Технология изготовления коленвала двигателя Д-260 (технологическая часть дипломного проекта)

Данная деталь относиться к классу валов. Коленчатый вал представляет собой деталь типа тела вращения и является одной из наиболее ответственных деталей поршневых двигателей внутреннего сгорания.
Допуски на размер и форму ответственных частей детали находятся в жестких пределах. Часть вала подвергается термической обработке, а именно закалке. В двигателе внутреннего сгорания горючее поступает в цилиндры двигателя в мелкораспыленном состоянии в смеси с воздухом (горючая смесь).
В цилиндрах двигателя горючая смесь сжимается, а затем воспламеняется. Газы, образующиеся в цилиндре при быстром сгорании заряда горючей смеси, нагреваются и, расширяясь, создают давление на стенки цилиндров и на поршень 2 (рисунок 2.1), которое перемещает последний внутри цилиндра 1. Поршень посредством поршневого пальца 1 шарнирно связан с верхней головкой 2 шатуна (рисунок 2.2).

1




2 1
3
4 2
5



Рис.2.1 – Схема кривошипно-шатунного Рис.2.2 – Поршень в разрезе
механизма 1-поршневой палец;
1-цилиндр; 2-верхняя головка шатуна.
2-поршень;
3-шатун;
4-нижняя головка шатуна;
5-коленчатый вал.

Нижняя головка шатуна 4 шарнирно соединена с коленчатым валом 5. Поэтому прямолинейное движение поршня вызывает вращение коленчатого вала двигателя. Вместе с тем сам поршень при вращении вала совершает возвратно-поступательное движение. Коленчатый вал, воспринимая усилия от шатунов, связанных с поршнями, передает крутящий момент на трансмиссию трактора.

Коленчатый вал имеет: шесть цилиндрических шлифованных шеек, называемых шатунными, так как к ним присоединяются нижние головки шатунов; семь (по числу опорных подшипников) цилиндрических шлифованных шеек, называемых коренными; щеки; соединяющие шейки, противовесы.
Противовесы необходимы для уменьшения на коренные подшипники нагрузки от действия центробежных сил, возникающих в кривошипно-шатунном механизме при вращении коленчатого вала.
На переднем конце коленчатого вала, называемом носком, расположены шестерня для привода распределительного вала двигателя, шкив для ремня вентилятора (если привод вентилятора не электрический) и храповик для пусковой рукоятки. На другом конце-хвостовике вала, имеется фланец для крепления маховика. Для того, чтобы масло не вытекало из крайних подшипников, на хвостовике и на носке коленчатого вала выполнены маслоотражательные буртики, маслосгонная резьба и установлены съемные маслоотражательные кольца.
Материал детали – Сталь 45Х ГОСТ 4543-71. Характеристики стали, приведены в таблице 2.1.



2.2 Анализ технологичности конструкции детали
Технологический анализ конструкции обеспечивает улучшение технико-экономических показателей разрабатываемого технологического процесса. Поэтому технологический анализ – один из важнейших этапов технологической разработки проекта. Основные задачи, решаемые при анализе технологичности конструкции детали, сводятся к возможному уменьшению трудоёмкости и металлоёмкости, возможности обработки детали высокопроизводительными методами. Таким образом, улучшение технологичности конструкции позволяет снизить себестоимость её изготовления без ущерба для служебного назначения.
На основании изучения условий работы вала коленчатого двигателя Д-260 невозможно упростить конструкцию детали, либо заменить ее на сварную, армированную или сборную, что в значительной мере облегчило бы механическую обработку вала. Возможно только заменить способ изготовления загтовки. Сталь обладает малой жидкотекучестью, поэтому изготовить вал коленчатый из стали литьем трудноосуществимо: деталь будет иметь множество недоливов, усадочных раковин и других всевозможных дефектов. Целесообразно изготавливать вал из стали ковкой. Но ввиду сложности конструкции детали будут иметь место большие припуски на механическую обработку, а следовательно малый коэффициент использования металла, что отразится в свою очередь на себестоимости детали. Хотя такие характеристики вала, как его износостойкость, прочность, вязкость будут выше у стального вала. Следовательно, целесообразно применять вал с наименьшей себестоимостью, что оправдывается экономически.
При установлении возможностей применения высокопроизводительных методов обработки можно с уверенностью сказать, что таковыми являются только применение на токарных операциях механической обработки станков многорезцовых автоматов или с ЧПУ. Это уменьшит штучное время на операциях и увеличит производительность труда технологического процесса механической обработки вала коленчатого. При предварительном протачивании шеек (коренных), буртиков, щек возможно применение в качестве измерительного инструмента скоб, эталонов.
Конструкция вала вызывает необходимость в некоторых дополнительных технологических операциях, таких, как правка и балансировка.
Балансировка вызвана не только сложностью конструкции вала (несимметричность детали относительно основной, центральной оси), но и условиями работы, требующими плавности вращения вала коленчатого. Правка применяется при поводке вала (отклонение от соосности). Поводки могут быть вызваны во время механической обработки, неосторожного обращения с деталью на межоперационных перемещениях, а также при получении заготовки с вышеуказанным дефектом.
При анализе возможности выбора рационального метода получения заготовки можно выделить два основных: ковка и литье.
Ковка используется при получении вала из стали, а литье – из высокопрочного чугуна. При анализе вариантов применения материала выявлено, что целесообразно изготавливать вал коленчатый из стали. То же самое можно сказать и о методе получения заготовки литьем. Литье требует меньше производственной площади, чем при ковке. Литейный цех при наличии автоматических линий легче переоборудовать на изменение номенклатуры выпускаемых изделий. При литье отсутствует заготовительная операция в отличие от ковки. Поэтому рациональным способом получения заготовки будет литье.
Данная сложная конструкция вала не позволяет вести обработку проходными резцами, что увеличивает в значительной мере время на механическую обработку.
Жесткость вала является недостаточной, потому что соотношение его длины l и среднего диаметра d свыше 10…12. Для компенсации этого недостатка на операциях, требующих высокой точности получения размеров, используются люнеты.
Все поверхности вала коленчатого являются труднодоступными и затруднительными для обработки. Нетехнологичными являются наклонные отверстия диаметрами 27 и 8 мм.
Технология обработки гладких валов в значительной мере отличается от технологии изготовления ступенчатых валов простотой и экономичностью, но гладкий вал на месте данного вала коленчатого будет не соответствовать своему служебному назначению.
Для непосредственного измерения размеров, а именно, расстояния между щеками, диаметров коренных и шатунных шеек используются измерительные скобы. Для определения чистоты обработки поверхности используются образцы шероховатости. В качестве черновой базы при протачивании щек и противовесов можно использовать торец фланца. При протачивании коренных и шатунных шеек в качестве черновой базы используют четвертую коренную шейку. Заменить эту базу на другую невозможно, поскольку она является центром симметрии по длине вала.
Качественная обработка вала коленчатого требует необходимости – применения дополнительных операций. При механической обработке вала выявляются скрытые раковины, которые нужно заваривать. Также вал коленчатый имеет склонность к прогибу. Тогда операция устранения брака будет заключаться в нагреве вала и нагружении его длительной во времени силой определенной величины до полного восстановления вала.
Анализ рабочего чертежа детали показал, что он содержит все необходимые сведения, дающие полное представление о коленчатом валу, т.е. все проекции, разрезы и сечения, совершенно четко и однозначно объясняющие его конфигурацию. На чертеже указаны все размеры с необходимыми отклонениями, требуемая шероховатость обрабатываемых поверхностей, допускаемые отклонения от правильных геометрических форм, а также взаимного расположения поверхностей. Чертеж содержит все необходимые сведения о материале детали, массе детали и различных дополнительных требованиях. Соблюдается выполнение всех требований, предъявляемых к чертежам. Все размеры, указанные на чертежах, могут быть непосредственно измерены соответствующими мерительными инструментами с заданной точностью.





2.8 Проектирование маршрутного технологического процесса
Маршрут восстановления детали должен обеспечивать оптимальную последовательность операций, как с технологической точки зрения, так и с экономических позиций, то есть необходимо минимизировать потери времени, уменьшить материальные затраты непосредственно на восстановление (в виде затрат на электроэнергию, пар, сжатый воздух, и т. д., заработной платы, компенсации неоправданного износа инструмента и оборудования).
Проектируя маршрутный ТП изготовления детали мы руководствовались следующими соображениями:
1) в первую очередь следует обрабатывать поверхности, принятые за чистовые (обработанные) технологические базы;
2) последовательность обработки зависит от системы простановки размеров. В начало маршрута выносят обработку той поверхности, относительно которой на чертеже координировано большее число других поверхностей;
3) при невысокой точности исходной заготовки сначала следует обрабатывать поверхности, имеющие наибольшую толщину удаляемого материала (для раннего выявления литейных и других дефектов, например раковин, включений, трещин, волосовин и т.п., и отсеивания брака). Далее последовательность операций необходимо устанавливать в зависимости от требуемой точности поверхности: чем точнее должна быть поверхность, тем позднее ее необходимо обрабатывать, так как обработка каждой последующей поверхности может вызывать искажение ранее обработанной поверхности (снятие каждого слоя металла с поверхности заготовки приводит к перераспределению остаточных напряжений, что и вызывает деформацию заготовки). Последней нужно обрабатывать ту поверхность, которая является наиболее точной и ответственной для работы детали в машине;
4) операции обработки поверхностей, имеющих второстепенное значение, не влияющих на точность основных параметров детали (сверление мелких отверстий, снятие фасок, прорезка канавок, удаление заусенцев и т.п.), следует выполнять в конце технологического процесса, но до операций окончательной обработки ответственных поверхностей. В конец маршрута желательно также выносить обработку легкоповреждаемых поверхностей, к которым относят, например, наружные резьбы, наружные зубчатые поверхности, наружные шлицевые поверхности и т.п.;
5) в том случае, когда заготовку подвергают термической обработке, для устранения возможных деформаций нужно предусматривать правку заготовки или повторную обработку отдельных поверхностей для обеспечения заданной точности и шероховатости.
Исходя из служебного назначения детали, анализа взаимосвязи между поверхностями произведем выбор технологических баз обработки, а также последовательности операций.
005 Входной контроль
010 Правка
Генератор ацетиленовый АСК-4-74
015 Сверлильная
Вертикально-сверлильный 2Н150
Установить вал в приспособлении. Снять фаску в отверстии фланца.
020 Токарно-винторезная
Токарно- винторезный 1К62
1. Установить вал носком в патрон, подпереть центром со стороны фланца.
Точить коренные шейки по диаметру, противовесы, фланец по диаметру и толщине.
025 Токарно-винторезная
Токарно- винторезный 1К62
1. Установить вал носком в патрон, пятой коренной в люнет.
2. Точить торец фланца, фаску, расточить предварительно отверстие во фланце.
030 Токарно-винторезная
Токарно- винторезный 1К62
1. Зажать вал за фланец в патрон; установить люнет под первую коренную шейку.
2.  Точить шейки под шестерню и ступицу, сверлить отверстие в носке вала, нарезать резьбу, точить технологическую фаску.
035 Фрезерная
Горизонтально-фрезерный 6Н82
1.Выставить приспособление; фрезеровать сегментный шпоночный паз.
2.Зачистить заусенцы.
040 Фрезерная
Горизонтально-фрезерный 6Н82
1.Выставить приспособление; фрезеровать призматический шпоночный паз.
2.Зачистить заусенцы.
045 Шлифовальная Спецкруглошлифовальный ЛТ-80
Установить делитель на вал, зажать. Шлифовать шатунные шейки предварительно.
050 Сверлильная Вертикально-сверлильный 2Г125
1. Базировать вал в приспособлении. Сверлить четыре отверстия маслопроводных каналов.
2. Обработать фаски в отверстиях. Прочистить и продуть сжатым воздухом маслопроводные каналы.
055 Сверлильная
Радиально-сверлильный 2К52
1. Установить вал в приспособлении. Сверлить два технологических отверстия во фланце.
2. Сверлить, развернуть и снять фаски и нарезать резьбу в шести отверстиях во фланце.
060 Сверлильная
Радиально-сверлильный 2К52
Установить вал в приспособление. Сверлить последовательно четыре наклонных отверстия маслопроводных каналов.
065 Сверлильная
Радиально-сверлильный 2К52
Установить вал в приспособление. Сверлить и нарезать резьбу под пробки заглушки в шатунных шейках.
070 Термическая
075 Шлифовальная
Круглошлифовальный ХШ2
Шлифовать предварительно и окончательно коренные шейки, наружный диаметр фланца, шейки под шестерню и ступицу.
080 Шлифовальная
Спецкруглошлифовальный ЛТ-80
Установить делитель на вал. Шлифовать предварительно и окончательно шатунные шейки.
085 Токарно-винторезная
Токарно-винторезный 1К62
Расточить начисто отверстие во фланце, точить торец фланца, фаски.
090 Слесарная
Пневмошлифовальная машина ИП-2009
1. Зачистить заусенцы, острые кромки, смолистые отложения в четырех отверстиях маслопроводных каналов коренных шеек и шатунных шеек.
2. Завернуть пробки заглушки.
095 Балансировочная
Балансировочный станок КИ-4274
Установить вал на опоры станка и соединить со шпинделем. Определить величину и направление динамометрической неуравновешенности. Устранить превышающую величину динамометрической неуравновешенности вала высверливанием металла в крайних и средних противовесах.
100 Полировальная
Станок для магнитно-абразивной обработка СФТ2.15000
Полировать предварительно и окончательно коренные и шатунные шейки, выдерживая заданную шероховатость поверхности Ra = 0,02 мкм.
105 Моечная
Установка для мойки валов
110 Контрольная