1.2 Основные требования к коленчатым валам

Принципиально, технология обработки коленчатых валов классическая. На нее влияют следующие основные факторы:

- массовость выпуска и вид заготовки;

- материал и вид термообработки;

- габариты коленчатого вала.

Большинство коленчатых валов, в зависимости от количества коренных и шатунных шеек и их диаметров, имеют малую и достаточную жесткость, что должно учитываться при их установке на станках и последующей обработке, практически с первых черновых и получистовых операций до последних, финишных и шлифовальных операций.

Более высокие требования предъявляются к качеству материала для коленчатых валов предназначенных для судовых двигателей, по правилам Регистра. Они должны быть учтены при заказе заготовок валов.

Заготовки судовых коленчатых валов проходят дополнительные исследования по структуре металла, согласно требованиям чертежей и других нормативных документов. Запуск производства судовых коленчатых валов требует особого внимания от работников ОТК и цеха.

Коленчатые валы, работающие с числом оборотов более 750 в минуту, должны проходить динамическую балансировку, менее 750 - статическую.

Технические требования содержат допускаемые отклонения по:

- качеству материала,

- шероховатости поверхности шеек, а также щек, галтелей, и других шероховатостей,

- биению коренных шеек,

- овальности, конусообразности, седлообразности, и другим отклонениям по форме поверхности коренных и шатунных шеек,

- смещению (развалу) углов между коленами кривошипов,

- биению торцов соединительных фланцев и другим элементам коленчатого вала согласно рабочим чертежам.

Фактические значения отклонений основных (ГОСТовских) параметров заносятся в паспорт каждого коленчатого вала.

1.3 Проблемные вопросы на коленчатый вал

3. Обеспечение стабильной работы сигналов вихревого фрезерования FКР-60. Обеспечение их ЗИПом и инструментом (кассетами и пластинами твердого сплава заданной формы).

4. Освоение производства коленчатых валов для дизелей повышенной мощности: со шлицевым соединением привода насосов и с заглушаемыми отверстиями шатунных шеек; возможно с применением противовесов.

5. Снижение ручного труда, повышение безопасности при полировке коренных и шатунных шеек.

6. Повышение надежности и стабильности выполнения операций накатки галтелей коренных и шатунных шеек коленчатых валов (по глубине накатки, короблению вала и его элементов от накатки). Изыскание оптимальных методов получения глубины накатки.

1.4 Краткие рекомендации по выполнению отдельных операций

1. Вихревое фрезерование на станках модели FKP-60. Станок специальный, уникальный, с ЧПУ, оригинальной конструкции.

Программы для систем ЧПУ разрабатывающиеся по заданию - основному техпроцессу механической обработки с учётом назначенного специального режущего инструмента (марки материала и его профиля). Последовательность обработки поверхностей согласовывается.

Требования к техническим базам под установку заготовки на станке изложены в техпроцессы (и в паспорте станка).

1.1 Черновое фрезерование выполняется последовательно врезанием, начиная с малого фланца. Обрабатываются коренные шейки, контура шеек и головные части, со стороны большого фланца. Шатунные шейки обрабатываются в отдельной операции.

Возможно совмещение в одной операции обработки коренных и шатунных шеек. Это выполняется на заготовках получаемых методом гибки с высадкой, с меньшими припусками, в сравнении с заготовками поковками.

1.2 Получистовая обработка на станках FKP-60 производится после термообработки коленчатого вала с использованием ранее выполненных базовых поверхностей, с припусками под чистовую токарную обработку центровых поверхностей и шатунных шеек и последующих финишных операций. Контура шеек и скосы обрабатываются окончательно.

Принципиально и практически возможно после вихревого фрезерования сразу шлифовка коренных и шатунных шеек, но в этом случае, во избежание возможных погрешностей (коробления заготовок, биения шеек и т.п.) необходима точная выставка станка, его направляющих и станины в целом.

1.3 Проведенные эксперименты по окончательной термообработке коленчатого вала в заготовке - поковке, до его обдирки, практически не были доведены до конца. Наблюдение за состоянием коленчатых валов в эксплуатации (влиянием остаточных напряжений на его точность) до конца не было сделано.

Данную работу вполне целесообразно повторить, особенно для заготовок с оптимальными припусками для всех поверхностей коленчатого вала.

Выполнение междугородних транспортных операций только для термообработки заготовок явно не целесообразно.

1.4 Контроль состояния и точность станков модели FKP-60 выполняется согласно паспорту станка и графику периодической проверки. Проверку целесообразно выполнять комплексной бригадой квалифицированных специалистов: механиков, контролеров, технологов, энергетиков.

Основными требованиями являются совмещение центров станка механического и электронного. Механический центр выставляется по контрольному валу(сервисному). Контрольный вал зажимается в специальных кулачках Ш350 мм при этом лыска имеющаяся на концах вала должна быть обращена вверх. Выполнять зажим контрольного вала как и обрабатываемого и дополнительного квитировать отсутствие обработки. Проверить соосность по осям X, Y, Z, от контрольного вала до диаметра портала индикатором. Корректировка выполняется датчиком минимеды Х и У. По оси регулировкой планок на передней и задней бабках. После выставки до 0,05 мм выполняются регулировки моментов на бабках L1, L2, L3. Далее выполняется подгонка платинов на всех монетах (подгонкой) шлифовкой платинов. Контроль по индикатору в плоскостях Х и У.

Минимеды по оси Z выставляются по стыкам с помощью осциллографа. На стыках должно быть такое же прямоугольное изображение кривой на осциллографе, как без стыка, т.е. 90°.

Примечания:

1 Технические термины АО контролю станка заимствованы из паспорта станка.

2 Обработка на токарнодисковых станках модели МК-138. Коленчатый вал выставляется на ось обрабатываемой шатунной шейки по разметочной риске. Смещение на радиусе кривошипа производится по контрольному валу.

3 Установка и выставка коленчатых валов на шлифовальных станках ХШ-331 и ХШ-106 выполняется специальными установочными индикаторными приспособлениями по 3 базовым шейкам, находящимся под монетами. При этом контролируется высота 1,4,7 коренных шеек и идентичность положения шеек от шлифовального круга.

4 Накатка галтелей шеек коленчатого вала. Контроль глубины накатки. Качество накатки, т.е. получение заданной глубины упрошенного слоя, при отсутствии следов «шелушения» поверхности галтелей, зависит от состояния накатных роликов, качества прорезанных галтелей и соблюдения режимов накатки, особенно рабочим давления на рамки, которое может колебаться в зависимости от температуры и плотности масла в гидросистеме. До накатки рекомендуется «прогонять» гидросистему в холостую. Качество (глубина) накатки определяется на образцах вырезаемых по заданной схеме, из коленчатого вала и их последующего исследования на величину микротвердости по глубине уплотненного слоя, в УЗЛ.

Для внедрения неразрушенного метода контроля переносным электронным твердомером ТЭМ-1 необходимо провести сравнительные исследования и определение зависимости между твердостью накатной поверхности гантели и глубины накатного слоя.

После накатки галтелей возможно коробление вала (искривление его оси). Исправление коробления достигается дополнительной накаткой.

Оно осуществляется в следующей последовательности:

1 Коленчатый вал устанавливается на центровой шлифовальный станок и определяется величина коробления, места коробления вдоль оси, и направление. Коробление может быть различное по величине и направлению. При короблении в пределах припуска на шлифовку 0,3 мм не требуется; более 0,3 мм требуется - повторной накаткой.

2 В зависимости от места и направления коробления выбирают 1 или 2 соседние, или более шатунных шеек для дополнительной накатки осуществляется при 5(26) оборотах и давлении 40 атм. (рабочий процесс накатки осуществляется при 26 оборотах вала при давлении 37 атм.- 3,7 МПа). Если коробление будет не полностью выведено, допускается дополнительная накатка галтелей коренных шеек, но эта накатка дает меньший эффект.

3 Контроль исправления вала осуществляется, как и после первичной накатки галтелей.

4 Важным фактором исправления коробления является практический опыт рабочих, мастера и технолога. В сложных случаях исправление осуществляется при моментальном совете и наблюдении.

5 Обработка отверстий в большом фланце коленчатого вала, под его применение с фланцем ротора генератора.

Выполняется:

а) на станках с ЧПУ модели 2637ГФУ, на заданной программе, или (до внедрения станка с ЧПУ);

б) на универсально-расточном станке НК160 с использованием “зеркального” кондуктора, зеркального, т.е. пригодного и для коленчатого вала и для фланца генератора. Выставка осей шпинделя и каждого отверстия производится конусом в шпинделе по втулке кондуктора, методом совмещения по двум осям: вертикального и поперечного перемещения. Выставка соосности оси шпинделя станка с осью каждой кондукторной втулки, а так же развертывание окончательное отверстие Ш45А7 являются наиболее ответственными переходами операции. Получение заданного размера и шероховатости зависит исключительно от соблюдения режимов развертывания, качества заточки развертки, в т.ч. ступенчатой заходной части ее, и применяемой СОЖ, т.е. соблюдения операции техпроцесса.

Примечания:

Неточность выставки осей приводит к соосности окончательно выполненных отверстий в коленчатом вале и предварительно выполненных (под совместное развертывание при выставке и сборе с генератором) отверстий фланца генератора. Это требование, в принципе, относится и при обработке на станке с ЧПУ.

Заточка инструмента разверток централизованная.

1 Окончательный контроль коленчатого вала.

Коленчатый вал устанавливается на 1, 4, 7 опоры и выставляется с помощью индикаторной стойки от плиты.

Вращение коленчатого вала осуществляется от специального привода.

На контрольном стенде выполнятся контроль всех размеров, допускаемые биение коренных шеек и других элементов вала, перекос шатунных шеек специальной стойкой нормированной по эталону.

Для контроля углов развала (1200) измеряется высота от плиты до коленчатого вала, фактически диаметры коренных и шатунных шеек, радиуса кривошипов. Все эти данные заносятся в формулу для определения размера (перевод градусной меры в линейную) с последующей выставкой индикаторной стойки на этот размер. Подробно метод контроля отражен в техпроцессе механической обработки коленчатого вала Д50.

Изложенный краткий материал подтверждает комплексную сложность всех производственных вопросов обработки коленчатых валов. В нем не отражено ряд других непростых вопросов: сверления и разделки смазочных наклонных отверстий, балансировка, контроль качества материала по возможным неметаллическим включениям, вопросы хранения и консервации для тропического климата и другое. Только глубокое изучение и сопровождение производственного процесса позволит специалисту технологу познать данную деталь повышенной сложности, требования к которой регламентированы ГОСТами и ОСТами, правилами Регистра и другими нормативами.

1.5 Характеристика материала детали “Вал коленчатый”

Таблица 1.1 - Химические свойства стали 35

Механические свойства стали 35 представлены в таблице 1.2.

Таблица 1.2 - Механические свойства стали 35

Разность показаний твердости на концах одного вала не должна превышать 0,3 мм по диаметру отпечатка шарика 10 мм при нагрузке 29 кН. Твердость проверять на обоих концах вала или на пробах для механических испытаний от каждого конца вала по ГОСТ 9012-79.

При получении неудовлетворительных результатов механических испытаний хотя бы по одному из показателей производятся повторные испытания по данному виду испытаний удвоенного количества образцов. Если результат испытаний окажется неудовлетворительным, то вал направляется на повторную термообработку, после чего все испытания производятся как при первом предъявлении. Общее количество термообработок грубообработанного вала не должна быть более двух. Результаты испытаний после второй термообработки являются окончательными.

Макроструктура вала не должна иметь усадочных раковин, фланцев, трещин, расслоений, скоплений, неметаллических включений. Неоднородность, распределенная серистых и фосфористых соединений по отпечаткам Баумана не должна превышать 3 балла по шкале инструкции ТИ 25.003.0009. Излом должен быть однородным, мелкозернистым, без наличия камневидности резко выраженной слойности.

Контроль следует производить снятием отпечатка по Бауману, травление и излом по ГОСТ 10243-95. После снятия отпечатка Баумана та же поверхность должна подвергаться травлению.

Результаты исследования микроструктуры заносятся в паспорт.

Температура ковки начала 1280оС, конца 750оС. Заготовки сечением до 800 мм охлаждаются на воздухе. Способы сварки РДС, АДС под флюсом с газовой защитой. Рекомендуется подогрев и последующая термообработка КТС без ограничений обрабатываемость резанием в горячекатаном состоянии.

Нечувствительна к флоновым включениям. Не склонна к отпускной хрупкости.

1.6 Анализ существующего технологического процесса изготовления детали “Вал коленчатый”

В своем технологическом процессе широко используются станки с ЧПУ и многократно обрабатывающие центры, что позволяет не только повысить производительность и точность, но и осуществить целый ряд преимущественно новых решений.

Базовый ТП представлен в таблице 1.3

Таблица 1.3 - Базовый ТП

1.7 Задачи проектирования

Задачей проектирования является создание нового технологического процесса механической обработки детали “Вал коленчатый” на базе существующего.

При разработке данного процесса дается технико-экономическое обоснование разработки, тем самым определяются наиболее оптимальные решения проектирования.

Подобран материал, графическая часть процесса, по которому возможно повысить точность размеров и качество механической обработки. Приведены мероприятия по охране труда на участке.

Для улучшения базового ТП изготовления детали «Вал коленчатый» предлагается несколько мероприятий:

- применение заготовки;

- применение высокопроизводительного оборудования;

- применение специальной технологической оснастки;

- использование специального режущего инструмента;

- контроль получаемых размеров совершается измерительными средствами и контрольными приспособлениями.

ГЛАВА 2 РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛИ «ВАЛ КОЛЕНЧАТЫЙ»

2.1 Выбор типа производства

Такт выпуска

;

где- действительный годовой фонд времени работы оборудования при двух сменном режиме работы ,час, ;

;

где- потери от брака, %, ;

Nв - годовая программа выпуска, шт; Nв=600шт;

;

;

Коэффициент серийности

;

где

мин;

где- суммарное штучное время всех операций, мин

n - количество операций

;

;

Производство массовое - изделия изготовляются непрерывно в течение нескольких лет. Характерным признаком массового производства является выполнение на большинстве рабочих местах только одной закрепленной операции.

2.2 Выбор заготовки

Метод выполнения заготовок деталей машин определяются назначением и конструкцией детали, материалом, техническими (материалами) требованиями, масштабом и серийностью выпуска, а также экономичностью изготовления. Выбрать заготовку - значит установить способ ее получения, наметить припуски на обработку каждой поверхности, рассчитать размеры и указать допуски на неточность изготовления. Для рационального выбора заготовки необходимо учитывать все эти данные, так как между ними существует тесная взаимосвязь.

Выбранная заготовка для стального коленчатого вала - поковка, которая получается свободной ковкой или методом гибки с высадкой из предварительно обработанного вала - штанги.

На заводе получают ту и другую заготовки. Выбираем заготовку поковку с минимальными припусками.

Таблица 2.1 - Выбор заготовки

Заготовки-поковки характеризуются меньшей, чем у отливок шероховатостью поверхности, но большей волнистостью; повышенной твёрдостью поверхностного слоя (корки), большими величинами припусков на обработку и невысокой стоимостью;

Штамповки применяются для изготовления деталей из пластических металлов более сложной, чем у отливок, конфигурации. При штамповке возможно получение отверстий любой формы и конфигурации. Заготовка-штамповка отличается малой шероховатостью поверхности, высокой точностью, малыми значениями припусков на обработку и самой высокой стоимостью.

Заготовки-штамповки применяют в тех случаях, когда имеются поверхности, которые невозможно обработать механически, но требуется их высокое качество.

Заготовка - поковка, полученная на кривошипных прессах, что дает снижение припусков и допусков на 20-40% по сравнению со штамповкой намолотах, 2-3 раза производительнее и на 10-15% снижает расход металла.

Масса заготовки - поковки, применяемой на ОАО “Пенздизельмаш” -2153,6 м.

Масса готовой детали - 1070,8 кг.

Определяем коэффициент использования материала (КИМ)

;

Заготовку - поковку подвергают термообработкам в процессе: цементации - при температуре 920 - 950оС, закалке - 820-840оС, при охлаждении водой в начале ковки, затем отпуск со 180-200оС на воздухе, а ковка заготовки происходит при температурах 1250-1500оС в кузнечных цехах.

Заготовка- поковка - гр.5 ГОСТ 8479-70, должна соответствовать ГОСТ 10158-76 и правилам Регистра (без УЗК).

2.3 Расчет межоперационных припусков

Рассчитать припуск на обработку и промежуточные предельные размеры на поверхность .

Заготовка - поковка, масса - 2153,6 кг.

Обрабатывается в центрах, монеты, то погрешность установки в радиальном направлении равна нулю.

Суммарное отклонение

;

, ;

;

;

Остаточная величина пространственного отклонения

после предварительного обтачивания:

;

после окончательного обтачивания:

;

после предварительного шлифования:

Минимальный припуск:

под предварительное обтачивание

;

под окончательное обтачивание

;

под предварительное исследование

;

под окончательное исследование

.

Расчетный размер заполняется начиная с конечного, чертежного размера последовательным прибавлением расчетного минимального припуска каждого перехода:

- для окончательного исследования

;

- для предварительного исследования

;

- для окончательного точения (обтачивания)

;

- для предварительного обтачивания

;

-для заготовки

.

Предельный размер получается по расчетным размерам:

Минимальные предельные значения припусков равны разности наибольших предельных размеров выполняемого и предшествующего перехода.

;

;

;

Таблица 2.1 - Припуск и предельные размеры на

;

;

;

;

;

Определяются общие припуски

;

;

;

.

Все расчеты сводим в таблицу 2.1.

Рисунок 2.1 - Схема расположения припусков.

2.4 Определение структуры технологического процесса

В процессе работы был спроектирован технологический процесс изготовление коленчатого вала. На основе данных была составлена графическая часть проекта включающая в себя чертежи изделия и заготовки.