лостного разрушения. Заключительные операции обработки резанием (суперфиниширова- ние и полирование) служат для удаления разупрочненного на предыдущих операциях тонкого слоя и достижения необходимой шероховатости по- верхности. На полирование шеек оставляют припуск 0,005 мм. Для поли- рования шеек, например, коленчатых валов, применяют станки типа 3875 или специальные станки СШ-4516. В качестве инструмента используют шлифовальные шкурки на тканевой основе 0,2 Э 600 30 УГТ 23А М50-Н СФ Ж А ГОСТ 13344-79. При отсутствии специального полировального оборудования применяют ленточно-полировальные головки, которые ус- танавливают на шлифовальные станки, или изготовляют собственными силами станки с войлочными кругами или жимками. В последнем случае в качестве абразивного материала служит абразивная паста. Усталостную прочность шеек валов повышают наклепом за счет по- верхностного пластического деформирования: обкатыванием и алмазным выглаживанием. Наибольшее применение получило обкатывание роликами. 95 Предел выносливости коленчатого вала двигателя Д-50 повышается в 1,57...1,67 раза в результате обкатывания галтелей профильным подпружиненным роликом, изго- товленным из твердого сплава Т15К6. Усилие упрочнения составляет 7,5...11,0 кН, ось ролика составляет с осью детали угол 36 о Алмазное выглаживание придает поверхностям высокие износостой- кость и усталостную прочность. С увеличением силы выглаживания высо- та микронеровностей уменьшается до определенного предела, а затем мо- жет несколько возрасти за счет перенаклепа поверхности и ее разрушения. Усталостная прочность при этом повышается более чем в два раза. Изготовленный вал должен быть статически и динамически сбалан- сирован. При балансировке определяют амплитуду и фазу колебаний по- следовательно двух опор вращающегося вала на балансировочных станках моделей, например, БМ-4У, КИ-4274, МС-9716 или фирмы Schenk (Герма- ния). В каждой из двух плоскостей коррекции высверливают металл, масса которого пропорциональна измеренной амплитуде колебаний соответст- вующей опоры заготовки. В заключение контролируют следующие параметры деталей: твер- дость трущихся поверхностей; размеры (диаметр и длину) шеек и шерохо- ватость их поверхностей; диаметры фланца и отверстий под болты и под- шипник; длины от базового торца до торцов шеек; ширину шпоночных па- зов; биения всех соосных цилиндрических поверхностей относительно крайних шеек; радиусы кривошипов; угловое расположение всех криво- шипов и кулачков относительно шпоночного паза. Параметры расположения измеряют на индикаторных приборах соб- ственного изготовления, остальные параметры – универсальными средст- вами или калибрами. Вопросы для самоконтроля 1. Приведите назначение и требования к изготовлению валов. 2. С чего начина- ется обработка вала? 3. Каким образом обеспечивают усталостную прочность вала при его изготовлении? 4. Какими параметрами расположения регламентируют качество из- готовления вала и как их измеряют? 2.4. Изготовление гильз и дисков 2.4.1 Заготовки, материалы, технические требования Распространенный материал вставных гильз цилиндров (рис. 2.5) – серый СЧ24 или износостойкий чугун ИЧГ-33М твердостью 197...241 HB. Возможно применение гильз цилиндров со вставками в верхней их части из нирезистового чугуна, содержащего 16…17 % Ni, 7,8…8,5 % Cu и 1,8…2,2 % Cr. Наибольшему изнашиванию подвержено зеркало цилиндра 96 в его верхней части. Диаметр отверстия в гильзе цилиндра обрабатывают по 6...7 квалитетам с шероховатостью Ra 0,32…0,16 мкм. Предусматрива- ют сортировку гильз на размерные группы диаметра отверстия, при этом допуск размера уменьшают до 0,010…0,012 мм. Однако групповая взаимо- заменяемость деталей обусловливает высокие требования к форме их эле- ментов, образующих соединения. Погрешности формы в этом случае со- ставляют долю допуска на размер детали, входящей в размерную группу, а не долю допуска на изготовление детали. Биение центрирующих поясков и стыков относительно поверхности отверстия 0,03…0,08 мм. Рис. 2.5. Гильза цилиндра (размерными линиями указаны контролируемые размеры) Заготовка гильзы цилиндра – штучная отливка. Детали типа дисков – это тела вращения с малым отношением длины к диаметру (1/8 и менее). К деталям этого типа относят, например, махови- ки и шкивы. Детали первого вида наиболее сложные. Процесс изготовления деталей рассмотрим на примере обработки маховиков. Материал маховика – чугун серый СЧ18 твердостью НВ 170…229. Основная конструкторская база – поверхность отверстия и пло- ский торец, обработанные с точностью 6...7 квалитета до шероховатости Ra 2,5…1,25 мкм. Рабочие трущиеся поверхности обработаны до шерохо- ватости Ra 0,32…0,16 мкм, их торцовое биение не более 0,08 мм на радиу- се до 150 мм, плоскостность до 0,05 мм. Маховики и шкивы проходят ста- тическую балансировку, допустимый дисбаланс до 20 г·см. 2.4.2. Технологические маршруты обработки Технологический процесс изготовления гильзы цилиндра автомо- бильного двигателя включает такие операции: – точение центрирующих поясков и подрезка торца (станки- полуавтоматы 1А730, 1Н713, НТ309); 97 – зенкерование отверстия на четырехшпиндельном станке 8А676; – копирное точение наружной поверхности, прорезание канавок и подрезка второго торца на станке 1А730; – испытание гильзы на герметичность водой, нагретой до температу- ры 80…90 о С, под давлением 0,4 МПа на стенде; – черновое растачивание отверстия (специальные станки ОС419, ОС3700 шестишпиндельный); – чистовое точение; – чистовое растачивание; – предварительное хонингование на специальном двухшпиндельном шестипозиционном станке СС429; – предварительное шлифование поясков на станке ХШ1-01; – точение фасок и канавок на станке 1А730; – окончательное хонингование на станке 3М83; – окончательное шлифование поясков; – очистка от технологических загрязнений; – контроль. Механическая обработка зеркала гильзы состоит из растачивания и хонингования. Гильзу цилиндра растачивают резцами с пластинками из твердого сплава ВК-3 или ВК-6 при частоте вращения шпинделя 300 мин –1 и его подаче 0,1 мм/об. СОЖ – Аквол-11. Производительность обработки повышается, а шероховатость поверхности уменьшается за счет применения инструмента из сверхтвердых материалов, например, эльбора-Р при частоте вращения шпинделя 750 мин –1 или гексанита-Р при 1200 мин –1 При обработке заготовок инструментом из сверхтвердых материалов СОЖ не приме- няют. Заготовки при обработке закрепляют в пневматических приспособ- лениях. Перпендикулярность оси зеркала гильзы и допустимое биение ее центрирующего пояска относительно зеркала цилиндра обеспечивают ба- зированием и обработкой. Плосковершинное хонингование гильз цилиндров состоит в том, что два перехода обработки обеспечивают микропрофиль поверхности с впа- динами-рисками и чередующимися площадками. Впадины-риски получа- ют в первом переходе при использовании брусков с искусственными алма- зами АСК зернистостью 250/160 или 200/160 на металлической связке. Глубина впадин составляет 7…10 мкм. Во втором переходе применяют бруски с алмазами АСО зернистостью 28/20 или 20/14 на металлической связке М1. Шероховатость опорной поверхности между рисками составля- ет Ra 0,32 мкм. 98 Средство активного контроля размера отверстия при хонинговании (рис. 2.6) в своем составе имеет жесткий калибр 1. Этот калибр движется вместе с хонинговальной головкой и при достижении диаметром обраба- тываемого отверстия заданного значения входит в него и вызывает сраба- тывание электроконтактного преобразователя 2, который выдает сигнал на прекращение обработки. Приработочный износ гильз уменьшается в 3 раза при внедрении антифрикционного хонин- гования. Оно заключается в том, что после двух операций хонингования (чернового и чистового) поверхность обрабатывают брусками, содержа- щими приработочные антифрикционные мате- риалы (графит, дисульфид молибдена). Для за- крепления покрытия на зеркале цилиндра в зону обработки вводят порцию водорастворимого по- лимера «Композит-81» через отверстия хонинго- вальной головки. На контрольной операции перспективно применение пневматических длинномеров для измерения внутреннего диаметра гильз цилинд- ров и сортировки их на размерные группы. Технологический процесс изготовления ма- ховика следующий: – обработка заготовки с одной стороны на токарном шестишпиндельном токарном полуав- томате 1Б284. В качестве технологических баз приняты торцовая поверхность и необрабатываемая внутренняя цилиндри- ческая поверхность. Распределение работ по позициям следующее: I – то- чение наружной цилиндрической поверхности и растачивание углубления; II – черновая подрезка рабочей поверхности; III – точение поверхности от- верстия; IV – подрезка поверхности под торцы гаек; V – чистовая подрезка рабочей поверхности; VI – вспомогательная позиция для установки и сня- тия заготовки; – обработка заготовки с другой стороны на токарном шестишпин- дельном токарном полуавтомате 1Б284. В качестве технологических баз приняты торцовая рабочая поверхность и наружная цилиндрическая по- верхность. Распределение работ по позициям следующее: I – подрезка тор- цов; II – черновое точение поверхности под венец; III – чистовое точение поверхности под венец; IV – черновое растачивание поверхности под фла- Рис. 2.6. Схема уст- ройства для контроля размеров при хонингова- нии: 1 – жесткий калибр; 2 – электроконтактный преобразователь 99 нец коленчатого вала; V – чистовое растачивание поверхности под фланец коленчатого вала; VI – вспомогательная позиция для установки и снятия заготовки. Чистовую подрезку торца ведут от центра к периферии (для уменьшения выпуклости); – сверление на агрегатном станке 4-х отверстий под болты коленча- того вала, 6-ти отверстий под болты сцепления и метки на ободе для уста- новки зажигания, нарезание резьбы в 6-ти отверстиях; – шлифование торцовой рабочей поверхности на станке на двух- шпиндельном полуавтомате непрерывного действия: – зенкерование торца под фланец коленчатого вала на станке 2Н135; – балансировка на станке 9675; – очистка от технологических загрязнений; – контроль. Вопросы для самоконтроля 1. Приведите назначение и требования к изготовлению гильз цилиндров. 2. С че- го начинается обработка гильзы цилиндра? 3. Какое оборудование применяют для об- работки наружных поверхностей гильзы цилиндра? 4. Изложите суть плосковершинно- го хонингования зеркала цилиндра. 2.5. Изготовление шатунов, рычагов и коромысел 2.5.1. Заготовки, материалы, технические требования Шатуны участвуют в преобразовании поступательного движения во вращательное, а рычаги и коромысла – в передаче поступательного движе- ния. Детали этого типа снабжены втулками. Шатуны карбюраторных двигателей изготовлены из сталей 40, 45, 40Х, 45Г2, 40ХМА, 18ХНМА и др. Материал втулок – бронза ОЦС 4-4-2,5, АЖ 9-4, материал болтов – сталь 35ХМА, 38ХА, 40Х и др. Твердость ма- териала шатуна 228...268 HB. Рычаги и коромысла изготавливают из сталей 45, 45Л, материал их втулок такой же, как и материал втулок шатунов. Твердость закаленного бойка коромысла составляет 56...60 HRC. Элементы деталей (сборочных единиц): головки (в ряде случаев с крышками), в которых выполнены точные отверстия под установку вкла- дышей и отверстия под болты, одно- и двутавровые стержни, трущиеся бойки. Ширину головок шатуна по технологическим соображениям вы- полняют, как правило, одной ширины. В деталях имеются гладкие и резь- бовые отверстия. В отверстия головок могут быть запрессованы втулки. Тонкостенные втулки изготавливают из листового материала толщиной 1 мм штамповкой. 100 Допуск на размер отверстий головок шатуна под вкладыши соответ- ствует 5...6 квалитетам, допуск на расстояние между осями этих отверстий и на параллельность их осей соответствует 8...9-й степени точности. Ше- роховатость поверхностей отверстий и бойков Rа 0,16 мкм. Шатун в сборе имеет допуск массы 4 г на кг массы сборочной единицы, головки взвеши- вают отдельно друг от друга, а допуск на массу головок равен 2 г/кг. Мас- сы головок доводят до нормативных значений отдельно друг от друга. Заготовки шатунов получают ковкой или штамповкой, а сложных по форме коромысел и рычагов – дополнительно литьем в оболочковые фор- мы по выплавляемым моделям. Последний способ обеспечивает получение заготовок массой до 3 кг шероховатостью поверхностей Rz 20…10 мкм и с припусками на обработку 0,2…0,7 мм. Небольшое количество заготовок получают на молотах, фрикционных и кривошипных прессах в подклад- ных штампах. При больших объемах производства заготовки получают в закрытых штампах на кривошипных прессах и горизонтально-ковочных машинах. В этом случае они имеют необходимую текстуру, минимальные припуски на обработку; ряд поверхностей обработки не требует. Заготовки крышек шатунов или изготавливают отдельно, или штампуют вместе с те- лом шатуна, а затем отрезают. У деталей обеспечивают перпендикулярность торцов к осям отвер- стий, поэтому торцы обрабатывают в первую очередь. 2.5.2. Технологические маршруты обработки Технологический процесс изготовления, например, шатуна автомо- бильного двигателя УМЗ-451М на Ульяновском моторном заводе включает: – предварительное шлифование торцов на агрегатном пятишпин- дельном специальном станке; – протягивание плоскостей под головки болтов; – сверление и растачивание отверстия верхней (поршневой) головки на агрегатном станке АМ9229; – зенкование (снятие фаски) отверстия верхней головки на станке 2Н118; – протягивание поверхностей отверстия нижней (кривошипной) го- ловки и стыка с крышкой; – сверление отверстия в верхней головке для подвода масла на стан- ке 2Н118; – протягивание плоских поверхностей на верхней головке; – шлифование стыковой поверхности с крышкой на плоскошлифо- вальном станке 3Е772; 101 – сверление и развертывание отверстий под болты в шатуне и крыш- ке на агрегатном станке АБ0219; – цекование площадок под болты в крышке на станке 2Н118; – сверление масляного отверстия в нижней головке и обработка зам- ка в четырех позициях на агрегатном станке; – сборка шатуна с установкой болтов и затяжкой гаек моментом 68…75 Нм на стенде; – шлифование торцов на плоскошлифовальном станке 3П722; – запрессовывание втулки в отверстие верхней головки на гидравли- ческом прессе; – зенкование отверстия в запрессованной втулке на станке 2Н118; – растачивание отверстий в нижней и верхней головках на специаль- ном станке КК-2458; – взвешивание головок шатуна для принятия решения о снятии с них лишней массы металла на весах 24-У-99462 ГАЗ; – фрезерование приливов на головках для подгонки массы на станке 6Н80 в приспособлении; – хонингование отверстия в нижней головке на станке 3М833; – развертывание отверстия в верхней головке на станке 2Н118; – очистка от технологических загрязнений в струйной машине; – контроль шатунов и их сортировка на размерные группы отверстия верхней головки (допуск размерной группы 2,5 мкм). Шатуны сортируют на размерные группы отверстия под поршневой палец с помощью пневматического измерительного стенда. На автомо- бильных заводах (например, КамАЗ и ЗИЛ) имеется оборудование для контроля шатунов, в котором пневматические пробки установлены на ста- нине таким образом, что их оси параллельны и находятся друг от друга на расстоянии, равном номинальному межосевому расстоянию между отвер- стиями шатуна. На таком оборудовании дополнительно измеряют расстоя- ние между осями в детали, а также непараллельность осей в двух коорди- натных плоскостях. Окончательную обработку резанием и контроль шатунов ведут в термоконстантных помещениях при температуре 20 ± 3 о С. Нормативная точность параметров расположения основных поверх- ностей шатунов при их изготовлении может быть обеспечена механиче- ской обработкой в такой последовательности. Отверстие в кривошипной головке хонингуют с ориентированием инструмента по обрабатываемой поверхности, что обеспечивает снятие наименьшего припуска. Заготовку 3 102 (рис. 2.7) при растачивании отверстия под поршневой палец устанавлива- ют на оправку 4, рабочий торец которой перпендикулярен к опорной ци- линдрической поверхности. Заготовку с оправкой 4 ориентируют относи- тельно шпинделя с помощью оправки 2 и в таком положении детали к ней и оправке прикладывают силы закрепления P' з и P" з . Выводят оправку 2 из отверстия заготовки и его поверхность растачивают за счет вращения шпинделя с резцами с угловой частотой вращения ω и подачей S. Обработ- ка шатуна по приведенной схеме обеспечивает снятие равномерного при- пуска и параллельность осей отверстий в головках шатуна в пределах ус- тановленного допуска 0,04 мм на 100 мм длины. Рис. 2.7. Схема установки ша- туна на горизонтально-расточной станок КК-1454 при обработке от- верстия в верхней головке: 1 – шпиндель; 2 – центрирующая оп- равка; 3 – заготовка; 4 – установоч- ная оправка; ω и S – угловая часто- та и подача шпинделя; P' з и P" з – силы закрепления Изготовление рычагов и коромысел содержит ряд операций, приведен- ных ранее. Бойки коромысел при изготовлении закаливают ТВЧ, шлифуют на плоскошлифовальном станке 3722П или на заточном станке 3642 в при- способлении и полируют. Отверстие в запрессованной втулке растачивают. Вопросы для самоконтроля 1. Приведите особенности устройства шатунов. 2. С чего начинается обработка ша- туна? 3. Каким образом обеспечивают параллельность осей шатуна? 4. Как обеспечивают уравновешенность агрегата, в который входят шатуны в качестве составных частей? 2.6. Изготовление зубчатых колес 2.6.1. Назначение, классификация и материал Зубчатые колеса служат в механизмах для передачи крутящего мо- мента между валами с параллельными, пересекающимися или перекрещи- 103 вающимися осями. Различают силовые зубчатые передачи с изменением частоты вращения валов и кинематические для точной передачи враща- тельного движения между валами при небольших значениях крутящего момента. Зубчатые передачи нашли широкое применение в технике. Их используют в редукторах, коробках скоростей, передач и подач, бабках станков, измерительных устройствах и др. Зубчатые колеса классифицируют по форме, виду зубьев и размерам. По форме зубчатые колеса бывают: – одновенцовые с отношением длины l базового отверстия к его диаметру d большим единицы (l/d > 1); – одновенцовые с отношением l/d < 1; – многовенцовые с отношением l/d > 1; – в виде сборочных единиц из колес, напрессованных на ступицу или вал; – в виде валов-колес. Колеса бывают прямозубыми, косозубыми и кривозубыми. В зави- симости от значения диаметра окружности выступов колеса относят к од- ной из четырех размерных групп (мм): до 50, от 50 до 200, от 200 до 500, свыше 500. Если колесо установлено на валу неподвижно, то крутящий момент от вала к колесу (или обратно) передают с помощью шлицев или шпонки. В подвижном на валу колесе выполняют канавку для приводной вилки, а торцы этого колеса закругляют. Зубчатые колеса изготавливают, как правило, из углеродистых или легированных (40Х, 30ХГТ, 20ХНМ и др.) сталей, но в ряде случаев – из чугуна, бронзы или пластмассы. Необходимую поверхностную твердость зубьев обеспечивают термической или химико-термической обработкой (закалкой, цементацией, цианированием и др.). Например, цилиндрические зубчатые колеса 5...6-й степеней точности изготавливают из сталей 12ХН3А, 20Х, 25ХГТ (для нитроцементации), 18ХГТ (для цементации) 40Х и 40ХФА (для закалки). Штучные заготовки зубчатых колес получают или отрезанием из проката, или свободной ковкой, или штамповкой в открытых и закрытых штампах и на горизонтально-ковочных машинах. В поковках и штампов- ках образуется благоприятная структура материала. Заготовки, получен- ные на горизонтально-ковочных машинах по форме приближены к дета- лям, в этом случае достигается наилучшее использование материала. Заго- товки зубчатых колес в отдельных случаях получают и методами порош- ковой металлургии. 104 Точность диаметра отверстия колеса – 6 – 7-й квалитеты, биение ра- бочей поверхности зубьев относительно поверхности отверстия 0,005…0,015 мм. Шероховатость поверхности отверстия и зубьев Ra 1,25…0,32 мкм. 2.6.2. Основные параметры зубчатых колес Все параметры и термины зубчатых колес стандартизованы. Исходный контур – геометрический контур инструмента (ГОСТ 13355-81) в виде рейки, с помощью которого могут быть получены эволь- вентные профили зубчатых колес. Основная окружность (d b1 , d b2 ) – окружность, с которой «развертыва- ется» эвольвента. Начальная окружность (d w1 , d w2 ) – окружность, которой катится ко- лесо без скольжения при работе. Делительная окружность (d 1 , d 2 ) – окружность, которой катится ко- лесо без скольжения при обработке. Шаг зацепления t – расстояние между двумя параллельными плоско- стями, касательными к двум смежным одноименным профилям зубчатого колеса. Модуль m – отношение шага зацепления к числу π. Все размеры зубчатого зацепления пропорциональны его модулю. Установлены численные значения допусков для степеней точности зубьев от 3 до 12. Для каждой степени точности цилиндрических зубчатых передач, колес и червяков устанавливают показатели (табл. 2.2): – кинематической точности; – плавности работы; – контакта зубьев; – бокового зазора. Для 1-й и 2-й степеней точности колес допуски и предельные откло- нения параметров не приведены. Кинематическая погрешность – это разность между действитель- ным и номинальным углами поворота измеряемого колеса на его рабочей оси в зацеплении с образцовым колесом. Циклическая погрешность – это составляющая кинематической по- грешности колеса, периодически многократно повторяющаяся за один оборот. Длина общей нормали – расстояние между двумя параллельными ох- ватывающими губками, касательными к двум разноименным профилям зу- бьев. Между губками оказывается примерно 1/9 общего количества зубьев. 105 Таблица 2.2 Показатели кинематической точности, плавности работы, контакта зубьев и бокового зазора для цилиндрических зубчатых передач по ГОСТ 1643-81 и ГОСТ 9178-81 Показатель точности или комплекс Степень точности По нормам кинематической точности Наибольшая кинематическая погрешность зубчатого колеса 3 – 8 Накопленная погрешность шага колеса Накопленая погрешность k шагов 3 – 8 3 – 6 Погрешность обката колеса Радиальное биение зубчатого венца 3 – 8 Колебание длины общей нормали Радиальное биение зубчатого венца 3 – 8 Колебание длины общей нормали Колебание измерительного межосевого расстояния (МОР) за оборот колеса 5 – 8 Погрешность обката колеса Колебание измерительного МОР за оборот колеса 5 – 8 Колебание измерительного МОР за оборот колеса Радиальное биение зубчатого венца Наибольшая кинематическая погрешность зубчатой передачи 9 – 12 7 – 12 3 – 6 По нормам плавности Местная кинематическая погрешность колеса Циклическая погрешность зубцовой частоты колеса 3 – 8 5 – 8 Отклонение шага зацепления колеса Отклонение профиля зуба колеса 3 – 8 Отклонение шага зацепления колеса Отклонение шага колеса 3 – 8 Колебание измерительного МОР на одном зубе колеса Отклонение шага зацепления колеса Отклонение шага колеса Местная циклическая погрешность колеса Циклическая погрешность зубцовой частоты в передаче 5 – 12 9 – 12 9 – 12 3 – 8 3 – 8 По нормам контакта зубьев Погрешность направления зубьев 3 – 12 Суммарная погрешность контактной линии колеса 3 – 12 Отклонение от параллельности осей передачи 3 – 12 Перекос осей передач 3 – 12 Суммарное пятно контакта передачи 1 – 11 По нормам бокового зазора Гарантированный боковой зазор все виды соединений Наименьшее дополнительное смещение исходного контура и допуск то же Наименьшее отклонение средней длины общей нормали и допуск то же Наименьшее отклонение длины общей нормали и допуск то же Наименьшее отклонение толщины зуба и допуск то же Предельное отклонение МОР то же Наименьшее отклонение размера по роликам и допуск то же Отклонение МОР то же 106 2.6.3. Технологический маршрут изготовления Последовательность механической и термической обработки при изго- товлении зубчатых колес 6-й степени точности диаметром 80…200 мм с моду- лем 2,5…5,0 мм из стали 18ХГТ в среднесерийном производстве следующая: – предварительная токарно-револьверная обработка в два установа; – нормализация для измельчения зерна и уменьшения деформаций: нагрев до 960 ± 10 о С, выдержка 1,5…2,0 ч, охлаждение на воздухе; – черновая обработка резанием (включая нарезание зубьев, протяги- вание шлицев, долбление паза); – очистка; – операционный контроль перед термической обработкой; – термическая обработка – цементация (нитроцементация), закалка, отпуск. Толщина упрочненного слоя 1,0…1,8 мм. Температура нагрева для цементации 930 ± 10 о С, для нитроцементации 870 ± 10 о С. После цемента- ции следует закалка в масле (температура 60…80 о С) или закалка с нагре- вом ТВЧ. Затем следует отпуск при температуре 190 ± 10 о С в течение 2 ч; – чистовая обработка резанием; – искусственное старение в электрической масляной ванне: масло веретенное 3, температура нагрева 150 ± 10 о С, время выдержки 8…10 ч; – отделка гладких поверхностей; – отделка зубьев; – очистка, контроль и консервация (при необходимости). В качестве первой технологической базы выбирают необрабатывае- мую внутреннюю поверхность обода колеса (для колеса с большими раз- мерами) и торец или поверхность окружности выступов и торец. Большин- ство операций ведут с базированием по отверстию (двойная направляющая база) и торцу (опорная база). При обработке колес распределительных ме- ханизмов, валы которых ориентированы при работе в угловом отношении, в качестве базы используют боковую поверхность шпоночного паза. Бази- рование по отверстию дает наиболее короткую технологическую цепь и обеспечивает наиболее точное расположение начальной окружности коле- са относительно его оси вращения. Чистовую обработку зубьев ведут на круглой оправке с конусностью 0,0001 и биением не более 3 мкм. Предварительную обработку зубьев ведут фрезерованием или долб- лением. Фрезерование зубьев – основной способ их получения. Оно вы- полняется червячной фрезой на одно- и двухшпиндельных зубофрезерных станках. Для многовенцовых колес, когда нет свободного выхода для фре- зы, применяют зубодолбление. Обработку зубьев колес 5 – 6-й степеней 107 точности заканчивают шлифованием, а зубьев колес 7 – 8-й степеней – ше- вингованием зубьев до термической обработки. В настоящее время за ру- бежом вместо шевингования используют зубохонингование. Затем снима- ют заусенцы и доводят отверстие. 2.6.4. Контроль зубчатых колес Параметры отверстия измеряют универсальными средствами. Ре- зультаты контроля зубьев характеризуют кинематическую точность, плав- ность работы, контакт зубьев и боковые зазоры. Конструкции приборов, применяемых для измерения основных параметров, следующие. Измерение кинематической и циклической погрешностей. Эта погреш- ность определяется разностью между действительным и номинальным угла- ми поворота измеряемого колеса. С помощью прибора (рис. 2.8) сравнивают- ся углы поворота двух систем, одна из которых состоит из зубчатых колес 1 и 2, а вторая – из фрикционных дисков 3 и 4, обеспечивающих точную переда- чу вращения с заданным передаточным отношением. Разность углов поворо- та определяется показаниями прибора линейных перемещений. Измерения погрешности шага. Накопленная погрешность шага оп- ределяется непосредственными измерениями на угловых шагомерах или с применением универсальных приборов для угловых измерений. На рис. 2.9 приведена схема прибора, в котором контролируемое колесо устанавлива- ется на одном валу с угломерным лимбом. Профиль колеса взаимодейству- ет с измерительным наконечником миниметра или индикатора. После по- ворота колеса на угловой шаг (φ = 2π/z) наконечник возвращают в исход- ное радиальное положение и по разности крайних показаний определяют накопленную погрешность шага. Рис. 2.8. Прибор для измерения ки- нематической и циклической погрешно- стей зубчатого колеса: 1 – контролируемое колесо; 2 – эталонное колесо; 3 и 4 – фрикционные диски Рис. 2.9. Прибор для измерения по- грешности шага 108 Измерение радиального биения зубчатого венца. Биение зубчатого вен- ца определяют относительным измере- нием радиального положения измери- тельного наконечника (рис. 2.10) по от- ношению к оси зубчатого колеса. Изме- рительный наконечник может иметь трапецеидальную форму зуба рейки (выполненного по исходному контуру), усеченного конуса с углом при вершине 2α или сферического наконечника с диаметром около 1,5m. Раз- ность показаний прибора при различных угловых положениях проверяемо- го колеса принимается за величину радиального биения. Радиальное бие- ние зубчатого венца прямозубых колес может определяться смещением ролика, закладываемого поочередно во впадины между зубьями колеса. Измерение длины общей нормали. Колебание длины общей нормали ха- рактеризует составляющую кинемати- ческой погрешности колеса. Параметр измеряют с помощью нормалемера (рис. 2.11), имеющего неподвижную плоскую и параллельно ей подвиж- ную измерительную губки. Значение параметра отсчитывают по микро- метрической шкале. Измерение смещения исходного контура и толщины зуба. Радиальное положение исходного контура опреде- ляет дуговую толщину зуба. Тангенци- альные зубомеры (рис. 2.12) снабжены двумя губками с измерительными гра- нями, составляющими между собой угол, равный двойному углу зацепле- ния. Расстояние между губками изме- ряют шкалой с нониусом или рычажно- зубчатой головкой. На биссектрисе уг- ла расположена ось микрометрической головки. При измерении устанавливают высоту измерений, а затем из- меряют длину хорды. Рис. 2.10. Прибор для измере- ния радиального биения зубчатого венца Рис. 2.11. Прибор для измере- ния длины общей нормали Рис. 2.12. Прибор для измере- ния смещения исходного контура и толщины зуба 109 Измерение межосевого расстояния (МОР). Длину МОР определяют на межцентрометрах с беззазорным зацеплением поверяемого и измери- тельного колеса. Ось одного колеса в приборе неподвижна, а другого – имеет возможность перемещаться в перпендикулярном к ней направлении на плавающем суппорте. Колебания измерительного МОР за один оборот проверяемого ко- леса характеризует радиальное биение зубчатого колеса. Колебание МОР на один зуб зависит от шага, а в некоторых случаях и от профиля зацепления. Вопросы для самоконтроля 1. Приведите основные параметры зубчатого колеса. 2. С чего начинается обра- ботка зубчатого колеса? 3. Какими группами параметров определяют качество изготов- ления зубчатых колес? 4. Как измеряют длину общей нормали зубчатого колеса и ме- жосевое расстояние пары зубчатых колес? |