Реферат: Изготовление коленчатых валов
Фрезерование торцов и сверление центровых отверстий в зависимости от объема выпуска коленчатых валов можно производить аналогичными способами, рассмотренными в разделе обработки ступенчатых валов, а также шпинделей. Технологическими базами на этих операциях являются наружные цилиндрические поверхности опорных шеек и один из торцов коренной шейки (чаще расположенной посередине).
Технологические опорные базы в виде фрезерованных площадок на щеках коленчатого вала можно обрабатывать как после предварительной обработки коренных шеек, так и до их обработки.
При большой программе выпуска все три операции подготовки технологических баз для последующей обработки коленчатого вала можно выполнять на специальных многошпиндельных станках и автоматических линиях.
4. Токарная обработка коренных и шатунных шеек.
Коренные шейки, которые в дальнейшем используют в качестве технологических баз для обработки шатунных шеек и других поверхностей, можно обрабатывать на обычных токарных станках, но, так как коленчатый вал является недостаточно жесткой деталью и при обработке имеет тенденцию изгибаться и скручиваться под действием сил резания, особенно при одностороннем приводе токарных станков, то для обработки коренных шеек многоколенных валов применяют специализированные станки, у которых для уменьшения изгибающего и скручивающего моментов предусмотрен центральный или двусторонний привод.
Обработку вала обычно начинают со средней коренной шейки и с плоскостей, прилегающих к ней щек. Для этой операции может быть применен полуавтомат мод. 1К857 с передней и задней ведущими бабками, который позволяет при необходимости производить настройку на обработку двух шатунных шеек и смежных с ними торцов щек. Вал устанавливают в центрах и крепят с двух сторон в гидравлических патронах с осевой фиксацией по переднему торцу. Обработку ведут широкими и фасонными резцами с переднего и заднего суппортов методом врезания (рисунок 4). Частота вращения шпинделя станка по мере приближения резцов к оси вращения меняется. За время каждого цикла автоматически меняется и подача суппортов, что имеет важное значение при изменении глубины резания из-за штамповочных уклонов. Так, при обработке быстрорежущими резцами коленчатого вала СМД-55, штамповочного из стали марки 45, станок настраивали на трехкратное изменение частоты вращения n1 =31, n2 =48 и n3=31 об/мин, что соответствует скоростям резания: v1 =17,5, v2=19,4 и v3=9,45 м/мин и соответственно трехкратному автоматическому изменению подачи суппортов: s1=1,2, s2=0,8 и s3=0,15 мм/об.
Для обработки всех коренных шеек, а также фланца и ступенчатого хвостовика коленчатого вала применяется токарный полуавтомат мод. 1840 с центральным приводом. Вал устанавливают в центрах с осевой фиксацией по торцу (рисунок 5) и обтачивают методом врезания с передних и задних суппортов. Станок также позволяет в процессе обработки автоматически менять режимы резания для поддержания оптимальных условий.
Не менее трудоемкой и сложной операцией является обтачивание шатунных шеек, которые должны быть с определенной точностью ориентированны по отношению к коренным шейкам. В качестве технологических баз для этой операции выбирают поверхности уже обработанных коренных шеек и базовые площадки на крайних щеках коленчатого вала, с помощью которых определяется его угловое положение. Шатунные шейки можно обтачивать попарно (по две шейки, лежащие на одной оси вращения) или одновременно все. На этой же операции подрезают плоскости, прилегающие к шейкам щек. В первом случае можно использовать ранее описанные станки с двухсторонним приводом, однако при этом применяют специальное приспособление, позволяющее совместить оси обрабатываемых шатунных шеек с осью вращения шпинделя, причем ось коренных шеек при установке вала в это приспособление смещается по отношению к оси вращения вала на радиус кривошипа.
Для одновременного обтачивания всех шатунных шеек используют станки специализированного назначения, у которых количество рабочих суппортов соответствует количеству обрабатываемых шатунных шеек. При этом вал вращается вокруг оси коренных шеек, а суппорты, кинематически связанные с копировальными коленчатыми валами, синхронно вращающимися с обрабатываемым валом, перемещаются вместе с шатунными шейками.
Наиболее производительным способом одновременного обтачивания шатунных шеек многоколенчатых валов является обработка их на двухпозиционном полуавтомате мод. 1Б841(рисунок 5). Коленчатый вал на станке базируется по двум крайним коренным шейкам, торцу и базовым площадкам на щеках и поддерживается люнетом под средние коренные шейки. Закрепляется вал от гидравлического устройства. На этом станке можно обрабатывать валы при различном сочетании операций;
подрезание торцов щек и обтачивание шатунных шеек на обеих позициях одновременно (в этом случае станок работает как двух поточный);
подрезание щек на одной позиции станка, а обтачивание шатунных шеек – на другой (в этом случае обработка ведется последовательно с «перекладкой> вала с одной позиции на другую).
Однако такие двухпозиционные станки имеют существенные недостатки. Обработку них производят быстрорежущими резцами, так как применение оснащенного твердым сплавом инструмента не позволяет эффективно использовать его режущие свойства вследствие значительных сил инерции, которые возникают у суппортов при высокой частоте вращения обрабатываемых валов. Много времени уходит на смену затупившегося инструмента (до 40-80 мин), особенно когда в наладке для обработки одного вала принимает участие большое количество резцов (до24). Затруднительна и переналадка станка на обработку вала другого типа. По всей вероятности это послужило причиной создания высокопроизводительной автоматической линии для обработки шатунных шеек коленчатого вала, которая состоит из четырех станков, на каждом из которых обтачивается одна определенная шейка (фирма Wickes Taсhine Tool, США).
Вал на станках линии базируется коренными шейками и торцовыми поверхностями. В угловом положении вал ориентируется по одной из шатунных шеек. Станки имеют по два приводных шпинделя, между которыми устанавливается обрабатываемый вал. Шатунная шейка обрабатывается одновременно двумя резцами, установленными в двух суппортах. На одном суппорте установлен резец для подрезки торцов шеек двумя круглыми пластинками и обтачивания средней части шейки одной широкой твердосплавной пластиной. На другом суппорте установлен резец с двумя твердосплавными пластинками для обтачивания крайних частей шейки. На смену резцов затрачивается около 5 мин. Станки позволяют бес ступенчато изменять частоту вращения шпинделя и подачу суппортов. Линия сравнительно легко переналаживается на обработку валов других типов.
На некоторых зарубежных автомобильных и тракторных заводах в последнее время цилиндрические поверхности шатунных шеек (а иногда и в коренных ), а также плоскости прилегающих шеек стали обрабатывать фрезерованием.
Австрийская фирма GFM выпускает станки различных видов для черновой обработки шеек и чистовой обработки щек коленчатых валов с радиусами кривошипов от 60 до 280 мм фрезами большого диаметра (450-110мм) со вставными, тангенциально расположенными твердосплавными ножами. Существенным недостатком является сложность инструмента и его заточки. Кроме того, прерывистое резание не обеспечивает требуемую шероховатость поверхности при достаточно высокой производительности. Увеличение же шероховатости при фрезеровании вынуждает увеличивать припуск на шлифование, что может оказаться менее экономичным.
5. Обработка внутренних плоскостей и смазочных каналов.
Различные отверстия в шейках, в шейках и фланцах коленчатого вала в зависимости от программы выпуска обрабатывают на вертикальных и радиально- сверлильных станках и на автоматических линиях. В подавляющем большинстве случаев технологическими базами на этих операциях являются цилиндрические и боковые поверхности опорных шеек и для угловой ориентации –базовые площадки шеек, а также наружные поверхности или отверстия соответствующих шатунных шеек.
Отверстия масляных каналов в шейках обычно небольшого диаметра (6-8 мм) при значительной глубине (до 250 мм), поэтому при сверлении их требуется многократные вводы и выводы сверл из отверстий для удаления стружки и охлаждения инструмента.
Отверстия переднего и заднего концов вала при сравнительно небольших масштабах выпуска можно сверлить в две операции на вертикально –сверлильном станке с многошпиндельными головками в многопозиционных приспособлениях (для заднего конца) и на токарно-револьверных станках с установкой вала в патроне по фланцу ив люнете по первой коренной шейке (для сверления отверстия в заднем конце).
В производствах со значительным масштабом выпуска сверление смазочных отверстий, сверление и на резание резьбы на шатунных шейках и фрезерование шпоночных пазов в коленчатых валах производят на автоматических линиях, скомпонованных из агрегатных станков. При этом на одних линиях заготовки обрабатывают в приспособлениях-спутниках, на других - в стационарных приспособлениях.
По проекту СКБ-6 станкозаводом им.Орджоникидзе изготовлена автоматическая линия для обработок сверлением коленчатого вала двигателя СМД –55 с длительностью цикла 1 мин . Линия состоит из девяти многошпиндельных многопозиционных станков, связанных между собой жестким транспортом в виде шагового транспортера с собачками. Применяемый в линии инструмент взаимозаменяемый и его настройка производится вне линии по эталонам, что значительно сокращает время на его бесподналадочную замену . Смена инструмента принудительная по сигналам специальных счетчиков, настраиваемых на определенное количество проработанных циклов. Весь инструмент линии разбит на четыре группы по стойкости и соответственно этому установлены четыре счетчика. По сравнению с неавтоматизированным производством для повышения стойкости инструмента режима резания занижены на 10-15%
Аналогичная автоматическая линия 1Л90-А и 1Л90-Б для обработки камер грязесборников, смазочных каналов и фрезерование шпоночного паза коленчатого вала автомобильного двигателя ЗИЛ-130 изготовленного заводом им. Орджоникидзе по проекту СКБ-1.
Высокой точности (порядка 2-го класса) требует обработка отверстия под подшипник первичного вала расположенного со стороны фланца. Кроме того, техническими условиями предъявляются строгое требование перпендикулярности торца поэтому предварительно обработанное отверстие под подшипник подвергают окончательному тонкому растачиванию и для выполнения поставленных технических условий одновременно производят подрезку торца фланца. Для этого применяют специальные инструментальные головки.
6. Шлифование и отделка шеек коленчатых валов.
Высокие требования точности шеек коленчатых валов диаметральным размерам (1-2-й классы), геометрической формы (овальность и конусность в пределах 5-12 мкм) и шероховатости поверхности (9-10-й классы чистоты) достигаются шлифовальными и отделочными операциями.
Шлифовать коренные шейки сравнительно жестких одно-коленчатых и двух коленчатых валов можно и на обычных кругло шлифовальных станках. Однако ,как правило, шейки валов шлифуют на специализированных станках. При шлифовании коренных шеек вал устанавливают в центрах с применением люнетов.
При достаточно больших масштабах выпуска коренные шейки шлифуют на многокамневых станках, имеющих автоматический цикл врезного шлифования с выхаживанием, правкой круга и прибором активного контроля (рисунок6). Многокамневое шлифование предъявляет большие требования к однородности шлифовальных кругов в комплекте. Круги имеют диаметр 1000-1100 мм и ширину 25-85мм.
Шатунные шейки шлифуют обычно одним кругом поочередно. В качестве технологической базы выбирает поверхность коренных шеек , а для угловой ориентации-отверстия во фланце или, реже, базовой площадке на шейках колен.
Шлифуют на станках двусторонним приводом, причем при установке в приспособлении ось коренных шеек смешена от оси вращения шпинделя на величину радиуса кривошипа.