Матеріли колінчастих валів повинні мати високі механічні та пластичні властивості, високу зносостійкість та циклічну в'язкість.

Колінчасті вали автотракторних двигунів виготовляють з вуглецевих і легованих сталей або з високоміцних чавунів, модифікованих магнієм, з нікелемолібденових чавунів тощо. Виливані вали, звичайно порожнисті, мають трохи збільшені діаметри корінних і шатунних шийок, більші товщину щік і радіуси галтелі. Виливані вали мають меншу міцність при згинанні, ніж ковані.

Більшість колінчастих валів виготовляють зі сталей марок 45, 45Х, 45Г2, 50Г. Колінчасті вали дизелів, що працюють в умовах високих навантажень, виготовляють зі сталей марок 18ХНМА, 18ХНВА, 40ХНМА.

Заготовки валів, що виготовляються зі сталей, штампують. Потім піддають термічній обробці (відпалюванню та нормалізації), при якій знімаються внутрішні напруження в металі і нормалізується його твердість (НВ 177-255), що полегшує обробку заготовок на металорізальних верстатах.

Після попередньої обробки на металорізальних верстатах поверхні корінних і шатунних шийок сталевих валів повторно піддаються термічній обробці (загартуванню та відпущенню). Загартування виконується струмами високої частоти на спеціальних агрегатах, а низькотемпературне відпущення, що здійснюється для зняття напруги, - в спеціальних печах конвеєрного типу. Повторна термічна обробка поліпшує механічні властивості сталі, підвищує поверхневу твердість та зносостійкість шийок.

Після загартування та відпущення поверхнева твердість шийок у валів, виготовлених зі сталей марок 45, 50Г, 40ХНМ, 18ХНВА, коливається в межах HRС 52-62. Глибина загартованого шару повинна бути не менше 3-6,5 мм, а твердість шийок на глибині загартованого шару - HRC 45.

Чавунні виливані колінчасті вали автотракторних двигунів за деякими показниками перевищують сталеві штамповані вали. Спеціальні чавуни, з яких виливають колінчасті вали, відрізняються від звичайних кувальних чавунів наявністю хрому (0,2-0,25 %), підвищеним вмістом марганцю (1,15-1,4 %), низьким вмістом сірки (0,002-0,014 %), наявністю церію та інших легуючих компонентів.

Для колінчастих валів застосовують також сірі чавуни, модифіковані сплавом фероцерію з магнієм.

Маса виливаних колінчастих валів на 10-15 % менша, ніж штампованих. Припуски на механічну обробку у виливаних заготовок значно менші, ніж у штампованих заготовок.

Заготовки сталевих колінчастих валів виготовляють в серійному виробництві штампуванням на молотах, а в масовому - на кувальних пресах.

Вихідним матеріалом для штампування служить квадратний або круглий катаний пруток чи періодичний фасонний прокат. Найбільш економічне застосування фасонного прокату (маса вихідної заготовки зменшується на 5-8 %).

Заготовки виливаних валів одержують в основному двома методами: виливанням в земляні і в оболонкові форми.

3. Способи базування

Основними базами колінчастого вала є опорні поверхні корінних шийок. Проте, не на всіх операціях обробки можна використати їх як технологічні. На багатьох операціях за технологічні бази вибирають поверхні центрових фасок в отворах на кінцях вала, а поверхні корінних шийок, у зв'язку з недостатньою жорсткістю вала, часто використовують додаткові технологічні бази, встановлюючи їх на люнети.

При обробці корінних шийок, а також інших поверхонь, розташованих на одній осі з корінними, колінчастий вал необхідно і достатньо позбавити п'яти ступенів вільності.

Варіанти базування, що застосовують у цьому випадку, показані на рис.2.

При обробці шатунних шийок, шпонкових канавок, отворів на фланці колінчастого вала, мастильних канавок виникає необхідність у точно визначеній кутовій орієнтації вала. В цьому випадку вал повинен бути позбавлений всіх шести ступенів вільності. В ремонтній практиці застосовують два варіанти позбавлення вала шостого ступеня вільності

На рис.3, а показана кутова фіксація вала за рахунок контакту технологічної лиски на щоці вала з фіксатором ділильної скоби центрозміщувача, а на рис.3, б - фіксація вала за допомогою штифта повідкового патрона, який входить в один з отворів фланця.

Використання тієї чи іншої схеми кутової фіксації обумовлене конструкціями вала і застосовуваного пристрою.

З точки зору досягнення точності взаємного положення оброблюваних поверхонь, найбільш раціональним є така структура технологічного процесу механічної обробки, при якій обробка поверхонь на всіх технологічних операціях виконувалась би з використанням одних і тих же технологічних баз. При цьому не було б похибки базування. Проте такий варіант технологічного процесу неможливий. Тому на різних операціях доводиться від одних технологічних баз переходити до інших. В цьому випадку необхідно скористатись таким варіантом переходу, при якому похибки базування були б мінімальними.

Оскільки основною базою колінчастого вала є корінні шийки, то шатунні шийки обробляють при базуванні на оброблені корінні шийки. Тому механічну обробку шийок починають з корінних.

Рис.2. Варіанти базування колінчатих валів

Рис.3. Варіанти кутової фіксації колінчатих валів при обробці поверхонь шатунних шийок

4. Типовий технологічний маршрут

Послідовність операцій при обробці штампованих заготовок колінчастих валів така:

1. Виправлення заготовки.

2. Обробка допоміжних баз: фрезерування крайніх торців вала, свердління центрових отворів, фрезерування площадок на щоках для кутового орієнтування вала.

3. Виправлення вала з вивіренням биття при встановленні в центрах.

4. Токарна обробка корінних шийок, торців, щік і кінців вала.

5. Попереднє шліфування корінних шийок і кінців вала.

6. Токарна обробка шатунних шийок і торців щік, що з ними стикаються.

7. Попереднє шліфування шатунних шийок.

8. Обробка отворів на фланці переднього кінця вала і шийках вала для створення змащувальних каналів.

9. Фрезерування шпонкових канавок.

10. Поверхневе загартування шийок вала.

11. Виправлення вала з вивіренням в центрах.

12. Чистове шліфування корінних шийок вала, зовнішніх і торцевих поверхонь фланця.

13. Чистове шліфування шатунних шийок.

14. Виправлення вала.

15. Балансування.

16. Фінішна обробка корінних і шатунних шийок.

17. Миття.

Контроль.

5. Методи виконання окремих операцій

При обробці на фрезерно-центрувальних верстатах вал встановлюють в самоцентруючих призмах по крайніх корінних шийках. Осьове орієнтування вала для рівномірного розподілу припусків відбувається по торцях середньої шийки чи щоки вала (рис.4).

При великосерійному і масовому виробництвах валів токарні, свердлильні, шліфувальні та інші верстати вбудовуються в автоматичні лінії.

При обточуванні корінних шийок заготовки довгих колінчастих валів звичайно встановлюють в центрах з опорою по середній корінній шийці. Для цього середня корінна шийка попередньо обробляється на токарному і шліфувальному верстатах (рис.5). Для токарної обробки використовують звичайно спеціалізовані багаторізцеві верстати з двобічним приводом. На цих верстатах заготовки встановлюються в центрах двох патронів.

Після токарної обробки середня шийка шліфується під люнет методом врізання. Одночасно з шийкою шліфуються торці щік і галтелі.

Використовуючи середню корінну шийку як додаткову опору, на наступних операціях обточують решту корінних шийок, фланець і передній ступінчастий кінець. Одночасно з цим підрізають торці щік, фланця і обточують галтелі. Для цього використовують токарні багаторізцеві напівавтомати з центральним приводом. На цих верстатах заготовки встановлюються в центрах, а середня корінна шийка - в люнеті (рис.6). Повідком є щока середньої шийки. В цій операції одночасно обточують решту корінних шийок (крім середньої), ступінчастий кінець вала, фланець і підрізають торці щік і галтелі. Шийки обточують широкими радіальними призматичними різцями, встановленими в передніх і задніх супортах.

Рис.4. Схема орієнтування заготовки колінчатого вала при фрезеруванні та центруванні торців: 1, 2 - центруючі призми; 3 - призма орієнтації заготовки в осьовому напрямку

Рис.5. Проточування середньої шийки колінчатого вала і підрізання її щік на токарному напівавтоматі з двостороннім приводом

Щоб перейти до другої частини обробки вала, тобто до обточування шатунних шийок, необхідно підготувати точні основні бази (корінні шийки). Для цього попередньо шліфують всі корінні шийки і кінці вала на дво - чи багатокаменевих круглошліфувальних верстатах (рис.7).

Шатунні шийки обточують попарно (по дві шийки, що лежать на одній осі обертання), наприклад, спочатку - першу і шосту, потім - другу і п'яту і, нарешті, - третю і четверту, або всі шийки одночасно. В обох випадках підрізають площини щік, що прилягають до шийок, і проточують галтелі. Так, у першому випадку обточування шатунних шийок шестиколінчастого вала повинно виконуватись за три операції, у другому всі шатунні шийки можна обточити одночасно.

Рис.6. Обточування корінних шийок і кінців колінчатого вала на токарному напівавтоматі із центральним приводом.

Рис. Шліфування корінних шийок колінчатого вала

Для обробки за першим варіантом можуть бути використані верстати з двобічним приводом. В цьому випадку колінчастий вал встановлюють в положення, при якому осі двох шийок, що належать обробці, збігаються з віссю обертання шпинделя верстата. Для встановлення і затискання вала використовуються такі ж пристрої, як і для обточування середньої корінної шийки (рис.5). При встановленні вала в пристроях вісь корінних шийок зміщується по відношенню до осі обертання шпинделя на величину радіуса кривошипа за допомогою центрозміщувача.

Для обробки шийок за другим варіантом використовують верстати спеціального призначення, число робочих супортів яких відповідає числу оброблюваних шатунних шийок. Вал встановлюють по крайніх корінних шийках і обпирають на люнети корінними шийками.

В обох випадках кутове базування вала здійснюється спеціальними сухарями, що фіксують його по фрезерованих платиках (кутових базах) на крайніх щоках. Вал обертається навколо осі корінних шийок, а супорти рухаються разом з оброблюваними шийками, відтворюючи рух шатунів, закріплених на цих шийках. В кожному супорті є різцетримач з трьома різцями: два крайніх фасонних різці служать для підрізання щік і проточування галтелей і один середній (широкий прямий) - для обточування циліндричної частини шийки. Різці мають радіальну подачу (рис.8).

Рис.8. Одночасне обточування всіх шатунних шийок багатоколінчастого вала та схема роботи супортів

Верстат має два копіювальних колінчастих вали 2 і 3, які обертаються синхронно з оброблюваним валом 1, і вони ж керують рухами супортів.

Шийки сталевих заготовок колінчастих валів шліфують попередньо до термічної обробки і остаточно - після неї на спеціальних верстатах.

Балансування колінчастих валів здійснюється на спеціальних балансувальних верстатах (часто автоматичних), які мають свердлильні або фрезерні головки для усунення дисбалансу.

Після чистового шліфування шийки піддають фінішній обробці для одержання високої чистоти робочих поверхонь. Фінішними операціями є головним чином суперфінішування, полірування і мікрофінішування.

Суперфінішування шийок здійснюється головками з абразивними брусками.

колінчастий вал базування двигун

Полірують шийки полотняною або паперовою стрічкою на спеціальних полірувальних верстатах.

В останні роки при фінішній обробці шатунних і корінних шийок застосовують новий метод - мікрофінішування.

Створені спеціальні верстати, які забезпечують узгодження в процесі обробки таких параметрів: частоти та амплітуди коливання і напрямку руху брусків, питомого тиску брусків на оброблювану поверхню і колової швидкості оброблюваної поверхні. Завдяки поєднанню руху брусків в різних напрямках і обертання деталі сліди обробки перехрещуються, і це підвищує чистоту обробки поверхні.

Для підвищення втомленої міцності дуже навантажених колінчастих валів застосовують їх поверхневе зміцнення обкатуванням.

Дуже відповідальною операцією є контроль, при якому використовуються різні контрольні пристрої, які часто настроюють за еталонним колінчастим валом.

Використана література

1. Проектирование технологии / Под редакцией Ю.М. Соломенцева. - М.М., 1990. - 416 с.

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

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

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

Размещено на Allbest.ru