Служебное назначение и требование к точности коленчатых валов

Вал на станках линии базируется коренными шейками и торцовыми поверхностями. В угловом положении вал ориентируется по одной из шатунных шеек. Станки имеют по два приводных шпинделя, между которыми устанавливается обрабатываемый вал. Шатунная шейка обрабатывается одновременно двумя резцами, установленными в двух суппортах. На одном суппорте установлен резец для подрезки торцов шеек двумя круглыми пластинками и обтачивания средней части шейки одной широкой твердосплавной пластиной. На другом суппорте установлен резец с двумя твердосплавными пластинками для обтачивания крайних частей шейки. На смену резцов затрачивается около 5 мин. Станки позволяют бес ступенчато изменять частоту вращения шпинделя и подачу суппортов. Линия сравнительно легко переналаживается на обработку валов других типов.

На некоторых зарубежных автомобильных и тракторных заводах в последнее время цилиндрические поверхности шатунных шеек (а иногда и в коренных ), а также плоскости прилегающих шеек стали обрабатывать фрезерованием.

Австрийская фирма GFM выпускает станки различных видов для черновой обработки шеек и чистовой обработки щек коленчатых валов с радиусами кривошипов от 60 до 280 мм фрезами большого диаметра (450-110мм) со вставными, тангенциально расположенными твердосплавными ножами. Существенным недостатком является сложность инструмента и его заточки. Кроме того, прерывистое резание не обеспечивает требуемую шероховатость поверхности при достаточно высокой производительности. Увеличение же шероховатости при фрезеровании вынуждает увеличивать припуск на шлифование, что может оказаться менее экономичным.

5. Обработка внутренних  плоскостей и смазочных каналов.

Различные отверстия в шейках, в шейках и фланцах коленчатого вала в зависимости от программы выпуска обрабатывают на вертикальных и радиально- сверлильных станках и на автоматических линиях. В подавляющем большинстве случаев технологическими базами на этих операциях являются цилиндрические и боковые поверхности опорных шеек и для угловой ориентации -базовые площадки шеек, а также наружные поверхности или отверстия соответствующих шатунных шеек.

Отверстия масляных каналов в шейках обычно небольшого диаметра (6-8 мм) при значительной глубине (до 250 мм), поэтому при сверлении их требуется многократные вводы и выводы сверл из отверстий для удаления стружки и охлаждения инструмента.

Отверстия переднего и заднего концов вала при сравнительно небольших масштабах выпуска можно сверлить в две операции на вертикально -сверлильном станке с многошпиндельными головками в многопозиционных приспособлениях (для заднего конца) и на токарно-револьверных станках с установкой вала в патроне по фланцу ив люнете по первой коренной шейке (для сверления отверстия в заднем конце).

В производствах со значительным масштабом выпуска сверление смазочных отверстий, сверление и на резание резьбы на шатунных шейках и фрезерование шпоночных пазов в коленчатых валах производят на автоматических линиях, скомпонованных из агрегатных станков. При этом на одних линиях заготовки обрабатывают в приспособлениях-спутниках, на других - в стационарных приспособлениях.

По проекту СКБ-6 станкозаводом им.Орджоникидзе изготовлена автоматическая линия для обработок сверлением коленчатого вала двигателя СМД -55 с длительностью цикла 1 мин . Линия состоит из девяти многошпиндельных многопозиционных станков, связанных между собой жестким транспортом в виде шагового транспортера с собачками. Применяемый в линии инструмент взаимозаменяемый и его настройка производится вне линии по эталонам, что значительно сокращает время на его бесподналадочную замену . Смена инструмента принудительная по сигналам специальных счетчиков, настраиваемых на определенное количество проработанных циклов. Весь инструмент линии разбит на четыре группы по стойкости и соответственно этому установлены четыре счетчика. По сравнению с неавтоматизированным производством для повышения стойкости инструмента режима резания занижены на 10-15%

Аналогичная автоматическая линия 1Л90-А и 1Л90-Б для обработки камер грязесборников, смазочных каналов и фрезерование шпоночного паза коленчатого вала автомобильного двигателя ЗИЛ-130 изготовленного заводом им. Орджоникидзе по проекту СКБ-1.

Высокой точности (порядка 2-го класса) требует обработка отверстия под подшипник первичного вала расположенного со стороны фланца. Кроме того, техническими условиями предъявляются строгое требование перпендикулярности торца поэтому предварительно обработанное отверстие под подшипник подвергают окончательному тонкому растачиванию и для выполнения поставленных технических условий одновременно производят подрезку торца фланца. Для этого применяют специальные инструментальные головки.

6. Шлифование и отделка  шеек коленчатых валов.

Высокие требования точности шеек коленчатых валов диаметральным размерам (1-2-й классы), геометрической формы (овальность и конусность в пределах 5-12 мкм) и шероховатости поверхности (9-10-й классы чистоты) достигаются шлифовальными и отделочными операциями.

Шлифовать коренные шейки сравнительно жестких одно-коленчатых и двух коленчатых валов можно и на обычных кругло шлифовальных станках. Однако ,как правило, шейки валов шлифуют на специализированных станках. При шлифовании коренных шеек вал устанавливают в центрах с применением люнетов.

При достаточно больших масштабах выпуска коренные шейки шлифуют на многокамневых станках, имеющих автоматический цикл врезного шлифования с выхаживанием, правкой круга и прибором активного контроля (рисунок6). Многокамневое шлифование предъявляет большие требования к однородности шлифовальных кругов в комплекте. Круги имеют диаметр 1000-1100 мм и ширину 25-85мм.

Шатунные шейки шлифуют обычно одним кругом поочередно. В качестве технологической базы выбирает поверхность коренных шеек , а для угловой ориентации-отверстия во фланце или, реже, базовой площадке на шейках колен.

Шлифуют на станках двусторонним приводом, причем при установке в приспособлении ось коренных шеек смешена от оси вращения шпинделя на величину радиуса кривошипа.

Последнее время для шлифования коренных и шатунных шеек коленчатых валов созданы автоматические линии.

Так, автоматическая линия фирмы NORTON (США), предназначенная для окончательного шлифования шатунных шеек коленчатого вала шестицилиндрового двигателя, состоит из шести последовательно работающих станков, на каждом из которых в автоматическом цикле обрабатывают определенную шейку. На всех позициях линии все шейки обрабатывают одновременно. В линии установлен один резервный полуавтомат. Станки линии соединены транспортером с гибкой связью и снабжены загрузочными устройствами. Станки имеют пневматические устройства активного контроля, по команде которого по достижении требуемого размера шейки отводятся шлифовальные круги. Автоматический цикл работы каждого станка линии состоит из следующих элементов: установка вала и его закрепление в патроне, ускоренное и рабочее подача шлифовального круга, автоматический контроль размеров, отвод шлифовальных кругов, съем детали и правка кругов.

Если при обработке размеры шлифуемых шеек будут отклонятся на величину больше допустимой , то станок автоматически останавливается, в то время как остальные станки линии могут продолжать работу. Независимая работа станков позволяет производить смену круга и ремонт станка без остановки работы всей линии; в этих случаях в работу вводится резервный станок. Производительность линии 60 валов в 1ч.

Автоматическая линия из четырех автоматов для шлифования шатунных шеек создано и на отечественном заводе ХСЗ.

Окончательную отделку шеек коленчатого вала производят суперфинишированием, а также наружным хонингованием с полированием шеек тонкой абразивной лентой. Шейки валов, обрабатываемые суперфинишированием, требует очень тщательной обработки в отношении получении предельной геометрической формы на окончательной операции шлифования наружное хонингование, при котором происходит более интенсивный съем металла, чем при суперфинишировании, и поэтому позволяет несколько исправить погрешность формы предъявляет менее строгие требования к окончательному шлифованию шеек.

Полирование абразивной лентой производят на специальных станках в одну или две операции. Предварительное полирование обычно выполняют лентой с абразивным порошком зернистостью 180-240, а окончательное- с зернистостью 240-300.

Снимаемый припуск лежит в пределах 0,006-0,015 мм. Полирование ведется при скорости вращения вала v=10/20 м/мин. Шероховатость поверхности соответствует 9-10-му классам чистоты.

7. Балансировка коленчатых  валов.

Как уже оказалось, коленчатые валы подвергают балансировке. При большом выпуске коленчатых валов эту операцию производят на автоматических балансировочных станках или автоматических линиях . одна из таких линий для балансировки коленчатого вала восьмицилиндрового V-образного автомобильного двигателя (ЗИЛ-130) создано ЭНИОМСом. Она состоит из двух балансировочных автоматов мод.МА-24 и МА-25 и контрольного автомата мод. МА-36. Так как один балансировочный станок недостаточно уменьшает неуравновешенность (в 15-20 раз), то для еще большего снижения неуравновешенности на линии применяют двух кратное автоматическое определение неуравновешенности коленчатого вала с последующим ее устранением и контролем. Предварительное устранение неуравновешенности производят радиальным сверлением на определенную глубину отверстия диаметром 20мм в крайних противовесах вала. Окончательную же балансировку производят сверлением отверстий диаметром 12мм в средних противовесах. Начальная неуравновешенность коленчатого вала в результате его обкатки на этой линии снижается в 30-50 раз и остановится не более 30г/см . Производительность линии -54вала в час. Коленчатые валы подвергают многократному контролю, как в процессе его обкатки, так и после обкатки.

Обычно проверяют диаметральные размеры шеек, отверстия под подшипник во фланце, длину коренных и шатунных шеек и расстояние от базового торца, радиуса кривошипа, а также биение шеек и торца фланца относительно крайних коренных шеек, взаимное расположение коренных и шатунных шеек по длине и расстояние от базового торца, угловое расположение всех кривошипов, положение установочного отверстия и шпоночной канавки относительно коренных и шатунных шеек.

Для измерения применяют как обще принятые средства (скобы с микро индикаторами, индикаторные приспособления), так и специальные приспособления для комплексного окончательного контроля.

Такие приспособления применяют для комплексного контроля линейных размеров, радиуса кривошипа, положение установочного отверстия и шпонки.

Непараллейность (смешение) оси шатунной шейки относительно коренных шеек проверяют также специальным прибором.

8. Обкатка крупных коленчатых  валов.

Заготовками для крупных стальных валов обычно являются поковки с удлиненными концами от 200 до 300 мм для зажима в патроне и поддержания в люнете. Поковка отличается значительной величиной припуска. При этом в коленах шатунные шейки при получении заготовки не формируются сплошными, поэтому коэффициент использования металла у таких поковок низкий.

ВПТИТяжмашем разработан процесс изготовления заготовок с помощью высадки и гибки на прессах, что позволяет получать заготовки валов со значительно меньшими припусками и без вырезки металла под шатунные шейки, как в поковках.

При этом способе под высадку и гибку предварительно обтачивают заготовку (рисунок 7) больше длины готовой поковки с проточенными шейками 1-14. Затем производят высадку фланцев (№13 и №14) на гидропрессе с подогревом до температуры 9000 С и затем последующую гибку, начиная с колена №1 и последовательно №№ 2,3,4,5,6. Металл подогревают до температуры 900-9500 С периодически после каждой операции гибки очередного колена.

Характерными особенностями изготовления крупных коленчатых валов из поковок является многократная разметка под обработку на различных операциях и вырезка металла под шатунные шейки.

Шатунные шейки обкатывают на специальных токарных станках при неподвижном вале. Вал устанавливают на станке по размеченному центру шейки, так , чтобы обрабатываемая шейка находилась в центре суппортной рамы. Суппортная рама станка вместе с установочными на ней резцами вращается вокруг шейки, производя ее обкатку.

Технологический маршрут крупных коленчатых валов приведен в таблице1.

 

Литература.

1.Б.Л.Беспалов Технология  машиностроения. М. Машиностроение 1973год 447стр.