Технологія виготовлення важелів, вилок і шатунів

Размещено на http://www.allbest.ru/

Технологія виготовлення важелів, вилок і шатунів

1. Службове призначення та конструктивні різновиди

важіль вилка шатун заготовка обробка

Важелі, коромисла, собачки, повідки, ручки, прихвати та інші подібні деталі є кінематичними ланками механізмів машин, приладів і технологічного оснащення і належать до деталей типу важелів. Важелі, здійснюючи коливальний або обертовий рух, передають необхідні сили і забезпечують задані закони руху з'єднаних з ними деталей. Для досягнення певного положення важеля (рис. 1, а, б) і при повороті його базування в механізмі здійснюється за подвійною напрямною базою: циліндричним або конічному посадочним отвором 3, іноді шліцьовим (рис. 1, в). Інші циліндричні та нарізні отвори 4 (рис. 1, а-е), осі яких паралельні (рис. 1, г-е) чи перпендикулярні (рис. 1, а, б), осі отвору 3 служать допоміжними базами і забезпечують базування приєднуваних деталей механізму. Для закріплення цих деталей і самого важеля 1 (риc. 1, г), часто передбачають пази для стягування важеля кріпильними деталями. За допомогою торців 5 важелів забезпечується його осьове положення. Оскільки важіль не сприймає значних осьових навантажень, то достатньо, щоб один з його торців був опорною базою. Однак в процесі роботи механізму невідомо, яким із торців важіль буде підтискатись і базуватись зі сполучуваними деталями. Тому обробляють обидва торці. Забезпечення перпендикулярності цих торців осі отвору 3 запобігає заклинювання важеля при його хитанні під час роботи.

Рис. 1. Конструкції важелів та вилок

Для створення визначеності базування та закріплення важеля 1 в осьовому і кутовому положенні необхідно мати поперечний отвір 6 для кріпильної деталі.

Низка важелів для дії на з'єднувані деталі має виконавчі поверхні 2 (рис. 1, а-в) криволінійної форми.

Розрізняють вилки двох видів: вилки перемикання і вилки шарнірних з'єднань.

Вилки перемикання 8 (рис. 1, ж) призначені для зміни кінематичних і динамічних зв'язків машин шляхом осьового зворотно-поступального пересування муфт, зубчастих коліс та інших подібних деталей. Такі вилки 8 з обох боків мають плоскі виконавчі поверхні 10, за допомогою яких при перемиканні передачі досягається контакт зі сполучуваними деталями з одного боку вилки 8 по всіх поверхнях 10. Для забезпечення мінімального перекосу вилки 8 її потрібно базувати в механізмі за основною базою - високоточним отвором 3, тобто за подвійною напрямною базою. Для цього вилка 8 повинна мати бобишку 11 значної довжини. Щоб вилка 8 могла виконувати своє службове призначення, її виконавчі поверхні повинні бути перпендикулярними до осі отвору 3.

Базування та закріплення вилки 8 у кутовому і осьовому положенні здійснюється за допомогою отвору 9, розташованому в бобишці так, що його вісь перпендикулярна осі отвору 3.

Вилки шарнірних з'єднань рухомих деталей машин (рис. 1, з-к) для виконання ними службового призначення мають вушка 13 зі співвісними зазвичай циліндричними отворами 12 для базування за подвійною напрямною базою з'єднувальних шарнірних осей. Базування самої вилки 8 також виконується за подвійною напрямною базою, а саме: за хвостовиком 15 (рис. 1, к) зі шліцьовою, конічною або циліндричною зовнішньою чи внутрішньої поверхнею або за бобишкою 16 з отвором 17 (рис. 1, і), вісь якого перпендикулярна до осей отворів 12 у вушках 13 (рис. 1, к) чи паралельна їм (рис. 1, з).

Ці вилки звичайно закріплюються на деталях завдяки пружній деформації хвостовика 15 (рис. 1, к) при затягуванні нарізних деталей в отвір 6 бобишки 14. Для збільшення пружної піддатливості у вилки часто прорізують паз шириною (40,2)…(6,50,2) мм з параметрами шорсткості поверхонь Rz = 40 мкм.

Особливості конструкції поворотних кулаків полягають у тому, що співвісні отвори, подібні отворам 12 вилок шарнірних з'єднань (рис. 1, к) розташовані, як правило, не під прямим кутом до осі конічного хвостовика з циліндричними посадочними східцями під підшипники.

Шатуни є ланками шатунно-кривошипних механізмів, головним чином поршневих двигунів внутрішнього згоряння і компресорів, де вони служать для передачі сили від поршня та перетворення його зворотно-поступального руху в обертовий рух колінчастого вала двигуна, в компресорах навпаки - обертовий рух вала перетворюється у зворотно-поступальний рух поршня, який стискає повітря для подачі його під тиском. В технологічному плані шатуни можна також віднести до групи важелів.

При роботі шатуни піддаються дії значних знакозмінних робочих навантажень і сил інерції. Для цього шатун повинен мати достатню міцність та жорсткість при якомога можливій масі.

Спільність службового призначення шатунів визначає їх конструктивну спільність: наявність великої (кривошипної) та малої (поршневої) головок, з'єднаних тілом 1 з ребрами по периферії (рис. 2). Проте, конструктивне виконання цих елементів може бути різним. Більшість шатунів має рознімні кривошипні головки, причому у автотракторних двигунів (в яких встановлення шатунів в картер через циліндр утруднене із-за значних розмірів кривошипних головок) роз'єм виконують під кутом до площини симетрії шатуна для зручності його встановлення. Кривошипні головки шатунів великих компресорів у ряді випадків конструюють не тільки рознімними, але й від'ємними від стиржнів, що створюють тіло шатуна.

При складених колінчастих валах з використанням підшипників кочення, як в мотоциклетних двигунах, можливе застосування нерознімних кривошипних головок шатунів.

Рис. 2. Шатун: 1 - тіло; 2 - кришка;
3 - втулка; 4 - болти; 5 - гайки

В кривошипні головки шатунів для зниження тертя ковзання встановлюють вкладиші з антифрикційним покриттям.

Кришку 2 - від'ємну частину кривошипної головки - базують за площиною рознімання тіла шатуна 1 і закріплюють за допомогою призонних болтів 4 з гайками 5 чи за допомогою уступів у місці стискання кришки 2 з тілом 1 шатуна.

Поршневу головку шатунів виконують переважно нерознімною, в неї запресовують бронзову біметалічну (сталь-бронза) чи з капроновою сітчатою стрічкою втулку 2. У великих шатунах в деяких випадках застосовують вставні вкладиші, які закріплюють спеціальними клинами. Для припасування комплекту шатунів швидкоходових машин за масою на них передбачають бобишки, з яких за необхідності знімають метал.

Тіло шатунів звичайно має двотавровий переріз і тільки у великих шатунів іноді - круглий переріз, причому в середині них можуть бути мастилопровідні отвори, що з'єднують поверхні тертя головок шатуна.

2. Технічні вимоги до важелів, вилок і шатунів

Важелі та вилки. В залежності від службового призначення деталі її отвори, що є основними і допоміжними базами, повинні бути виготовлені в межах допусків Н6-Н11, а відхилення міжосьових відстаней не повинні перевищувати (0,05…0,50) мм.

Осі отворів для допоміжних баз деталі повинні бути паралельними чи відповідно перпендикулярними до осі отвору - основної бази, допустиме відхилення від - 0,02100 до 0,10100.

Для забезпечення прилягання торців бобишок важелів і вилок з'єднань до сполучуваних деталей і зниження контактних напружень ці торці повинні бути перпендикулярними до осей відповідних отворів, допустиме відхилення - від 0,1100 до 0,3100, а параметр шорсткості їх поверхні Ra = 0,32…1,25 мкм.

Виконавчі поверхні важелів перемикання для забезпечення потрібного з'єднання з поверхнями пересувних деталей повинні бути перпендикулярними до осі отвору - основної бази, допустиме відхилення - від 0,05100 до 0,10100, а параметр шорсткості поверхні Ra = 0,63…2,5 мкм, для важелів-коромисел клапанів - від Ra = 0,63 мкм до Rz = 40 мкм.

Параметр шорсткості поверхні отворів Ra = 0,63…2,5 мкм, а відхилення їх форми - звичайно в межах допуску на діаметр.

Для збільшення терміну служби твердість виконавчих поверхонь цих деталей встановлюють НRС (40-50)…(50-5).

Шатуни. Для забезпечення роботи шатунів у двигунах чи компресорах внутрішня поверхня вкладишів кривошипних головок повинна прилягати до відповідних шатунних шийок колінчастого вала, а втулки чи вкладиші поршневих головок - до пальців поршнів. Для цього необхідно, щоб вісь отвору поршневої головки була паралельна осі отвору кривошипної головки і, крім того, повинні бути забезпечені певна точність діаметральних розмірів, форми і параметр шорсткості отворів обох головок.

Допустиме коливання маси кожної головки і тіла шатуна автомобільних і тракторних двигунів в комплекті не повинно перевищувати 2…5 г, а всього комплекту шатунів - 4…10 г.

Міцність шатунів гарантується правильним вибором матеріалу і виконанням вимог до їх макро- і мікроструктури.

Основні технічні вимоги на шатуни регламентовані для різних машин державними стандартами.

У відповідності з державними стандартами отвори під втулку, що запресовується, і отвір в неї під поршневий палець двигуна повинні бути виготовлені за посадками Н7-Н8. Для підвищення точності поршневого пальця автомобільні шатуни сортують на групи за діаметром отвору втулок з інтервалом 2,5 мкм, а тракторні шатуни - згідно з заводськими ТУ. Відхилення від циліндричності отвору втулки в шатуні не повинно перевищувати 2,5 мкм для бензинових двигунів і 2/3 допуску на його діаметр для дизельних двигунів. Параметр шорсткості поверхні отвору втулки Rz = 2…6,3 мкм.

Отвори під вкладиші в кривошипних головках шатунів повинні бути виготовленні за посадками Н6-Н7. Допуски циліндричності отворів - не більше 4…6 мкм для бензинових двигунів і 2/3 допуску на діаметр для дизельних шатунів, а Rz = 2…6,3 мкм.

Допуск співвісності отвору запресованої втулки з отвором в кривошипній головці не повинен перевищувати 0,04…0,05 мм на довжині 100 мм для бензинових двигунів і 0,03…0,05 мм на тій же довжині для дизельних. Допуск паралельності цих осей 0,02…0,04 мм на довжині 100 мм.

Відхилення міжосьової відстані у шатунів для окремих типів  (0,03…0,10) мм.

Допуск перпендикулярності торців кривошипної головки до осі отвору - не більше 0,005…0, 010 мм для автотракторних двигунів. Допуск перпендикулярності площадок під гайки і головки призонних болтів до осей отворів для них 0,07…0,010 мм на довжині 100 мм.

Отвори під призонні болти виготовляють за посадкою Н9.

3. Матеріали і способи одержання заготовок

Важелі виготовляють з сірого чавуну марок від СЧ12-28 до СЧ24-44, кувального чавуну марок КЧ35-10, КЧ37-12 та інших, сталей звичайної якості марок СТ5 і конструкційних сталей марок 20, 35, 45, 40Х. Важелі, що працюють при незначних навантаженнях, виготовляють з пластмас.

Плоскі вилки перемикання виготовляють з сірого і кувального чавуну і сталей, приблизно тих же марок, які застосовуються при виготовленні важелів.

Шатуни виготовляють з конструкційних, середньовуглецевих і легованих сталей (сталь 40, 45 з НВ 210…255; 45Г2, 18ХНМА, 18Х2НЧВА, 40ХНМА, 18Х2Н4МА, 40ХН2МА з НВ 177…255). В останній час деякі іноземні фірми почали виготовляти шатуни автомобільних двигунів з високоміцного чавуну.

Чавунні заготовки важелів і вилок одержують звичайно литтям у піщані форми, відформовані у більшості на машинах за металевими моделями. За підвищених вимог щодо точності виливок заготовки відливають в оболонкові форми. Виливки з кувального чавуну необхідно піддавати відпаленню і наступній правці для зменшення залишкових деформацій.

Виливки плоских вилок компонують з двох і навіть з трьох деталей.

Для підвищення точності відштампованих заготовок плоских вилок і в деяких випадках важелів у масовому виробництві (великосерійному теж) застосовують калібрування і чеканку.

Калібрування є додатковою штамповкою на штампувальних молотах, фрикційних і кривошипних пресах, що виконується для уникнення зайвої окалини з одного нагрівання відразу ж після обрізання заусениць.

Чеканка - холодне штампування в спеціальних штампах і звичайно на спеціальних чеканочних пресах, яке виконується після термічної обробки (нормалізації, відпалювання чи загартування з відпущенням) заготовок і очищення їх від окалини. Точність відстаней за висотою між поверхнями заготовок після чеканки може бути одержана в межах від 0,08 мм до 0,2 мм.

Для зменшення трудомісткості механічної обробки, зменшення витрат металу і поліпшення зовнішнього вигляду складних за конструктивною формою сталевих важелів і вилок їх заготовки замість кування чи штампування одержують литтям по виплавлюваних моделях.

Отвори за кресленням діаметром менше 25 мм в заготовках литтям у піщані форми і штампуванням звичайно не одержують. Литтям по виплавлюваних моделях економічно одержувати отвори менших розмірів.

Заготовки шатунів автомобільних і тракторних двигунів в умовах великосерійного і масового виробництва одержують штампуванням на штампувальних молотах і кривошипних пресах. В масовому виробництві стає економічним попереднє формування заготовки шатунів на кувальних вальцях і остаточне штампування на кривошипних пресах. Застосовується також і поперечно-гвинтовий прокат.

Отвори кривошипної головки звичайно одержують в заготовках з припуском на обробку. Отвори поршневої головки шатуна одержують повністю механічною обробкою або прошивають в заготовках з припуском на обробку (рис. 3).

Штамповані заготовки шатунів і кришок автотракторних двигунів часто піддаються калібруванню та чеканці.

Рис. 3. Шатун автомобільного двигуна окремо без кришки

4. Схеми базування

Вибір варіанта базування конкретного важеля залежить від задачі, що поставлена технічними умовами.

При обробці плоских бокових сторін або торців бобишок важелів на перший операції за установчу технологічну базу приймають протилежну плоску поверхню стиржня чи з'єднання торців бобишок. Напрямну і опорну бази вибирають з умов зручності встановлення деталі. При обробці гладких отворів - основної та допоміжної баз - важеля з короткими бобиками за установчу технологічну базу приймають також протилежну плоску поверхню стиржня чи з'єднання торців бобишок важеля, а напрямну і опорну технологічні бази вибирають звичайно для забезпечення потрібної співвісності отворів з відповідними бобишками.

Схеми варіантів (І-V) базування заготовки важеля з двома короткими бобишками при обробці в них отворів показані на рис. 4.

Варіанти базування важеля з довгою бобишкою показані на рис. 5.

В масовому виробництві важелі та шатуни часто базують за необробленими поверхнями, використовуючи для цього пристрої - супутники.

При виготовленні шатунів обробляють торці головок, базуючи заготовку на протилежні торці (це - установча база) і на зовнішню поверхню (це - напрямна і опорна бази). Оброблені торці головок заготовки шатуна служать установчою технологічною базою для наступних операцій, тому торці головок шатуна повинні лежати в одній площині з допуском приблизно 0,04 мм, що досягається шліфуванням, а в ряді випадків - попереднім фрезеруванням. Аналогічно обробляють і кришки шатунів, якщо вони виготовляються з окремих заготовок.

Рис. 4. Типові варіанти базування важеля з короткими бобишками при обробці двох отворів

Рис. 5. Варіанти базування важеля з довгою бобишкою

Для створення комплекту технологічних баз протягують площадки на вагових бобишках заготовок шатунів і бокових поверхнях поршневої та кривошипної головок, а також опорні площадки під головки болтів і гайок.

5. Варіанти побудови типових маршрутів обробки

Маршрут обробки важелів складають за одним з таких варіантів.

1. За наявності у важелів плоских оброблюваних сторін чи торців бобишок в одній площині спочатку обробляють ці поверхні. Потім, приймаючи оброблену площину чи з'єднання бобишок з однієї сторони за установчу технологічну базу, обробляють отвори - основну і допоміжну бази, отримуючи відповідні потрібні зв'язки. На наступних операціях, приймаючи відповідні оброблені поверхні отворів за технологічні бази, створюють потрібні зв'язки решти оброблюваних поверхонь важеля, послідовно обробляючи пази, нарізні та дрібні отвори.

2. При обробці важелів, що мають торці коротких бобишок у різних площинах, спочатку в ряді випадків обробляють гладкі отвори - основну і допоміжну бази і торці бобишок з одного боку. Потім обробляють торці бобишок з другого боку, далі - решту поверхонь у послідовності, вказаній у першому варіанті.

3. Якщо важіль має довгу бобишку, в якій розташовано отвір - основна база, і значно більш короткі бобишки, в яких розташовані отвори - допоміжні бази, то спочатку обробляють поверхню отвору - основну базу, і торець другої бобишки з одного боку. Потім, прийнявши оброблену поверхню отвору за подвійну напрямну технологічну базу, обробляють торець довгої бобишки з другого боку і, якщо потрібно, зовнішню циліндричну поверхню довгої бобишки. Потім для одержання відповідних зв'язків обробляють поверхні отворів - допоміжні бази, і торці коротких бобишок з одного боку, потім - торці бобишок з другого боку. Далі обробляють решту поверхонь у послідовності, вказаній у першому варіанті.

В залежності від конкретних умов послідовність обробки поверхонь важелів може трохи змінюватись у порівнянні з наведеними типовими схемами.

Після створення комплекту технологічних баз шатунів в залежності від їх конструкції послідовність обробки може бути різною. Попередньо обробляють отвір в поршневій головці під втулку. Якщо шатун виготовляють з суцільної заготовки, то в кривошипній головці заготовки попередньо обробляють овальний отвір у вигляді двох напівотворів, міжцентрова відстань між якими перевищує ширину фрези, що використовується для відрізання кришки від шатуна після клейміння.

В окремих заготовках напівотвори під вкладиші в шатуні і кришці протягують окремо у кожній деталі, як і площини стиків.

Виконується операція по обробці стиків і у суцільній заготовці шатуна з кришкою, причому заготовку попередньо протягують або відразу шліфують.

Далі здійснюється свердління, розсвердлювання, зенкерування і зняття фасок в отворах під болти в корінних головках заготовок шатунів і кришок, а також фрезерують пази під замки вкладишів. Цекують опорні площадки під болти в заготовках шатунів і кришок. З'єднують їх по площинах стикання, остаточно разом обробляють отвори під болти і продувають їх. Встановлюють болти і затягують гайки. Попередньо зенкерують або розточують отвори шатунної головки. Остаточно шліфують торці головок і розмагнічують складений шатун. Зенкерують, розточують та знімають фаски в отворі шатунної головки, свердлять мастилопровідний отвір. Виконують чистове розточування отвору в поршневій головці, промивання, продування, контроль та запресовування втулки, ущільнюють її прогладжуванням.

Потім виконують свердління та зенкерування отворів для змащування в поршневій головці. Підганяють масу шатуна. Виконують тонке розточування отворів в обох головках, хонінгування отвору в шатунній головці, клейміння, промивання, контроль та демагнетизацію.

6. Методи виконання основних операцій

Всі операції по обробці важелів можна поділити на три групи:

1) обробка плоских поверхонь;

2) обробка основних і допоміжних баз;

3) обробка допоміжних отворів, пазів, шліців тощо.

Обробка плоских поверхонь може здійснюватись струганням (рідко), фрезеруванням (найбільш часто), цекуванням, протягуванням і шліфуванням. Стругання застосовується тільки в умовах одиничного виробництва і здійснюється на поперечно-стругальних верстатах. Фрезерування може здійснюватись на вертикально- і універсально-фрезерних верстатах, фрезерно-карусельних і барабанно-фрезерних верстатах з використанням, як правило, багатомісних пристроїв.

Фрезерування площин бобишок доцільно виконувати одночасно з двох боків на горизонтально-фрезерному верстаті набором фрез зі встановленням заготовки в пристрій (рис. 6). Для підвищення продуктивності на столі верстата встановлюють два пристрої 1 і 2 і обробку виконують з маятниковою подачею. Часто ці пристрої встановлюють на поворотному столі 1. Встановлення заготовки в пристрій виконують під час обробки заготовки на другому пристрої (рис. 7). В серійному виробництві для обробки бобишок часто використовують цековки. Обробку в цьому випадку ведуть в такій послідовності: свердління отвору з одного боку з цекуванням бобишки комбінованим свердлом - цековкою в кінці робочого ходу, потім цекування бобишки з другого боку після перевстановлення важеля. Протягування плоских поверхонь і пазів здійснюють у великосерійному і масовому виробництвах, використовуючи для цього вертикально- або горизонтально-протяжні верстати. Шліфування плоских поверхонь здійснюють при наявності точно оброблених заготовок, одержаних калібруванням і чеканкою.

Рис. 6. Фрезерування бобишок набором фрез

Всі отвори, як основні, так і допоміжні, в одиничному виробництві одержують на свердлильних верстатах за розміткою з використанням швидкозмінних патронів. Можливі варіанти обробки основних отворів на токарних і розточувальних верстатах з вивіренням за розміткою. В серійному виробництві отвори обробляють на свердлильних верстатах з використанням багатомісних пристроїв і багатошпиндельних свердлильних головок і кондукторів. У великосерійному і масовому виробництві для цієї цілі використовують багатошпиндельні багатопозиційні агрегатні верстати.

Рис. 7. Фрезерування бобишок у двомісних пристроях:
1 - фреза; 2 - заготовки; 3 - пристрої

Основні отвори обробляють за маршрутом: свердління, зенкерування, одне- або дворазове розвертання. Застосовують також маршрут: свердління, протягування або прошивання. За наявності отворів діаметром більше 30 мм заготовки одержують з прошитими або пролитими отворами. В цьому випадку маршрут включає замість свердління попереднє розточування чи зенкерування, а чистове зенкерування замінюється чистовим розточуванням.

Найбільшу точність за паралельністю осей отворів досягають при одночасній обробці на багатошпиндельних верстатах. Меншу точність одержують при послідовній обробці, але при одному закріпленні заготовки (з переміщенням стола розточувального верстата). Ще меншу точність за паралельністю одержують при обробці заготовок на різних верстатах і в різних пристроях. Тому з одного встановлення намагаються обробити найбільш можливу кількість поверхонь отворів і торців. Для цього роботу виконують з переміщенням стола в поперечному напрямку і поворотом його на потрібні кути. Точність отворів досягають застосуванням мірного різального інструмента методом індивідуального одержання розмірів. Міжосьові відстані забезпечуються координатним методом розточування.

Контроль важелів в масовому і великосерійному виробництвах здійснюють за допомогою спеціальних контрольних пристроїв, а у решти виробництвах - за допомогою універсальних засобів.

ВИКОРИСТАНА ЛІТЕРАТУРА

1. Руденко П.А. Раздел 3. Технология изготовления машин: Конспект лекцій. - Чернишов, 1986. - 159 с.

2. Технология машиностроения (специальная часть) / Гусев А.А., Ковальчук Е.Р., Колесов И.М. и др. - М М., 1986. - 480 с.

3. Якимов О.В., Гусарев В.С., Якимов О.О., Линчевский П.А. Технологія автоматизованого машинобудування. - К., 1994. - 400 с.

Размещено на Allbest.ru