7. Изготовление деталей класса «пустотелые цилиндры»

К этому классу относятся гильзы цилиндров двигателей внутреннего сгорания, гильзы пневмо- и гидроцилиндров.

Гильзы характеризуются относительно малой толщиной стенок, большими диаметрами и длиной, высокими степенью точности и классами шероховатости посадочных и рабочих поверхностей. Для повышения точности соединения гильза - поршень применяют селективную сборку этой пары. Гильзы после окончательной обработки сортируют по размерным группам, количество которых для разных двигателем автомобилей различно. Например, для двигателей автомобилей МАЗ-500 и МАЗ-503 мокрые гильзы, имеющие номинальный внутренний диаметр 130 мм, делятся на четыре группы (табл. 6.12).

Таблица 6.12 Размерные группы деталей класса мокрые гильзы

Группы	А	АА	ААА	АААА
Допуск по внутреннему диаметру, мм	+0,000+0,010	+0,020+0,030	+0,010+0,020	+0,30+0,040

Разбивка гильз на размерные группы позволяет правильно ком- плектовать пару гильза-поршень для получения необходимого зазора между поверхностями гильзы и поршня. При сборке комплектуют пару одной размерной группы.

От качества и точности рабочих поверхностей гильзы в значительной степени зависит срок службы двигателя. Гильзы работают в тяжелых условиях, испытывая воздействие высоких температур и больших давлений при сгорании рабочей смеси. Рабочие поверхности гильзы подвергаются абразивному износу, причем наиболее интенсивный износ наблюдается в зоне движения верхнего компрессионного поршневого кольца. Сухие гильзы (рис. 6.119, а) часто изготовляют укороченными в виде вставок, длина, которых соответствует длине движения головки поршня, и запрессовывают в блок цилиндров. При эксплуатации сухие гильзы не выпрессовываются; при ремонте растачивают и хонингуют

Автомобильные двигатели с мокрыми гильзами (рис. 6.119, б) удобны и экономичны. Мокрые гильзы являются сменными, они омываются охлаждающей водой, так как наружная поверхность гильз

а)

б)

Рис.6.119. Гильзы автомобильных двигателей:

а – сухая; б - мокрая

является внутренней стенкой водяной рубашки блока цилиндров.

В блок мокрые гильзы устанавливают под небольшим давлением и центрируют в нем двумя поясками: верхним по скользящей посадке h6 и нижним по ходовой посадке f6. Для предотвращения попадания воды из водяной рубашки цилиндров в масляный поддон и канавки нижнего центрирующего пояска гильзы заложены резиновые уплотнительные кольца. В верхней части имеется буртик, который входит в выточку в блоке и обеспечивает необходимое положение гильзы по отношению к верхней поверхности блока. Стенки мокрых гильз, воспринимающие рабочее давление газов, изготовляют более толстыми, чем стенки сухих гильз. Толщина стенок стальных гильз 4-7 мм, чугунных 5-9мм; толщина стенок направляющих поясков на 2-3 мм больше минимальной толщины стенок.

Гильза является тонкостенным цилиндром, имеющим малую жесткость в радиальном направлении и легко деформирующимся в процессе обработки резанием под действием сил зажима и резания, а также при термической обработке. Поэтому получение высокой точности основных рабочих поверхностей связано с определенными трудностями. Для достижения концентричности наружных и внутренних поверхностей их многократно обрабатывают со снятием за каждую обработку небольших припусков. Наибольшие затруднения вызывает обработка закаливаемых гильз, так как из-за возникающих при этом деформаций

требуется производить чистовую и окончательную обработку по внутреннему и наружному диаметрам.

Гильзы цилиндров изготовляют из легированных чугунов: хромистых, хромоникелевых и хромокремнистых, обладающих повышенными прочностью и сопротивлением истиранию. Заготовки гильз получают отливкой центробежным способом во вращающиеся формы, в земляные формы с корковым стержнем, а также в оболочковые формы. При центробежном способе литья устраняется смещение полуформ и уменьшается расход металла на литники по сравнению с литьем в земляные формы. Недостатком центробежного способа является необходимость получения увеличенного припуска на обработку резанием зеркала, так как наименее плотные слои металла оказываются внутри. Припуск на эту обработку зеркала цилиндра составляет 5-6 мм, а наружных поверхностей 3-4 мм. Точность отливки обеспечивается в пределах 8 класса.

Лучшего качества заготовки гильз получают литьем в оболочковые формы. Припуск на обработку резанием зеркала равен 3-4 мм, а наружных поверхностей 2-2,5 мм. Точность отливки соответствует 5-7-му классу. Твердость заготовок гильз НВ 170-255.

Обработкой резанием должны обеспечиваться высокая точность размеров, формы и взаимного расположения основных поверхностей:

1. Точность внутреннего диаметра гильзы 7кв и выше. После обработки гильзы сортируют на размерные группы. Овальность и конусность по внутреннему диаметру в пределах 0,01 мм;

2. Класс чистоты зеркала гильзы 9-11;

3. Биение посадочных поясков у мокрых гильз относительно поверхности зеркала не более 0,03-0,10 мм; разность биения верхнего и нижнего поясков при замере в одной плоскости не выше 0,08 мм;

4. Класс чистоты посадочных поверхностей мокрых гильз 7-8;

5. Точность обработки свободных размеров 14 квалитет.

Гильзы подвергают гидравлическому испытанию под давлением не менее 400 кПа в течение 2 мин и более, при этом запотевание наружной поверхности гильзы не допускается.

Обработка резанием мокрых гильз производится на поточных и автоматических линиях.

На поточных линиях черновая и чистовая обработка заготовок

осуществляется в большинстве случаев на шестишпиндельных токарных полуавтоматах. Тонкое растачивание и хонингование отверстия гильзы производят на специальных полуавтоматах и автоматах.

Операция I (рис. 6.120, а).

1. Черновое обтачивание наружной поверхности и растачивание отверстия на 0,5 длины заготовки.

2. Черновое обтачивание оставшейся части наружной поверхности и растачивание отверстия.

3. Получистовое обтачивание наружной поверхности и растачивание отверстия на 0,5 длины заготовки.

4. Получистовое обтачивание и растачивание оставшейся части.

5. Снятие фаски в отверстии и подрезание торца.

6. Отрезка заготовки гильзы.

Исходная заготовка гильзы устанавливается для обработки в самоцентрирующий патрон с использованием дополнительной опоры - люнета

Операция II (рис. 6.120, б).

1. Подрезание торца, прорезание конической канавки со стороны бурта и канавки перехода посадочных поясков к средней части гильзы, протачивание торца бурта с наружной стороны.

2. Чистовое обтачивание наружных поверхностей под бурт и под посадочные пояски, снятие наружной фаски.

3. Обтачивание средней части по копиру и подрезание внутреннего торца бурта.

4. Чистовое обтачивание средней части гильзы и переходного конуса

5. Прорезание канавки для образования внутреннего торца бурта, канавок для уплотнительных колец с подрезанием внутреннего торца

6. Тонкое обтачивание по наружным поверхностям бурта и

7. посадочных поясков, снятие фаски в отверстии.

Заготовку гильзы устанавливают для обработки по отверстию на разжимной оправке.

Операция III. Тонкое растачивание отверстия гильзы на верти- кальном шестипозиционном полуавтомате.

Операция IV. Хонингование отверстия на четырехшпиндельном полуавтомате фирмы

Рис. 6.120. Схемы обработки мокрой гильзы на горизонтально-токарных шестишпиндельных полуавтоматах:

а - операция I; 6 - операция II; 1 - 6 - переходы

В связи с малой жесткостью гильзы для тонкого растачивания и хонингования отверстия еѐ устанавливают по окончательно обработанным наружным поверхностям верхнего посадочного пояса и бурта с прижимом по верхнему торцу.

При больших программах выпуска обработка резанием производится на автоматических линиях.

Для контроля гильз применяются, пневматические, индикаторные и электроконтактные приспособления. Контролируются диаметры наружных и внутренних поверхностей, их форма, шероховатость посадочных поверхностей, взаимное расположение обработанных поверхностей и их длина. Особенно тщательно проверяется диаметр отверстия - зеркала, его эллиптичность, конусность и огранка. Диаметр зеркала проверяется в трех сечениях на специальном пневматическом контрольном приборе. Контроль внутренних диаметров с сортировкой их на группы и маркировкой гильз каждой группы осуществляется на специальных автоматических устройствах.

Биение посадочных поясков и двух торцов упорного бурта проверяют на индикаторном приспособлении.

Гидравлические устройства находят широкое применение в горном оборудовании: гидравлические стойки, механизированные крени, насосные станции, гидравлические механизмы подачи очистных комбайнов, и т. д.

Силовые гидроцилиндры рассчитаны на давление рабочей жидкости 5-40 МПа, их длина колеблется от 165 до 2000 мм, масса - от 14 до 15000 кг

Размеры и масса цилиндров и штоков накладывают свои особенности на выбор метода получения заготовки, определяют выбор оборудования, последовательность технологического процесса изготовления.

Внутренняя поверхность цилиндров обрабатывается по 9-10 квалитетам точности; ее шероховатость Ra=0,63-0,16 мкм; непрямолинейность оси цилиндра не более 0.8 мм на длине 1000 мм; конусность и овальность внутренней поверхности на всей длине не более половины допуска на внутренний диаметр; разностенность цилиндра не должна превышать 1 мм; биение посадочных поверхностей относительно внутренней поверхности до 0,05 мм. Силовые гидроцилиндры изготовляются из толстостенных горячекатаных труб (ГОСТ 8732) и бесшовных холоднотянутых труб (ГОСТ 8733).

Материал гидроцилиндров и штоков - стали 45; 40Х; 30ХГСА;

Процесс изготовления гидравлического цилиндра можно разбить на три этапа:

1. изготовление отдельных элементов цилиндра;

2. сборка и сварка элементов цилиндра;

3. обработка цилиндра в сборе.

К наиболее трудоемким в изготовлении элементам относится гильза цилиндра, так как к ней предъявляются более высокие требования по точности и качеству рабочих поверхностей.

Штоки гидроцилиндров по конструкции могут быть цельными и сварными.

В единичном и серийном производстве при малых размерах серий отрезка заготовки гильзы производится на фрезерно-отрезных станках дисковыми пилами. При больших размерах серий используются более производительные трубоотрезные станки (рис.6.121)

В серийном производстве токарная обработка наружного контура гильзы выполняется за две операции на токарно-многорезцовых полуавтоматах. Установка детали - по внутреннему диаметру трубы на кулачковой центровой оправке (рис.6.122).

Нарезание наружной резьбы производится на резьбофрезерных станках или токарно-винторезных с использованием головки для вихревого нарезания резьбы.

После черновой токарной обработки производится нормализация

Рис.6.121. Отрезка заготовки на трубоотрезном станке

или улучшение (в зависимости от химического состава материала гильзы). Цель термообработки - повышение обрабатываемости.

Измельчается структура, снижается вязкость.

Термообработка после сварки снижает внутренние напряжения сварных швов.

Обработка внутренней рабочей поверхности цилиндра в единичном и мелкосерийном производстве ведется за одну операцию в три перехода на токарно-винторезном станке. В серийном производстве - за три операции на станках для глубокого растачивания (рис.6.123).

Технологический маршрут механической обработки представлен в табл. 6.13.

Таблица 6.13 Технологический маршрут обработки гидроцилиндра

Производство единичное	Производство серийное	Примечание
Оп.05 Отрезная Отрезать заготовку гильзы	Оп.05 Фрезерно-отрезная (Трубо-отрезная) Отрезать заготовку гильзы	Отрезать заготовки днища и бобышки
Оп.10 Токарная Установить деталь; проточить пов.1; проточить пов.4; переустановить деталь; проточить пов.2; нарезать резьбу	Оп.10 Токарно-многорезцовая Проточить пов.1,4; подрезать торцы.	Обработать днище и бобышку по размерам чертежа
	Оп.15 Токарно-многорезцовая Проточить пов.2; снять фаски
	Оп.20 Резьбофрезерная Нарезать резьбу
Оп.15 Токарная Установить деталь; подрезать торец 3; расточить выточку 8; снять фаску; переустановить деталь; подрезать торец 5; расточить выточку 7; расточить выточку 6; снять фаски	Оп.25 Токарно-револьверная Расточить выточку 8; снять фаску.
	Оп.30 Токарно-револьверная Расточить выточку 7; расточить выточку 6; снять фаски
Оп.20 Термическая Нормализация или улучшение	Оп.35 Термическая Нормализация или улучшение
Оп.25 Слесарная Разметить боковые отверстия	Оп.40 Радиально-сверлильная Сверлить боковые отверстия; цековать
Оп.30 Сверлильная Сверлить боковые отверстия; цековать
Оп.35 Контрольная Проверить размеры чертежа	Оп. 45 Контрольная Проверить размеры чертежа
Оп. 40 Сварочная Собрать гильзу с днищем, бобышкой и трубопроводом; сварить	Оп.50 Сварочная Собрать гильзу с днищем, бобышкой и трубопроводом; сварить
Оп.45 Термическая Низкий отпуск	Оп.55 Термическая Низкий отпуск
Оп.50 Токарная Калибровать резьбу	Оп.60 Токарная Калибровать резьбу

Продолжение таблицы 6.13

Оп.55 Токарная Расточить пов.9; развернуть пов.9; раскатать пов.9	Оп.65 Расточная Расточить пов 9
	Оп.70 Расточная Развернуть пов.9
	Оп.75 Расточная Раскатать пов.9
Оп.60 Контрольная Контроль окончательный	Оп.80 Контрольная Контроль окончательный

Рис.6.122. Центровая кулачковая оправка:

1 – кулачек; 2 – пружина; 3 – тяга; 4 – втулка; 5 – гайка зажимная; 6 – плунжер

Рис.6.123. Схема обработки зеркала цилиндра на токарном станке или станке для глубокого растачивания токарного типа:

1 – станина; 2 – передняя бабка; 3 – обрабатываемый цилиндр; 4 – трехкулачковый люнет; 5 – переднее направление; 6 – борштанга; 7 – задняя бабка с подающим суппортом; 8 – подвод охлаждения

Черновое растачивание выполняется расточной головкой, оснащенной твердосплавными резцами - Т15К6 (рис. 6.124).

Рис.6.124. Головка для чернового растачивания

Головка крепится в борштанге ленточной резьбой. Для избежания увода головки, что приведет к «разбиванию» отверстия в конце прохода, головка имеет твердосплавные направляющие и резиновый демпфер низкочастотных колебаний. Через полую борштангу и отверстие в корпусе головки в зону резания под большим давлением подается охлаждающая жидкость, обеспечивающая отвод элементной стружки из рабочей зоны. Надежное стружкодробление обеспечивается согласованием режимов обработки с геометрией режущей части инструмента

Чистовое растачивание производится плавающей разверткой (рис. 6.125), свободно установленной в корпусе чистовой головки. Развертка надежно обеспечивает точность диаметральных размеров отверстия, но не исправляет искривление его оси.

Рис.6.125. Развертка плавающая:

1 – крепежный винт; 2 – пластина; 3 – шпонка направляющая; 4 – винт регулировочный

Отделочная обработка зеркала цилиндра, а также сквозных отверстий выполняется роликовыми раскатками (рис.6.126, рис. 6.127).

При отсутствии раскатки нужного размера в единичном производстве отделка рабочей поверхности цилиндра производится полированием/

Рис.6.126.Раскатка для глухих отверстий:

1 - ролик; 2 - винт; 3 - опорная втулка; 4 - пленка; 5 – обойма;

6 - сепаратор; 7 – втулка; 8 - винт; 9 - шарикоподшипник; 10 - стакан;

11 - пружина; l2 - регулировочная гайка; 13 - контргайка; 14 - оправка

Рис.6.127. Раскатка для сквозных отверстий:

1 - ролик; 2 - сухарь; 3 - шпонка; 4 - обойма; 5 - сепаратор; 6 -винт;

7 - шарикоподшипник; 8 - пружина; 9 - втулка; 10 - регулировочная гайка;

11- контргайка; 12 – оправка; l5 -втулка; 14 - втулка опорная; 15 - гайка