27.Технология изготовления коленчатых валов.
У отечественных двигателей применяются стальные и чугунные коленчатые валы. Основным материалом являются стали 35, 40, 50, 40Г, 45Г, 50Г и др. (для мало- и среднеоборотных двигателей). Валы высокооборотных и среднефорсированных двигателей при диаметре цилиндров менее 200 мм обычно изготавливают из легированных сталей 40ХН, 35ХМ, 38ХМЮА, 40ХНВА. 25Х2Н4ВА, 38XH3BA и др. Применяются также литые коленчатые валы из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом ВЧ45-5, ВЧ50-2, ВЧ60-2 и др. Распределение коленчатых валов по материалам выглядит следующим образом: чугунные — 20 %, стальные — 80 % (среднеуглеродистые стали — 45 %, легированные — 35 %).
Коленчатые валы большинства зарубежных автомобилей литые из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом. На высокофорсированных двигателях применяются кованные валы из высокопрочной легированной стали.
Технологический процесс обработки коленчатых валов более сложен по сравнению с обработкой других деталей класса валов. Коленчатый вал не обладает достаточной жесткостью, поэтому при обработке сравнительно легко деформируется под действием сил резания. Для разгрузки вала при его обработке задние бабки станков делают приводными. Основными базами при обработке коленчатых валов служат поверхности коренных шеек, на отдельных операциях могут использоваться также центровые отверстия. Для повышения жесткости вала при обработке предусматривается использование дополнительных опор (люнетов). По мере приближения размеров коленчатого вала к заданным по чертежу упругие деформации обрабатываемой заготовки снижаются. Поверхности, регламентированные узкими допусками на их изготовление, обрабатываются в две операции (чистовую и отделочную). В настоящее время обработку коленчатых валов осуществляют на частично автоматизированных участках с применением на ряде технологических операций высокопроизводительных автоматических и полуавтоматических станков.В качестве примера рассмотрим технологию изготовления коленчатого вала двигателя автомобиля ВАЗ (рис. 6.10). Заготовку коленчатого вала отливают из специального высокопрочного чугуна в песчаные формы при машинной формовке.Припуски на обработку резанием составляют 2—3 мм (по средним шейкам), а по остальным шейкам 1,5—2 мм.
Обработка коленчатого вала резанием должна обеспечить правильное взаимное расположение поверхностей, высокую точность размеров и низкую шероховатость .
Обработка коленчатых валов осуществляется на автоматизированном участке. Заготовки подаются с загрузочной позиции и устанавливаются в самоцентрирующие призматические губки по коренной шейке 1 и поверхности С под сальник. Фиксация в осевом направлении осуществляется по торцу Т (см. рис. 6.10).
28.Технология изготовления и требования к зубчатым колесам.
Зубчатые колеса являются наиболее массовыми деталями автомобилей. С повышением требований к надежности автомобилей возрастают и требования к точности и качеству зубчатых колес, поэтому их изготовляют с высокой степенью точности и низкими параметрами шероховатости профиля зубьев. В зубчатых передачах автомобилей применяются в основном цилиндрические зубчатые колеса, обладающие высоким КПД и надежностью в эксплуатации. Для цилиндрических зубчатых колес стандартом установлены 12 степеней точности. В автомобильной промышленности чаще всего применяются зубчатые колеса 7-й и 8-й степеней точности.
Высокие требования к точности устанавливаются также при обработке центральных посадочных отверстий зубчатых колес и других базовых поверхностей.
Материалы для изготовления зубчатых колес выбирают в зависимости от их назначения, условий эксплуатации и передаваемых нагрузок. Чаще всего используют углеродистые стали (40,45,50), хромистые (20Х, 40Х, 50Х), высоколегированные хромоникелевые стали (12ХНЗА, 12Х2Н4А, 20ХН, 40ХН, 20ХН4А), хромомарганцево-титанистые стали (18ХГТ, ЗОХГТ), хромомолибденовые (20ХМ), хромомолибденоалюминиевые (38ХМЮА), хромомарганцево-никелевые с титаном и бором (20ХНТР) и др. В связи с небольшим содержанием углерода поверхностный слой зубчатых колес, изготовленных из легированных сталей, подвергается цементации или нитроцементации, а из среднеуглеродистых — азотированию.
Материалы для изготовления зубчатых колес должны обладать хорошей обрабатываемостью, незначительными деформациями при термообработке, низкой стоимостью (стоимость материала составляет 50—55 % общей стоимости зубчатого колеса).
Твердость рабочих поверхностей зубьев, цементованных на глубину 1,1—2,0 мм, должна быть не ниже 50—63 HRC. Твердость остальных поверхностей 180—270 НВ.
Качество зубчатых колес оценивается также по контактной прочности зубьев и параметрам бесшумной работы. Уровень шума автомобильных зубчатых передач средних размеров при окружной скорости вращения 10—12 м/с не должен превышать 80—85 дБ.
Для получения заготовок цилиндрических зубчатых колес наиболее распространенными методами являются горячая объемная штамповка, штамповка на горизонтально-ковочных машинах, спекание из порошковых материалов. Прогрессивным способом получения зубчатых венцов является обработка методом пластического деформирования металла (так называемая накатка зубьев).
Этот процесс ведут на специальных станках с применением нагрева заготовки ТВЧ до температуры 1100—1150 °С. Получение заготовок с формообразованием зубьев снижает расход металла, уменьшает трудоемкость механической обработки и повышает эксплуатационные свойства зубчатых колес (прочность зубьев повышается на 15—35 %).
Технологический процесс получения заготовок должен обеспечивать мелкозернистую структуру и правильное расположение волокон металла. Форма и размеры заготовки должны максимально приближаться к форме и размерам готовой детали, что во многом определяет структуру и трудоемкость технологического процесса обработки резанием.
Типовая схема технологического процесса изготовления зубчатых колес. Технологический процесс изготовления зубчатых колес зависит от ряда факторов, основными из которых являются: конструктивная форма и назначение зубчатого колеса; форма зуба и расположение зубчатого венца, предопределяющие выбор метода обработки зубьев; материал колеса, влияющий на способ получения заготовки и вид термической обработки; точность выполнения отдельных элементов зубчатого колеса.
Типовой технологический процесс изготовления цилиндрических зубчатых колес состоит из следующих операций.
1.Черновая и чистовая токарная обработка торца и отверстия и черновая обработка наружной цилиндрической поверхности. Установочными черновыми базами при этом являются торец и наружная цилиндрическая поверхность заготовки. Постоянными технологическими базами для последующих операций являются обработанные на первой операции торец и поверхность отверстия.
2.Черновая и чистовая токарная обработка детали по наружному контуру на одношпиндельном многорезцовом полуавтомате.
3.Сверление и развертывание мелких отверстий, фрезерование небольших поверхностей, протягивание шпоночных пазов и др.
4.Черновое нарезание зубьев при базировании заготовки по отверстию и торцу.
5.Дополнительные операции, связанные с нарезанием зубьев (закругление зубьев, сверление смазочных отверстий, зачистка острых кромок и др.).
6.Чистовая обработка зубьев колес (шевингование зубьев) при базировании по отверстию и торцу.
7.Термообработка зубьев.
8.Чистовая обработка центрального отверстия и торцовых поверхностей.
9.Чистовая отделка зубьев зубчатых колес.
В крупносерийном и массовом производстве обработка зубчатых колес выполняется на автоматических линиях с автоматической загрузкой заготовок, позволяющих быстро переналаживать их на обработку однотипных деталей.
29. Разработка технологических процессов обработки деталей. Исходные данные и последовательность разработки.
Принято различать три вида технологических процессов (ТП): единичный, типовой и групповой. Каждый ТП разрабатывается при подготовке производства изделий после отработки конструкции на технологичность (ГОСТ 14.201—83). Технологический процесс разрабатывается для изготовления нового изделия или совершенствования выпускаемого (в соответствии с достижениями науки и техники).
Основой для нового ТП обычно служит имеющийся типовой или групповой технологический процесс. Если таковые отсутствуют, то за основу берут действующие единичные технологические процессы изготовления аналогичных изделий.
Работа по разработке технологических процессов начинается с анализа исходных данных для разработки ТП (первый этап). Необходимо по имеющимся сведениям о программе выпуска и конструкторской документации на изделие ознакомиться с его назначением и конструкцией, требованиями к изготовлению и эксплуатации.
Затем последовательно выбирают действующий типовой, групповой ТП или аналог единичного процесса. Формируют технологический код изделия по технологическому классификатору, обрабатываемое изделие относится к соответствующей классификационной группе на основе кода и к действующему единичному или типовому процессу.
По классификатору заготовок, методике расчета и технико-экономической оценки выбора заготовок, стандартам и техническим условиям на заготовку и основной материал выбирают исходную заготовку и методы ее изготовления, дается технико-экономическое обоснование выбора заготовки.
Выбирают технологические базы, оценивают точность и надежность базирования (используют классификаторы способов базирования и существующую методику выбора технологических баз).
По документации типового, группового или единичного ТП составляют маршрут обработки, определяют последовательность технологических операций и состав технологического оснащения.
В основу построения маршрута обработки (плана операций) должны быть положены следующие принципы:
♦ в первую очередь необходимо назначать те операции, при выполнении которых в наименьшей степени уменьшается жесткость детали, а также те поверхности, при обработке которых легче выявляются дефекты заготовки и в наибольшей степени перераспределяются внутренние напряжения, в связи с чем уменьшается возможность деформации детали в последующих операциях;
♦ операции, при выполнении которых можно ожидать повышенного брака, следует выполнять в начале технологического процесса;
♦ в разрабатываемом технологическом процессе обработки детали необходимо предусмотреть раздельное выполнение черновых, чистовых и отделочных операций, в противном случае это может привести к снижению точности обработки;
♦ точно скоординированные соосные отверстия необходимо обрабатывать с одной установки;
♦ план операций механической обработки должен быть связан с термообработкой, так как последняя влияет не только на маршрут движения детали, но и на обрабатываемость металла и качество обработанных поверхностей;
♦ отделочные операции обработки поверхностей следует выполнять в конце технологического процесса.
Важный этап — разработка технологических операций и расчет режимов обработки. На основании документации типовых, групповых или единичных технологических процессов и классификатора технологических операций составляют последовательность переходов в каждой операции, выбирают средства технологического оснащения (СТО), в том числе средства контроля и испытаний (используют стандарты, каталоги, альбомы).
На этом же этапе выбирают средства механизации и автоматизации процесса и внутрицеховые средства транспортирования.
Назначают и рассчитывают режимы обработки на основании технологических нормативов.
Необходимо осуществить нормирование ТП: установить исходные данные для расчета норм времени и расхода материалов, рассчитать затраты труда и расход материалов, определить разряд работ и профессии исполнителей операций (используют нормативы времени и расхода материалов, классификаторы разрядов работ и профессий).
По методике расчета экономической эффективности процессов (просчитывается несколько вариантов) выбирают оптимальный ТП.
На заключительном этапе на основании стандартов ЕСТД технологический процесс оформляется документально, осуществляется нормоконтроль технической документации.
Выбор технологического оборудования. Этот этап начинают с анализа формирования типовых поверхностей деталей для определения наиболее эффективных методов их обработки, учитывая при этом назначение и параметры изделия. Результаты анализа представляют в виде отношений затрат основного и штучного времени и приведенных затрат на выполнение работ различными методами. Лучшим вариантом считается тот, значения показателей которого минимальные.
Выбор оборудования осуществляют по главному параметру, в наибольшей степени выявляющему его функциональное значение и технические возможности. Физическая величина, характеризующая главный параметр, устанавливает взаимосвязь оборудования с размером изготовляемого изделия.
При выборе оборудования учитывают также минимальный объем приведенных затрат на выполнение технологического процесса при максимальном сокращении периода окупаемости затрат на механизацию и автоматизацию. Годовая потребность в оборудовании определяется по годовому объему работ, устанавливаемому статистическим анализом затрат средств и времени на изготовление изделий. Годовые приведенные расходы на использование оборудования определяются размерами затрат на его эксплуатацию.
Производительность оборудования определяют на основании анализа времени изготовления изделия заданного качества.