Тема 4.7 Технология изготовления шатунов и рычагов.

К группе шатунов и рычагов относятся детали в виде стержней разных сечений и формы, утолщённые части которых имеют обработанные взаимно параллельные, перпендикулярные и расположенные под различными углами отверстия и плоскости.

К шатунам двигателей внутреннего сгорания предъявляются высокие требования в отношении точности размеров отверстий под вкладыши , втулки, и шатунные болты, взаимной параллельности отверстий и расстояния между их осями.

К деталям механизмов распределения и топливной аппаратуры – рычагам, коромыслам, клапанов, рычагам регуляторов –предъявляются менее жёсткие требования в части взаимного расположения отверстий и плоскостей.

У шатунов двигателей внутреннего сгорания отверстия в головках должны быть выполнены по 2-му классу точности , а при взаимозаменяемости вкладышей – по 1-му классу точности. Отверстия под шатунные болты выполняют по 2-му классу точности.

Допускаемая непараллельность отверстий в головках или непараллельность отверстий сопрягаемым плоскостям при разъёмных головках должна быть в пределах 0,03 мм на 100 мм длины, а скрещивание осей – в пределах 0,05 мм на 100 мм длины.

Неперпендикулярность плоскостей прилегания головок шатунных болтов и гаек к оси отверстия допускается не более 0,05 мм на 100 мм Ø.

Для изготовления шатунов тихоходных двигателей применяют углеродистые и низколегированные стали 35,453,40ХН, для быстроходных нефорсированных двигателей – стали 45,40ХН,40ХФА, а для форсированных двигателей – стали 40ХНМА и 18Х2Н4ВА.

Для уменьшения расхода материала и повышения его прочности заготовки шатунов получают ковкой или штамповкой.

Шатуны крупных двигателей в мелкосерийном пр-ве изготовляют свободной ковкой и все пов-ти обрабатывают.

В крупносерийном пр-ве заготовки шатунов штампуют в закрытых штампах и подвергают т/о.

Механической обработке подвергают только отверстия и торцы головок, поверхности разъёма и поверхности, сопрягаемые с др.деталями ( болтами шатунов, штифтами и т.п).

Шатуны форсированных двигателей после штамповки и т/о подвергают обработке по всему контуру и полируют для повышения усталостной прочности и устранения рисок от механической обработки, являющихся местами концентрации напряжений.

Штампованные заготовки шатунов , значительная часть пов-ти которых не обрабатывается , должны выполняться с повышенной точностью и не иметь дефектов, снижающих прочность детали.

Вырезку образцов для механических испытаний производят после их т/о из специального припуска или тела детали.

Заготовки рычагов и коромысел получают гл.обр. штамповкой с припуском только на рабочих поверхностях.

Характерными операциями при обработке шатунов и рычагов разных конструкций явл-ся обработка торцовых плоскостей головок, отверстий в головках поверхностей стыка шатуна и крышки, отверстий для шатунных болтов и смазочных отверстий в стержнях.

Обработка торцовых плоскостей головок в мелкосерийном производстве производится на вертикально- фрезерных станках. Деталь закрепляют на столе станка т.о, чтобы ось стержня была параллельна плоскости стола. Затем торцовой фрезой поочерёдно обрабатывают торцы головок с одной и другой стороны.

В крупносерийном производстве применяют двусторонние многошпиндельные станки ,на которых одновременно обрабатывают все торцы, или вертикально- протяжные станки, обрабатывая на них сначала плоскости нижней головки, затем верхней. При обработке шатунов небольших размеров торцовые плоскости головок чеканят на прессах или шлифуют на плоскошлифовальных станках.

Отверстия в головках шатунов обрабатывают в две операции. Если при штамповке шатун выполнен вместе с крышкой, то до отрезки крышки производят обдирку, при которой удаляют ковочные уклоны. Дальнейшую обработку производят после отрезания крышки и соединения её с шатуном на болтах.

При раздельной штамповке шатуна и крышки черновую обработку в мелкосерийном производстве осуществляют путём растачивания на расточных или сверлильных станках, сборными протяжками, одновременно с обработкой плоскости стыка шатуна и крышки.

Чистовую обработку производят после соединения шатуна и крышки болтами.

Получистовая обработка отверстий в головках крупных шатунов осущ-ся на одношпиндельных или двухшпиндельных расточных станках борштангами с набором резцов.

Для обработки средних и мелких шатунов в серийном пр-ве и массовом применяют агрегатные многошпиндельные станки, на которых отверстия обрабатывают последовательно наборными зенкерами, расточными оправками с набором резцов или развёртками, или автоматические линии , состоящие из группы агрегатных станков последовательно выполняющих черновые, п/ чистовые и чистовые операции.

Чистовая обработка отверстий в головках производится на станках для тонкого растачивания. Отверстия в нижней головке шатуна после тонкого растачивания хонингуют.

Отверстия под шатунные болты в мелкосерийном производстве обрабатывают в кондукторе последовательно свёрлами, зенкерами и развёртками. Для обеспечения строгих требований , котор. предъявляются к перпендикулярности отверстий к плоскости разъёма (0,03-0,05 мм на 100 мм длины), применяются зенкеры и развёртки с верхними и нижними направляющими.

В крупносерийном и массовом производствах отверстия под шатунные болты обрабатывают на многошпиндельных, многопозиционных агрегатных станках или на автоматических линиях. На них отверстия последовательно обрабатываются свёрлами. Зенкерами и развёртками.

Обработка отверстий для подвода смазки в стержне шатуна производится на станках для глубокого сверления ружейными свёрлами или спиральными свёрлами с частым выводами их из отверстия.

Обработка крупных шатунов в мелкосерийном производстве.

Заготовки стержня шатуна и головки получены штамповкой и перед м/о подвергнуты т/о и разметке. Обработка ведётся на универсальном оборудовании с минимальным кол-вом специальной оснастки.

При обработке шатунов с объёмной головкой особое внимание необходимо уделить точности обработки плоскостей соединения стержня и головки, строгому соблюдению параллельности этих плоскостей относительно осей отверстий в головках.

Для обработки отверстий под шатунные болты целесообразно применять кондукторы. При неправильном расположении отверстий затрудняется сборка и возможно появление задиров на вкладышах и зажимов при работе.

Обработка отверстий под вкладыши шейки коленчатого вала и поршневой палец производится на алмазно- расточных горизонтальных или вертикальных станках с подвижным или неподвижным столом, которые достаточно универсальны и могут быть использованы для обработки ряда деталей: поршни, рычаги, корпуса агрегатов и т.д.

Вкладыши шатунов могут быть вставными или замкнутыми непосредственно в головку. В первом случае на алмазно- расточных станках растачивают пов-ти под вкладыш, во втором – замкнутую баббитовую пов-ть.

Заливку баббитом производят : Обработанную и очищенную от масла и грязи , протравленную и промытую деталь нагревают до tº 250-300ºС поверхности, подлежащие заливке, покрывают раствором хлористого цинка и хлористого алюминия ( нашатыря) и лудят ( покрывают тонким слоем олова). После лужения деталь, не охлаждая , устанавливают на приспособление для центробежной заливки и при вращении детали заливают в отверстие определённое кол-во расплавленного и нагретого до tº 380-390ºС баббита.

Прочность соединения баббита с поверхностью залитого отверстия проверяют , постукивая по детали молотком. Звонкий, без дребезжания , звук свидетельствует о хорошем качестве заливки.

Для проверки правильности расположения осей отверстий в верхнюю и нижнюю головки вставляют точные оправки, одну из которых укладывают на две одинаковые по высоте призмы, установленные на контрольной плите.

Для проверки параллельности осей шатун устанавливают вертикально и индикатором проверяют параллельность поверхности оправки, вставленной в верхнюю головку, относительно поверхности плиты.

Для проверки скрещивания осей шатун располагают в горизонтальном положении и проверку осуществляют аналогично.

При увеличении выпуска для растачивания отверстий в головках , сверления и развёртывания отверстий под шатунные болты применяют специализированное оборудование и большинство операций оснащают специальными приспособлениями.

Схема технологического процесса обработки стержня шатуна.

№№	Операция.	Оборудование.	Приспособление.	Инструмент.
1	Проверка заготовки: разметка центровых отверстий , отверстия в верхней головке и плоскости стыка с головкой.	Разметочная плита.	Призмы, домкраты.	Штанген- рейсмус,ли- нейка, циркуль.
2	Сверление центровых отверстий.	Горизонтально- расточной станок.	Призмы, прижимные планки и болты.	Сверло, зенковка.
3	Черновое обтачивание, подрезание плоскости стыка с головкой.	Токарный станок.	Центры, патрон, копировальное устройство.	Резцы.
4	Черновое подрезание торцов верхней головки и боковых поверхностей, растачивание отверстия в верхней голов- ке.	Горизонтально- расточной станок.	Призмы, Прижимные планки и болты.	Торцовая фреза, сверло, борштанги с резцами.
5	Термическая обработка ( улучшение, нормализация или снятие напряжений).	Термические печи.	-	-
6	Сверление смазочного отверстия в стержне шатуна, растачивание центровой фаски.	Токарный станок.	Патрон, люнет.	Сверло, расточной резец.
7	Подрезание и обтачивание плоскости стыка с головкой, растачивание отверстий для центрирования нижней головки.	Токарный станок.	Патрон, люнет.	Резцы.
8	Фрезерование торцовых поверхностей.	Вертикально- фрезерный станок.	Призма. Планки и болты.	Торцовая фреза.
9	Подрезание бобышки на торце верхней головки, сверление и нарезание отверстия.	Горизонтально- расточной станок.	Призмы, прижимные планки и болты.	Торцовая фреза, сверло, зенковка, метчик.
10	Чистовое растачивание отверстия в верхней головке.	Горизонтально- расточной станок или станок для тонкого растачивания.	Призмы, прижимные планки и болты.	Расточная оправка с резцами.
11	Сверление, зенкерование , подрезание и развёртывание отверстий для шатунных болтов.	Горизонтально-расточной станок ( радиально- сверлильный станок).	Кондуктор.	Сверло, зенкер, развёртка, оправка с обратной подрезкой зенковкой.
12	Контроль: проверка размеров, ТУ и отсутствия дефектов материала.	Контрольная плита , магнитный или ультразвуковой дефектоскоп.	Для проверки перекоса оси отверстия верхней головки.	Контрольные оправки , штихмас-индикатор, стойка с индикатором.
13	Сборочная – запрессовка втулки в верхнюю головку.	Пресс.	Подставка(приспо-собление для охлаждения втулки).	-
14	Растачивание отверстия во втулке.	Станок для тонкого растачивания.	Призмы, Прижимные планки и болты.	Расточная оправка с резцами.

Обработка шатунов в крупносерийном и массовом производстве.

В крупносерийном и массовом производстве изготовляют шатуны автотракторных , комбайновых и небольших судовых двигателей внутреннего сгорания. Многие пов-ти стержня и головок после штамповок не обрабатывают.

Основными базовыми пов-ми в большинстве операций явл-ся торцы верхней и нижней головок и отверстий в головках. Эти пов-ти обрабатываются в первую очередь.

Торцы головок фрезеруют одновременно четырьмя фрезами на двустороннем специализированном продольно- фрезерном станке.

При обработке шатунов малых размеров эту операцию иногда заменяют чеканкой на прессах, протягиванием или шлифованием.

Предварительная обработка отверстий в головках производится на многошпиндельном агрегатном станке в четырёхпозиционном приспособлении: первая позиция- установка детали, вторая- сверление отверстия в верхней головке и черновое растачивание отверстия в нижней головке, третья и четвёртая – черновое и чистовое зенкерование отверстия в верхней головке и растачивание отверстия в нижней.

Для обеспечения требуемой точности установки детали на последующих операциях достаточно обработать отверстия по 4-му классу точности.

Для отрезания крышки шатуна от стержня фрезерный станок оснащён двухшпиндельной головкой; разрезание ведётся двумя фрезами с двух сторон.

Протягивание плоскостей стыка стержня крышки шатуна осущ-ся на вертикально- протяжных станках сборными протяжками.

Отверстия для шатунных болтов обрабатывают на многошпиндельном четырёхпозиционном станке. В отверстиях оставляют небольшой припуск ( до 0,1 мм). При сборке шатуна с крышкой отверстия в них протягивают или развёртывают совместно. Это необходимо для точной посадки шатунных болтов, которые устанавливают в отверстия с минимальным зазором; при этом требуется очень точное совмещение осей отверстий.

Одной из ответственных операций при обработке шатуна явл-ся растачивание отверстий в

верхней и нижней головках.

Отверстие нижней головке при установке взаимозаменяемых вкладышей обрабатывают по 1-му классу точности, отверстие под втулку в верхней головке – по 2-му классу. Отверстие обрабатывают на алмазно- расточных станках резцами, оснащёнными алмазом или пластинкой твёрдого сплава.

Контроль размеров отверстий у шатунов производят индикаторными штихмассами. Параллельность и скрещивание осей проверяют на контрольном приспособлении. Шатун с контрольными оправками устанавливают на опоры и прижимают к упорам. При этом оправка, находящаяся в верхней головке, подводится к стержням, воздействующим на индикаторы ( 2шт) и к наконечникам индикаторов. По эталону все индикаторы настраивают на нуль, и по их показаниям определяют фактическое отклонение от параллельности и величину скрещивания осей. Для контроля отсутствия дефектов в материале применяют магнитные или ультразвуковые дефекты.

Схема технологического процесса обработки шатуна в крупносерийном производстве.

№№	Операция.	Оборудование.	Приспособление.	Инструмент.
1	Фрезерование торцов верхней и нижней головок.	Двусторонний 4-х шпиндельный продольно- фрезерный станок.	2-х позиционное с пневматическим зажимом.	Торцовые фрезы.
2	Сверление и растачивание отверстий в верхней и нижней головках.	Агрегатный многошпиндельный станок.	4-х позиционное на поворотном столе.	Сверло, зенкер, оправки с резцами.
3	Протягивание цилиндрической наружной пов-ти нижней головки.	Вертикально- протяжный станок.	Для установки детали с гидрозажимом.	Сборные протяжки.
4	Отрезание крышки от стержня шатуна ( разрезание нижней головки) и фрезерование площадок для головки и гайки шатунного болта.	2-х шпиндельный продольно- фрезерный станок.	2-х позиционное на поворотном столе.	Дисковые фрезы( пилы) , двусторонние фрезы.
5	Протягивание плоскостей станка у стержня и крышки шатуна.	Вертикально- протяжной станок.	Для установки детали с гидравлическим зажимом.	Сборные протяжки.
6	Сверление, зенкерование и развёртывание отверстий под шатунные болты в стержне и крышке шатуна.	Вертикальный агрегатный многошпиндельный сверлильный станок.	4-х позиционный кондуктор с подвесной плитой и поворотным столом.	Сверло, зенкеры и развёртки с верхним и нижним направлением.
7	Подрезание торцовых плоскостей под гайки шатунных болтов в стержне шатуна.	Вертикально- сверлильный многошпиндельный станок.	Кондуктор.	Ступенчатые зенкеры.
8	Зенкерование фасок у отверстий под шатунные болты в стержне и крышке и отверстий в крышке.	Вертикально-сверлильный станок.	Подставка.	Зенковка, зенкер.
9	Контроль: проверка отсутствия дефектов в материале.	Магнитный или ультразвуковой дефектоскоп.	-	-
10	Слесарная – сборка стержня шатуна и крышки.	Слесарный верстак.	-	-
11	Шлифование торцов нижней головки.	Плоскошлифовальный станок.	Магнитная плита.	Шлифовальный круг.
12	Предварительное растачивание отверстия в нижней головке, растачивание фасок.	Вертикально- сверлильный 2-х шпиндельный станок.	3-х позиционное на поворотном столе.	Расточная оправка с резцами, оправка с выдвижным резцом для растачивания фасок.
13	Окончательное растачивание отверстий в верхней и нижней головках.	Алмазно- расточной двусторонний 4-х шпиндельный станок.	Для установки детали с гидравлическим зажимом.	Оправки, резцы.
14	Контрольная.	Контрольная плита.	Контрольные оправки.	Индикаторная стойка, штихмас.
15	Слесарная- разборка шатуна.	Слесарный верстак.	-	-
16	Сверление отверстий для стопорных штифтов и смазки, развёртывание и снятие фасок.	Вертикально- сверлильный станок.	Кондукторы.	Свёрла, развёртки, зенковки.
17	Слесарная – зачистка заусенцев, притупление острых кромок, сборка стержня шатуна с крышкой, запрессовка втулки в верхнюю головку.	Слесарный верстак , пневматический пресс.	Тиски. Подставка.	-
18	Растачивание отверстия во втулке верхней головки.	Алмазно-расточной , 2-х шпиндельный двусторонний станок.	Для установки детали.	Оправки, резцы.
19	Промывка, зачистка и подбор шатунов в комплекты по весу ( по массе).	Ванны, весы.	-	-
20	Окончательный контроль.	Контрольная плита.	Контрольное приспособление, оправки.	Индикаторные стойки, штихмасс.