Технологический маршрут механической обработки коленчатых валов

Изготовление коленчатых валов.

Служебное назначение, технические требования и заготовки коленчатых валов.

По своему служебному назначению коленчатые валы предназначены для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное.

Коленчатый вал является одной из ответственных деталей различных двигателей. По конструкции валы являются относительно нежесткими деталями, работающими в условиях переменных нагрузок.

Коленчатые валы обычно изготавливают многоопорными, где количество опор определяется числом цилиндров двигателя и соответственно длиной вала. Коленчатые валы автомобильных и тракторных двигателей имеют 2 - 8 опорных коренных шеек и до 8 -12 шатунных шеек.

Коленчатые валы изготавливают с противовесами или без них. Кривошипы коленчатых валов располагаются под углом 180° или 120° и реже 90°. Задний конец вала выполняется с фланцем или без него.

· Размеры коленчатых валов автомобильных двигателей:

· Длина 500¸1200 мм.

· Диаметр коренных шеек 50¸95 мм.

· Диаметр шатунных шеек 45¸90 мм.

· Диаметр фланца 120 мм.

В зависимости от назначения двигателя предусматриваются следующие технические требования на изготовление коленчатых валов:

1. Точность диаметральных размеров коренных и шатунных шеек 5¸7 квалитет, шероховатость Ra = 0,32 ¸ 0,16;

2. Овальность, конусность и вогнутость 0,005 ¸ 0,01 мм;

3. Непараллельность осей шатунных шеек и крайних коренных шеек £ 0,01¸0,03 мм на всей длине вала.

и другие требования, определяемые ГОСТ.

Технологический маршрут механической обработки коленчатых валов.

Маршрут обработки зависит от конфигурации и размеров валов и программы выпуска.

Высокие требования к точности обработки и сложность конструктивных форм валов вызывают особое требование к выбору баз, последовательности закрепления и обработки, выбору оборудования.

На большинстве операций в качестве технологических баз используются поверхности центровых отверстий или поверхности опорных шеек. При использовании в качестве технологических баз поверхностей центровых отверстий в качестве дополнительных баз используют наружные поверхности предварительно обработанных шеек вала.

При обработке шатунных шеек, которые должны иметь требуемую угловую координацию в качестве опорной технологической базы используются специальные фрезеруемые площадки на щеках.

Типовой технологический маршрут обработки коленчатого вала осуществляется в следующей последовательности:

1. Обработка технологических баз (торцов, центральных отверстий, платиков).

2. Обработка коренных и шатунных шеек, щек и галтелей.

3. Обработка масляных каналов.

4. Обработка отверстий во фланце и на конце вала.

5. Отделочная обработка поверхностей вала.

6. Балансировка вала.

В зависимости от программы выпуска торцевые центовые отверстия обрабатываются на фрезерно-центровальном станке за одну операцию или же на фрезерных и центровальных станках за две операции.

Технологическими базами являются наружные цилиндрические поверхности крайних опорных шеек (коренных) и один из торцов коренной шейки, расположенной обычно посередине.

Технологические опорные базы в виде фрезерованных площадок на щеках обрабатывают или после предварительной обработки коренных шеек, или до их обработки. В крупносерийном и массовом производстве все операции по подготовке технологических баз для последующей обработки вала могут выполняться на специальных многошпиндельных станках и автоматических линиях.

Токарная обработка коленчатого вала обычно начинается с обработки средней коренной шейки и с плоскостей прилегающей к ней щёк на станках с двухсторонним приводом.

Обработка производится с переднего и заднего суппорта методом врезания. Точность обработки по 10¸12 квалитету, шероховатость Ra = 40¸20 мкм.

Далее производится шлифование средней шейки под люнет для создания промежуточной базы. Используя среднюю шейку как дополнительную базу, обтачивают коренные шейки, фланец и ступенчатый хвостовик.

Обработка всех этих поверхностей производится на токарных многорезцовых полуавтоматах с центральным приводом. Вал устанавливается в центрах, а средняя коренная шейка в люнет. Вал приводится во вращение за две средние щеки, на которых профрезерованы уступы под привод. Обтачивание производится с переднего и заднего суппортов. Точность обработки по 8¸9 квалитету.

Для обтачивания шатунных шеек подготавливают точные основные базы, для этого коренные шейки предварительно шлифуют на круглошлифовальных полуавтоматах, где они шлифуются одновременно все или несколько из них.

Шатунные шейки обтачивают попарно, т.е. по две шейки, лежащие на одной оси вращения или все одновременно. Для одновременного обтачивания всех шеек применяются специальные станки, где число суппортов равно числу обрабатываемых шеек. Могут применяться двухшпиндельные станки для одновременной обработки шатунных шеек и их щёк. На таких станках одновременно обрабатывают два вала с последовательным или параллельным совмещением переходов.

Обработка коренных и шатунных шеек и плоскостей прилегающих щёк может производиться круговым фрезерованием на специальных круглофрезерных станках.

Применение данного прогрессивного метода по сравнению с обтачиванием резцом позволяет повысить производительность и уменьшить остаточные напряжения. При этом методе обработка производится многорезцовыми фрезерными головками, оснащёнными твердосплавными пластинками с механическим креплением. Количество шеек, обрабатываемых за один оборот детали, соответствует количеству фрезерных головок.

По сравнению с точением фрезерование характеризуется сравнительно невысокой нагрузкой на коленчатый вал во время обработки.

Круглое фрезерование обеспечивает высокую производительность, возможность обработки с большими припусками, высокую точность и незначительные деформации вала после черновой обработки, незначительный припуск под последующее шлифование, исключение предварительного шлифования, точную ширину шейки и расстояние между шейками. Благодаря высокой точности данный метод позволяет обеспечить минимальные припуски под последующую обработку. Смена и проверка пластинок фрезерной головки осуществляется вне станка, что обеспечивает сокращение времени на техническое обслуживание и обеспечивает стабильное качество.

Наряду с круглофрезерными станками с внешним расположением инструмента применяется обработка фрезами с внутренним расположением зубьев. В этом случае обеспечивается большая жёсткость фрезерной головки, что позволяет повысить режимы резания в два раза.

В настоящее время выпускаются станки для чернового и чистового фрезерования шеек коленчатых валов фрезами диаметром 450¸1100 мм. Недостатком данного метода является сложность инструмента и его заточки.

Предварительное шлифование шатунных шеек производится обычно перед термообработкой для устранения погрешностей токарной обработки. Шатунные шейки шлифуют попарно на специальных станках с двухсторонним приводом. Чистовое шлифование шатунных шеек обычно выполняется на станках одним шлифовальным кругом, где все шейки обрабатываются последовательно.

После чистового шлифования производится окончательная отделка поверхностей шеек суперфинишированием, полированием и микрофинишированием. Шероховатость поверхностей после суперфиниширования Rz в пределах 0,63¸0,08 мкм. Полирование шеек производится полотняной или бумажной лентой на специальных полировальных станках. Полирование производится с применением абразивных или алмазных порошков. Коренные и шатунные шейки полируются одновременно. Число полировальных суппортов соответствует числу шеек. При полировании обеспечивается шероховатость Rz=1,25¸0,32 мкм. При микрофинишировании обеспечивается высокая точность до 0,2 мкм и шероховатость Rz = 0,63¸0,08 мкм.

Сверление различных отверстий в коленчатых валах в зависимости от программы выпуска производится на вертикальных и радиально-сверлильных станках, а также на двухсторонних агрегатно-сверлильных станках.

Сверление масляных каналов обычно производится на многошпиндельных сверлильных полуавтоматах с автоматическим вводом и выводом сверла, а также на автоматических линиях, состоящих из агрегатно-сверлильных станков.