Тема 4.4 технология изготовления деталей класса «корпус»

Корпусные детали в большинстве случаев являются базовыми деталями, которые определяют положение отдельных сборочных единиц с заданной точностью. Корпусные детали должны обеспе­чить постоянство относительного положения деталей и механиз­мов как в статическом положении, так и в процессе эксплуатации, а также плавность их работы и отсутствие вибраций.

Конструктивная форма, размеры, точностные характеристики, применяемые материалы зависят от служебного назначения деталей и условий их работы.

Все корпусные детали можно разделить на группы:

 Корпусные детали коробчатой формы: имеют обычно форму параллелепипеда, могут быть разъемными и неразъемными по осям всех или части отверстий и иметь внутренние перегородки.

 Корпусные детали с внутренними цилиндрическими поверх­ностями; блоки цилиндров, цилиндры двигателей, компрессоры. Эта группа деталей имеет точные по размерам и форме отверстия ци­линдров, а также отверстия для цилиндров, а также отверстия для установки других валов.

 Корпусные детали сложной пространственной формы.

 Каретки, салазки, столы, ползуны, планшайбы в процессе эксплуатации осуществляют возвратно-поступательное или враща­тельное относительное движение.

 Кронштейны, угольники, стойки»

 Плиты, крышки, кожухи, поддоны, корыта (рисунки 4.28 – 4.290000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000)

К корпусным деталям предъявляются технические требования по прочности, жесткости, износоустойчивости, точности, герметичнос­ти»

Требования следующие:

а) точность формы базирующих поверхностей – плоскостность (0,04 мм) или прямолинейность (0,03 мм) плоскостей в определен­ных направлениях.

б) точность положения плоских базирующих поверхностей - в одной плоскости, в параллельных, перпендикулярных;

в) точность расстояния между параллельными плоскостями (0, 05-0, 1 мм);

г) точность диаметральных размеров и геометрической формы отверстий;

д) точность расстояния между осями отверстий, соосность отверстий (0,03 мм);

е) параллельность и перпендикулярность осей отверстий (0,1- 0,05 мм).

Пример технических требований представлен в таблице 4.1.

Таблица 4.1 – Допускаемые отклонения по основным параметрам

в миллиметрах

Отклонения	Корпус передней бабки токарного станка 1К62	Корпус паровой турбины ВКТ-100
Непрямолинейность плоскостей основных баз	0,03 *	По плоскости разъема 0,03* на длине 1000 мм до шабрения
Неплоскостность основных баз	0,04*	0,04 на длине 1000 мм
Погрешности диаметральных размеров ответственных отверстий		1845  0,2
Погрешности геометрической формы ответственных отверстий	В пределах половины допуска 1-го и 2-го классов на диаметр отверстия	В пределах половины допуска на диаметр
Несоосность основных отверстий	0,03 на длине 700 мм	Относительный поворот осей 0,015 – 0,05 на длине 1000 мм
Погрешности расстояний от осей основных отверстий до плоскостей	Пригоняются при сборке 215 - 0,1*	-
Непараллельности осей ответственных отверстий относительно основных баз	0,1 на длине 725 мм*	0,1 на длине 4778 мм
Непараллельности осей ответственных отверстий	0,08 на длине 725 мм	-
Погрешности межосевых расстояний	 0,06	-
Неперпендикулярность торцовых поверхностей	0,04 на диаметре 195 мм	0,08 на диаметре 700 мм

Большинство корпусных деталей изготавливают из серого чугу­на и углеродистой стали, ковкого чугуна, легированных сталей и цветных сплавов.

Серый чугун является хорошим конструктивным материалом, достаточно дешевым и обладающим хорошими технологическими свойст­вами (жидкотекучестью, обрабатываемостью). Из серого чугуна марок СЧ15-32, СЧ18-36, СЧ21-40 делают детали металлорежущих станков, не имеющие поверх­ностей, работающих на износ - корпуса центробежных насосов, ре­дукторов и т.д.

Для сварных корпусов применяют малоуглеродистые стали (ст 3, ст 4).

Корпусные детали, работающие в условиях вибрации или подвер­гающиеся изгибающим и скручивающим моментам, ударным нагрузкам изготавливают из ковкого чугуна или стали.

Детали, работающие в агрессивной среде изготавливают из ма­териалов, обладающих повышенным сопротивлением коррозии. Корпусы насосов, перекачивающих кислоты - из ферросилида (сплав, содержа­щий до 15% Si), нержавеющих сталей (X18Н10Т). Корпусы насосов, перекачивающих морскую воду - из бронзы и латуни.

Большое применение находят алюминиевые сплавы.

Заготовки изготавливают литьем или сваркой.

Литые заготовки получают литьем в формовочную смесь, кокиль, оболочковые формы, под давлением, по выплавляемым моделям.

Сварные заготовки получают резкой или штамповкой отдельных элементов с последующей сваркой.

Машинную формовку по металлическим моделям применяют для по­лучения мелких и средних отливок.

Литье в кокиль или металлические формы применяют для загото­вок из цветных сплавов, чугуна, стали. Обычно получают заготовки размерами до 1,5 м и весом до 85 кг.

Точность размеров может быть выдержана в пределах (+0,12 - + 1,0 мм).

Литье в металлические формы может быть применено для деталей:

1) толщина стенки должна быть достаточной, минимальная толщина сте­нок для мелких отливок 3 мм, для крупных 20 мм.

2) отливки не должны иметь большого количества выступающих наружных частей и углублений, затрудняющих удаление отливки из формы, не должно быть резких переходов от толстой стенки к тонкой, острых внутренних углов и т.д.;

3) литье под давлением применяют для заготовок сложной фор­мы, фасонные тонкостенные с отверстиями различной Формы и размеров, внутренними и внешними резьбами. Заготовки обладают высокими меха­ническими свойствами и имеют прекрасный внешний вид. Точность та­ких отливок соответствует IT 11-17, чистота 5-7 классам шерохова­тости.

Сварные заготовки следует подвергать термической обработке (отжигу, отпуску и т.д.). Для правильного выбора способа получе­ния заготовки нужно рассматривать комплексно процесс получения заготовки и дальнейшей ее обработки.

Содержание и построение технологического процесса (ТП) ме­ханической обработки корпусной детали зависит от конструктивной формы, размеров и веса детали, вида заготовки, технических тре­бований и программы выпуска.

Последовательность обработки поверхностей определяется в основном выбором баз и схемой размерных связей поверхностей де­тали.

Выбор технологических баз является ответственным моментом в разработке ТП изготовления детали, т.к. их выбор во многом опре­деляет точность и экономичность изготовления детали.

Выбор баз начинается с анализа функций, которые предписано исполнять поверхностям_t служебное назначение и размерные связи между поверхностями.

Чаще положение большинства поверхностей задается относитель­но основных баз детали. Поэтому в качестве технологических баз выбирают основные базы детали, стремясь сохранить принцип единст­ва баз в ТП.

Отступление от этого правила могут быть вызваны тем, что по­ложение большинства поверхностей детали задано не относительно основных баз, а относительно каких-то других поверхностей, напри­мер, вспомогательных баз.

На практике наиболее часто применяют две схемы базирования: по трем плоскостям (координатный угол); по плоскости и двум от­верстиям, выполненным по H7 – H8 с перпендикулярными осями (схема установки на плоскость и 2 пальца - гладкий и срезанный). Иногда соблюдение единства баз приводит к более длинным техноло­гическим размерным цепям. В этом случае возможен отход от един­ства баз.

В условиях единичного и мелкосерийного производства, а так­же при обработке крупно-габаритных деталей механическую обработку заготовок начинают с разметки. Разметка - одна из ответственных операций.

Рисунок 4.28 – Корпусные детали:

а – деталь коробчатого типа; б – блок цилиндров; в – корпус центробежного насоса;

г – каретка; д - плита

При разметке заготовок, если у детали имеются стенки, толщину которых нужно выдержать, то разметку проводят с учетом этого ус­ловия.

Если в заготовке имеются перекосы, смещения поверхностей и другие дефекты, то центровые риски наносят с учетом этих недос­татков, чтобы "выкроить" деталь из заготовки и исправить эти недостатки во время обработки.

При разметке все размеры нужно выдерживать от одной поверх­ности.

Установку корпуса на станке по разметке производят по рис­кам при помощи рейсмаса.

При разработке ТП детали типа "корпус", необходимо прежде всего проанализировать технологичность конструкции детали.

Рисунок 4.29 – Кронштейны, угольники и стойки:

1,2 и 6 – кронштейны, 3 и 4 – крышки, 5 – угольник, 7 – корпус

К конструкции детали предъявляются основные требования:

1. Наличие правильной геометрической формы у детали.

2. Наличие удобных и надежных баз.

3. Простановка размеров и определение точности положения обрабатываемых поверхностей относительно баз.

4. Простота геометрической формы, допускающая полную меха­ническую обработку ее без смены баз.

5. Открытые для сквозной обработки наружные поверхности (плоскости) и расположение в этих плоскостях обрабатываемых бобышек и платиков.

6. Гладкие, сквозные отверстия с минимальным количеством ступеней, диаметры ступеней должны уменьшаться от периферии к середине детали.

7. Перпендикулярность торцов отверстий к их осям.

8. Минимальное количество крепежных отверстий.

9. Достаточная жесткость детали, допускающая ее обработку высокой производительными методам.

Если рассматривать корпусные детали, то можно выявить, что 10% основных отверстий, предназначенных для монтажа валов, шпинделей, изготавливают no IT6, 50% по IT7, около 30% по IT8, 9 и до 10% менее точными.

Диаметры основных отверстий в корпусах ограничены размерами от 20 до 50 мм.

Маршрут обработки корпусной детали состоит из этапов:

• обработка поверхностей, используемых в качестве технологических баз;

• обработка взаимосвязанных плоских поверхностей;

• обработка основных отверстий;

• обработка присоединительных отверстий;

• финишная обработка плоскостей и основных отверстий.

Каждый из этапов может состоять из нескольких операций или наоборот одна операция может включать в себя несколько этапов. Во многих случаях в маршрут включают термические операции ста­рения и отжига между черновой и чистовой обработкой.

Обработку сложных корпусных деталей ведут в основном на сверлильно-фрезерно-расточных многоинструментальных станках с ЧПУ.

При отборе деталей и операций необходимо учитывать следую­щее:

1. Допустимые отклонения по параметрам точности обрабаты­ваемых деталей должны быть больше эксплуатационной точности станка.

2. Чистовые переходы целесообразно выполнять на более точных станках, а полную обработку (черновая и чистовая) – на станках, обеспечивающих одновременно интенсивные режимы резания, требуемую точность и безотказность работы.

3. Сложные и продолжительные операции обработки дорогостоя­щих заготовок целесообразно выполнять на станках, характеризующихся более высоким уровнем надежности.

На многоинструментальных станках с ЧПУ обычно используют универсальный режущий инструмент, который применяют на универ­сальных станках. Однако требования к точности исполнения разме­ров, геометрической форме, качеству заточки режущих кромок и к стойкости инструмента для станков с ЧПУ значительно выше.

Максимальные диаметральные размеры инструмента ограничи­ваются расстоянием между гнездами магазина, линейные размеры - жесткостью инструмента, масса инструмента – грузо-подъемностью автоматической руки.

Режущий инструмент хранят, по возможности, комплектно со вспомогательным инструментом (оправка, патрон) и не применяют при обработке на станках с ручным управлением. Инструмент настраивают на осевой и радиальный размер на оптических приборах вне станка.

Операции, выполняемые на станке с ЧПУ, могут охватывать весь технологический процесс изготовления детали или только часть его. На многоинструментальных станках следует выполнять только те операции, которые позволяют при обеспечении требуемой точнос­ти существенно повысить производительность обработки и обеспе­чить ее эффективность.

Для выполнения некоторых операций обработки (подготовка баз, шлифование плоскостей, координатное растачивание отверстий и т.д.) следует использовать станки с ручным управлением, т.к. обеспечение требуемой точности на многоинструментальном станке неэкономично или затруднено.

Концентрация переходов обработки в операции, выполняемых на станках с ЧПУ, позволяет сократить число операций, трудоемкость обработки, повысить точность относительного положения поверхнос­тей деталей»

Для решения вопросов, связанных с построением технологии обработки корпусных деталей на многоинструментальных станках каждую корпусную деталь рассматривают как сочетание элементар­ных поверхностей (отверстия, плоскости, пазы и т.д.). Такое представление облегчает выбор технологических решений обработки детали, инструмента, формализацию разработки ТП.

При проектировании операции решают следующие вопросы:

• определение номенклатуры переходов обработки каждой из обрабатываемых поверхностей и их последовательности в процессе выполнения операции;

• назначения режущих, вспомогательных инструментов;

• определение координат опорных точек и траекторий пере­мещения инструмента;

• назначение режимов резания, межпереходных припусков на обработку и т.д.

Технологические переходы обработки элементарной поверхнос­ти (отверстие, плоскость, паз и т. д.) выбирают по отработанным технологическим схемам. Технологическая схема представляет со­бой комплекс последовательно выполняемых переходов, необходимых для обеспечения требуемого качества поверхности.

В начале операции фрезеруют внешние и внутренние плоскости, пазы, наружные и внутренние контуры торцевыми и концевыми фреза­ми, затем обрабатывают основные и вспомогательные отверстия большого диаметра и вспомогательные отверстия малого диаметра.

В качестве первого перехода обработки литых отверстий на станках с позиционной системой управления следует применять рас­тачивание, а не зенкерование, т.к. смещение оси обрабатываемого отверстия значительно меньше. На станках с контурной системой управления целесообразно применять фрезерование вместо растачи­вания, т.к. концевая фреза менее чувствительна к неравномернос­ти припуска на обработку, и в том случае длина отверстия не превышает длину режущей части фрезы (рисунки 4.30 – 4.31).

Рисунок 4.30 – Обеспечение равномерного припуска при растачивании

отверстия в корпусной детали

Рисунок 4.31 – Схемы основных способов растачивания

на горизонтально-расточных станках

КОНТРОЛЬ КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ

1) Контроль отверстий в зависимости от конкретных произ­водственных условий осуществляют как универсальными средствами, так и кали6рами-пробками.

Универсальными измерительными средствами являются индика­торные нутромеры, микрометрические штихмассы, штангенциркули.

Для отверстий диаметром до 500 мм - жесткие предельные калибры, для отверстий > 500 мм микрометрические и индикаторные штихмас­сы различных типов.

Измерительные средства должны соответствовать требованиям, предъявляемым к точности обрабатываемых деталей. Предельная пог­решность измерительного средства должна составлять10 - 20% допус­ка измеряемой величины (в некоторых случаях до 30%).

Погрешности формы отверстий в поперечном сечении (эллипсность, огранка) определяются измерениями в различных радиальных направлениях.

Погрешность формы в про-дольном сечении (конусность, бочко-образность) определяются по резуль-татам измерений в различных попе-речных сечениях. Для измерения глубины отверстий используют штангенглуби-номеры, шаблоны, калибры. Для контроля соосности используют контрольные оправки (рисунок 4.32).
	Рисунок 4.32 – Схема проверки соосности отверстий

При проверке несоосности индикаторными приспособлениями определяют радиальное биение, равное удвоенной несоосности.

Расстояние h от оси отверстия до базовой плоскости опреде­ляют на контрольной плите измерениями размеров h₁ и h₂ при по­мощи плиток.. При этом выявляется также непарал­лельность оси отверстия относительно плоскости основания.

Расстояние h определяют по формуле: (4.3)

где d - диаметр оправки.

Неперпендикулярность тор-цевой плоскости относительно оси отверстий можно проверять при помощи индикаторного приспособле­ния или специального калибра (рисунки 4.33, 4.36, 4.37). Положение параллельности осей отверстий в одной плоскости прове­ряют при помощи линейки и уровня (рисунок 4.34) Межцентровое расстояние определяют расчетом по результатам измерений (рисунок 4.35):
	Рисунок 4.33 - Схема проверки неперпендикулярности торцовой плоскости оси отверстия

(4.4)

Рисунок 4.34 – Схема проверки параллельности оси отверстия

базовой поверхности

Непараллельность определяют как разность размеров а₁ – а₂, отнесенную к длине L.

Неперпендикулярность осей отверстий при помощи оправки с индикатором или калибром измерением зазоров ₁ и ₂.

Рисунок 4.35 – Схема определения межосевого расстояния и параллельности осей	Рисунок 4.36 – Схема проверки неперпендикулярности осей отверстия

Последовательность механической обработки корпуса призматического типа с плоским основанием и основным отверстием с осью, параллельной основанию

Заготовительная.

Заготовки корпусов из серого чугуна отливают в песчано-глинистые, ме­таллические (кокиль) или оболочковые формы, из стали - в песчано-глинистые формы, кокиль или по выплавляемым моделям. Заготовки из алюминиевых сплавов отливают в кокиль или литьем под давлением. В единичном и мелкосе­рийном производствах применяют сварные корпуса из стали. Корпуса могут быть сборными.

Заготовки корпусных деталей перед механической обработкой проходят ряд подготовительных операций.

Рисунок 4.37 – Схема проверки положения осей отверстия в одной плоскости:

1 – линейка, 2 – уровень, 3 – угольник, 4 – специальное приспособление

Подготовительные операции

Термическая.

Отжиг (низкотемпературный) для уменьшения внутренних напряжений.

Обрубка и очистка заготовки.

У отливок удаляют литники и прибыли: на прессах, ножницах, ленточными пилами, газовой резкой и т.д. Очистка отливок от остатков формовочных сме­сей и зачистка сварных швов у сварных заготовок производится дробеструйной или пескоструйной обработкой.

Малярная.

Грунтовка и окраска необрабатываемых поверхностей (для деталей не под­вергаемых в дальнейшем термообработке). Операция производится с целью предохранения попадания в работающий механизм корпуса чугунной пыли, об­ладающей свойством «въедаться» в неокрашенные поверхности при механиче­ской обработке.

Контрольная.

Проверка корпуса на герметичность. Применяется для корпусов, заполняе­мых при работе маслом. Проверка производится ультразвуковой или рентгенов­ской дефектоскопией. В единичном производстве или при отсутствии дефекто­скопии проверка может производиться при помощи керосина и мела.

Для деталей, работающих под давлением, применяется проверка корпуса под давлением.

Разметочная.

Применяется в единичном и мелкосерийном производствах. В остальных типах производств может применяться для сложных и уникальных заготовок с целью проверки «выкраиваемости» детали.

Основные операции механической обработки

Фрезерная (протяжная).

Фрезеровать или протянуть плоскость основание предварительно и оконча­тельно или с припуском под плоское шлифование (при необходимости).

Технологическая база - необработанная плоскость параллельная обрабаты­ваемой поверхности. Оборудование:

• в единичном и мелкосерийном производствах - вертикально-фрезерный или строгальный станки;

• в серийном - продольно-фрезерный или продольно-строгальный станки;

• в крупносерийном и массовом - барабанно- и карусельно-фрезерные, плоскопротяжные, агрегатно-фрезерные станки.

Сверлильная

Сверлить и зенковать (при необходимости) отверстия в плоскости основа­ния. Развернуть два отверстия, используемых при базировании.

Технологическая база - обработанная плоскость основания. Оборудование - радиально-сверлильный станок или сверлильный с ЧПУ, в массовом и крупносерийном производствах - многошпиндельный сверлильный станок или агрегатный станок.

Фрезерная.

Обработка плоскостей, параллельных базовой (при их наличии)

Технологическая база - плоскость основания. Оборудование - аналогичное первой фрезерной операции.

Фрезерная.

Обработка плоскостей, перпендикулярных базовой (торцы основных от­верстий).

Технологическая база - плоскость основания и два точных отверстия. Обо­рудование - горизонтально-фрезерный или горизонтально-расточной станок.

Расточная.

Растачивание основных отверстий (предварительное и окончательное или с припуском под тонкое растачивание).

Технологическая база - та же. Оборудование: - единичное производство - универсальный горизонтально-расточной станок;

• мелкосерийное и среднесерийное - станки с ЧПУ расточно-фрезерной группы и многооперационные станки;

• крупносерийное и массовое - агрегатные многошпиндельные станки.

Сверлильная.

Сверлить, зенковать (при необходимости), нарезать резьбу в крепежных отверстиях.

Технологическая база - та же. Оборудование: радиально-сверлильный, сверлильный с ЧПУ, многооперационный, сверлильный многошпиндельный или агрегатный станки (в зависимости от типа производства)

Плоскошлифовальная.

Шлифовать (при необходимости) плоскость основания.

Технологическая база - поверхность основного отверстия или обработан­ная плоскость, параллельная базовой (в зависимости от требуемой точности расстояния от базовой плоскости до оси основного отверстия). Оборудование - плоскошлифовальный станок с прямоугольным или круглым столом.

Алмазно-расточная.

Тонкое растачивание основного отверстия.

Технологическая база - базовая плоскость и два отверстия. Оборудование - алмазно-расточной станок.

С целью выдерживания принципа постоянства баз большинство операций обработки за исключением операции подготовки баз и отделки основных по­верхностей концентрируют в одну операцию, выполняемую на горизонтально-расточном (единичное производство), многооперационном (серийное) или агре­гатном (массовое) станках.

Моечная.

Контрольная.

Нанесение антикоррозионного покрытия.

Особенности обработки разъемных корпусов

В маршрут обработки разъемных корпусов дополнительно к вышеприве­денным операциям включают:

• обработку поверхности разъема у основания (фрезерная);

• обработку поверхности разъема у крышки (фрезерная);

• обработку крепежных отверстий на поверхности разъема основания (сверлильная);

• обработку крепежных отверстий на поверхности разъема крышки (сверлильная);

• сборку корпуса промежуточную (слесарно-сборочная операция);

• обработку двух точных отверстий (обычно сверлением и развертывани­ем) под цилиндрические или конические штифты в плоскости разъема собранного корпуса.

Дальнейшая обработка корпуса производится в сборе.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ:

1. Какими конструктивными технологическими особенностями обладает корпусная деталь?

2. В чем особенность обработки корпусных деталей на стан­ках с ЧПУ?

3. Направляющие станины фрезеруют или строгают. При каких условиях эффективней строгание или фрезерование?

4. На участке имеются фрезерные станки с ручным управлением и с ЧПУ. Детали, o6pa6отанные на участке, сложные, высокой точности, имеют фасонные поверхности, выпускаются малыми сериями (20-30 шт.). Какое оборудование предпочтете Вы и почему?

5. Каковы достоинств и недостатки, область применения многофрезерных станков?

6. В чем различие маршрутной технологии обработки одного и того же корпуса на станках с ручным управлением и на многоопе­рационных станках?

7. Назначение корпусных деталей.

8. Конструкция корпусных деталей.

9. Технологичность конструкции корпусных деталей.

10. Построение ТП обработки корпусных деталей.