книги из ГПНТБ / Кабаков, М. Г. Технология производства гидроприводов учеб. пособие

Неорганизованная смена баз происходит случайно, например во время установки и закрепления детали на станке или в приспособ­ лении. Причинами такой смены баз могут быть погрешности гео­ метрических форм заготовки или детали, или значительные мо­ менты и силы, возникшие в процессе обработки. Неорганизован­ ная смена баз при изготовлении детали нередко приводит к зна­ чительному браку. Поэтому во время технологических процессов неорганизованную смену баз следует исключать. Необходимость

ворганизованной смене одной или нескольких баз возникает: когда невозможно обработать все поверхности детали с одной

ееустановки; если деталь приходится обрабатывать на нескольких станках; при сборке;

чтобы повысить точность и упростить измерения;

Смена баз не должна сопровождаться возникновением незапла­ нированных погрешностей.

Погрешности расстояний, размеров и относительных поворо­ тов поверхности при изготовлении деталей (заготовок) могут быть получены или измерены с помощью цепного, координатного или комбинированного методов.

Цепной метод заключается.в том, что каждый последующий размер, расстояние или поворот поверхности получают или изме­ ряют вслед за ранее полученным или измеренным (рис. 7, а, б). Основное преимущество этого метода в том, что погрешность, получаемая на каждом из цепных звеньев, не зависит от погреш­ ности отдельных звеньев. Погрешности, получаемые при цепном методе на координатных звеньях, т. е. на звеньях, измеренных от какой-либо одной поверхности, выбранной за технологическую базу, зависят от погрешностей цепных звеньев, образующих координатное звено (рис. 7, б). В соответствии с этим, погрешности, получаемые на каждом из координатных звеньев, при цепном методе будут определяться так:

Рис. 7. Схемы при цепном методе:

а — получения точности линейных размеров; б — образования погрешностей на коор­ динатных размерах

30

МА =®Б. + С0Б/

При координатном методе погрешность установки детали остается постоянной при изготовлении всех координатных звеньев. Следовательно, эта погрешность на образование точности обра­ батываемой детали влияет значительно меньше, чем при цепном методе, когда для получения каждого цепного звена приходится переустанавливать деталь, чтобы сменить технологические базы. В машиностроении и, в частности, в гидромашиностроении исполь­ зуется преимущественно координатный метод.

Сущность комбинированного метода заключается в том, что при изготовлении деталей для одних звеньев используют коорди­ натный метод, а для получения других — цепной.

Итак, каждая смена баз сопровождается добавочными погреш­ ностями при заданных относительных поворотах поверхностей детали и связывающих их размерах. Следовательно, чтобы повы­ сить точность изготовления, нужно избегать смены баз. Для этого стремятся все поверхности детали обрабатывать и измерять от одних и тех же технологических баз, или, другими словами, ис­ пользовать принцип единства баз. Практически принцип единства баз применяют в полной мере при обработке с одной установки деталей наиболее простых конструктивных, технологически обра­ ботанных форм (валов, фланцев, стаканов и т. д.). В качестве измерительных и технологических баз рекомендуется использо­ вать одни и те же поверхности детали. При обработке детали с одной установки исключается также влияние погрешностей установки детали на относительное положение обработанных поверхностей. В результате установки и закрепления деталь

31

(заготовка) будет координирована относительно баз станка с по­ грешностью, которую называют погрешностью установки соу. Одной из основных причин, вызывающих погрешности установки, является неправильный выбор технологических и измерительных баз. Особенно в этой связи возрастает значение первой операции, во время которой устанавливают связи, определяющие расстоя­ ния и повороты обработанных поверхностей относительно необра­ ботанных, и'распределяют припуски на обработку между поверх­ ностями.

Ввиду сложности формы исполнительные поверхности некото­ рых деталей не обрабатывают, поверхности же основных и вспо­ могательных баз подвергают обработке. Если у таких деталей в результате обработки не обеспечены с требуемой точностью расстояние и взаимное положение исполнительных поверхностей относительно поверхностей основных баз, детали не будут пра­ вильно выполнять своего назначения. Примером может служить рабочее колесо гидротрансформатора, поверхности лопаток кото­ рого не обрабатывают, а только зачищают, чтобы уменьшить гидравлические потери. В процессе обработки колеса устанавли­ вается связь между необработанными поверхностями лопаток (или межлопаточных каналов) и основными базами (поверхно­ стями цапф и торцов). В начале обработки в качестве технологи­ ческих баз колеса выбирают межлопаточные каналы.

У некоторых деталей необходимость установления связей вызывается требованием получения равномерной толщины стенки детали (например, гильзы гидроцнлиндров) или обеспечения необходимого зазора между свободными и другими поверхно­ стями деталей (например, корпусных деталейгидроприводов). Для этого необходимо обеспечить равномерное распределение припуска на обработку каждой поверхности, что позволит повы­ сить точность обработки на первых операциях; сократить расходы на электроэнергию и амортизацию оборудования; увеличить производительность обработки на последующих операциях. Пере­ численные задачи решаются на первой операции путем правиль­ ного выбора технологических баз, который рассматривается как «разметка» будущей готовой детали из ее заготовки. При единичном производстве технологические базы размечают вручную, при массовом — с помощью приспособления, упрощающего определе­ ние положения обрабатываемого объекта на станке л его фикса­ цию путем закрепления. Поэтому на разработку конструкции приспособлений для первой операции необходимо обращать серьез­ ное внимание.

В качестве технологических баз выбирают поверхности или оси детали, относительно которых должны занять требуемое положение другие ее поверхности, подлежащие получению на данном переходе или операции. Погрешность установки, как правило, больше на первой операции, когда в качестве техно­ логических баз используютнеобработанные поверхности деталей.

32

По мере повышения точности обработки поверхностей погреш­ ности установки уменьшаются. При разработке технологического процесса в первую очередь необходимо выбрать технологические базы для достижения требуемой точности относительно поворотов поверхностей деталей, а затем — технологические базы для дости­ жения точности относительных расстояний и размеров поверх­ ностей. При этом, при прочих равных условиях, в каждой из координатных плоскостей следует выбирать поверхности с наи­ большей протяженностью. В качестве измерительных баз реко­ мендуется использовать технологические базы деталей, т. е. желательно, чтобы измерительные базы совпадали с технологи­ ческими. Поверхности технологических баз, используемые при установке заготовки (детали) на первых операциях, обычно отли­ чаются значительной шероховатостью и отклонениями от правиль­ ных геометрических форм, особенно, если они не обработаны. В этом случае погрешность установки уменьшается, если детали располагают технологическими базами на заранее выбранные и конструктивно оформленные опорные точки. Так, деталь, разме­ щаемая на четырех точках, может поворачиваться при установке только вокруг оси, соединяющей две любые точки из четырех, до соприкосновения с третьей точкой из двух оставшихся. Если одну из четырех точек сделать подводимой (или лучше самоустанавливающейся), то погрешность установки еще больше умень­ шится, так как положение детали будет определяться тремя не­ подвижными точками. Поэтому детали сложной конфигурации (корпуса, крышки) обрабатывают на токарных станках в четырех­ кулачковом патроне.

Правильный выбор точек приложения зажимных сил, постоян­ ство величин сил и соблюдение последовательности их приложе­ ния также уменьшают погрешности установки. Постоянство зажимных сил достигается использованием пневматических, гидра­ влических, пружинных, электромагнитных и других зажимов и приспособлений. Опыт показывает, что одной из причин увели­ чения погрешности при установке является попадание стружки и грязи между поверхностями технологических баз детали и по­ верхностями стола станка или приспособлениями, служащими для крепления и определения положения детали. Поэтому свое­ временному удалению стружки и очистке этих поверхностей необходимо уделять серьезное внимание.

§ 9. КАЧЕСТВО ОБРАБОТАННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ДЕТАЛЕЙ ГИДРОПРИВОДОВ

При разработке конструкции машины шероховатость поверх­ ностей деталей задают классом чистоты. Одновременно устанав­ ливают и требования к состоянию поверхностного слоя материала, характеризуемого структурой, твердостью, знаком и величиной напряжений и т. д. Количественные показатели, определяющие перечисленные характеристики качества деталей, обеспечиваются

в результате обработки. Следовательно, при разработке техноло­ гического процесса должны быть включены необходимые переходы или операции и выбраны соответствующие оборудование и режимы обработки.

Для получения требуемого состояния поверхностного слоя материала используют различные технологические процессы. Так, плотный и износостойкий поверхностный слой материала достигается при нагреве, закалке и отпуске. Для упрочнения рабочих поверхностей деталей поршневых золотниковых и дрос­ сельных пар и придания нм повышенной стойкости против воз­ действия внешних сред при различной температуре их подвер­ гают химико-термической обработке. Применяют также и механи­ ческие способы упрочнения поверхностного слоя материала деталей: например, накатывание поверхностей деталей роликами, закрепленными в специальных державках на суппортах станков. Сила давления на ролик достигает 500—3000 Н. В результате накатывания поверхностный слой уплотняется и упрочняется, вследствие чего долговечность деталей повышается на 50—100% [2]. Шероховатость накатанной поверхности у 1 0 —V12. Валь­ цевание (раскатывание) поверхностей отверстий (например, гильз гидроцилиндров) деталей шариками, роликами, прошивками со­ здает на поверхности пластически уплотненный слой глубиной 0,8—1,0 мм при шероховатости поверхности V9—V10. Под вальцевание оставляют припуск 0,02—0,2 мм на диаметр. Для вальцевания используют специальные раскатные головки с ша­ риками или роликами, а также специальные прошивки и обычные шарики от подшипников.

Для упрочнения поверхностного слоя можно применять дробе­ струйный наклеп, осуществляемый с помощью головок, в сопле которых подводят стальную дробь диаметром 0,4—2 мм. Послед­ няя выбрасывается из сопла на обрабатываемую поверхность детали струей сжатого воздуха. Глубина наклепа 0,2—1 мм, шероховатость поверхности V4—уб. В поверхностном слое создаются условия более эффективного его сопротивления пла­ стической деформации и усталостному изнашиванию, а также снижению напряжений в местах их концентрации. Качество поверхностного слоя материала деталей повышается при обра­ ботке его режущими инструментами со специальной заточкой, обеспечивающей постоянное по величине давление режущего инструмента. Для достижения требуемой шероховатости поверх­ ностей деталей гидромашин пригодны некоторые электрические способы обработки.

К электрическим способам получения чистоты поверхностей высокого класса относятся:

1) электрополирование, основанное на неоднородном анодном растворении отдельных участков шероховатой поверхности при электролизе; при этом обеспечивается шероховатость поверх­ ности V4;

34

Строгание: черновое чистовое

1

Фрезерование: черновое чистовое

вание: чистовое тонкое

Хонингование: черновое

чистовое

1

Суперфиниширо­ вание:

чистовое

тонкое

зеркальное

Ручная доводка: чистовая отделочная зеркальная

2) анодно-механическая обработка, основанная на удалении с поверхности нерастворимой пленки толщиной от нескольких сотых до нескольких десятых микрометра. Пленка образуется на поверхности металла, погруженного в электролит, при пропуска­ нии постоянного тока. Деталь используется как анод. Механи­ ческим удалением пленки достигается полирование поверхности, обеспечивающее шероховатость поверхности V7. При анодномеханическом шлифовании получают шероховатость поверх­ ности V 6—V10, при анодно-механической доводке V9—V12.

Каждый технологический процесс характеризуется возмож­ ностью экономического достижения надлежащей шероховатости поверхности (табл. 2). Факторов, оказывающих влияние на ше­ роховатость поверхности обработанной детали, несколько. Глав­ ными из них являются скорость резания, подача, геометрия, состояние режущего инструмента и используемая смазочно-

36

охлаждающая жидкость. В зависимости от требуемой шерохова­ тости поверхности приходится выбирать перечисленные факторы или использовать дополнительно другие технологические про­ цессы, обеспечивающие нужное качество поверхности. К таким процессам относится хонингование, тонкое обтачивание и раста­ чивание, суперфиниширование, полирование, притирка, абра­ зивное гидрохонингование и т. д.

§ 10. МАТЕРИАЛЫ

При производстве гидроприводов применяются металлические (стали, чугуны, цветные металлы и их сплавы, редкие металлы) и неметаллические (эластомеры, полимеры, изделия из картона, бумаги, войлока и кожи) материалы.

Металлические материалы

Детали гидроприводов изготовляют в основном из высоколеги­ рованных и высококачественных инструментальных, цементуе­ мых, азотируемых и (реже) нержавеющих сталей, отличающихся повышенной износостойкостью, малым коэффициентом линейного расширения, минимальной деформацией при термической обра­ ботке, эксплуатации и хранении.

Материал золотниковых, дроссельных пар должен сохранять свои первоначальные размеры в процессе работы. Малые дефор­ мации при термической обработке позволяют оставлять минималь­ ный припуск для доводочных операций. Высокая твердость ра­ бочих поверхностей наиболее ответственных деталей (прецизион­ ных, деталей МСХ и т. д.) предотвращает шаржирование в них твердых включений, встречающихся в рабочей жидкости, а их износостойкость обеспечивает наименьшее истирание трущихся поверхностей.

Дадим краткую характеристику материалам, применяемым для изготовления деталей гидропривода (табл. 3). Более подробно свойства различных материалов рассмотрены в специальной ли­ тературе.

Стали. Для приобретения нужных качеств стали подвергают термической обработке. Предел прочности сталей на растяжение ав =(55-i-200) 103Н/см2, предел текучести ах = (33-н170) ЮН/см2,

относительное удлинение б =25-ь5% , тведость (после термо­ обработки) HRC 40—62.

Чугуны. При рабочих давлениях до 103 Н/см2 применяют чаще всего серый конструкционный, сравнительно дешевый чугун СЧ 21-4Q. Корпусные детали и силовые элементы узлов, работаю­ щих под большим давлением, изготовляют из чугунов с шаровид­ ным графитом (так называемых сфероидальных чугунов), отли­ чающихся плотной и компактной структурой графита, что обеспе­ чивает наименьшее отношение поверхности к объему. Преиму­ щество такого чугуна в том, что можно в широких пределах изме-

37

Таблица 3

Материалы, применяемые для изготовления основных деталей гидроприводов

38

нять структуру его металлической основы, выбирая соответствую­ щие состав исходного чугуна, технологию отливки и ее термиче­ скую обработку. Так можно получить перлитный, перлитно-фер­ ритный, мартенситный, аустенитный и другие чугуны с различ­ ными физическими, прочностными, эксплуатационными и техно­ логическими свойствами. Чугун с шаровидным графитом имеет высокие пределы прочности на изгиб, растяжение и сжатие, четко выраженный предел текучести, заметное удлинение в литом состоянии и значительное удлинение после отжига, сравнительно высокую твердость после термообработки. Так, для чугуна марки ВЧ 40-10 ств = 40-103 Н/см2, б = 10% и НВ 100.

Цветные металлы и их сплавы. Алюминий и его сплавы. Алю­ миний является основой для производства сплавов. В общем ма­ шиностроении и, в частности, при производстве гидроприводов применяют деформируемые и литейные сплавы алюминия.

Кдеформируемым сплавам относятся дюралюмины (Д-1, Д-21

ит. д.) и высокопрочные сплавы В-95, В-96, типа АК. Эти сплавы обрабатывают давлением в горячем состоянии и затем подвергают термической обработке и иногда поверхностному упрочнению.

При термической обработке деформируемые сплавы нагревают

вэлектропечах с принудительной циркуляцией воздуха или в ван­

равномерное прогревание сплавов и исключается окисление, ха­ рактерное для нагрева в воздушной среде. При этом также облег­ чаются условия регулирования температуры.

Закалка алюминиевых сплавов производится в холодной воде. Во избежание трещин детали диаметром более 80 мм закаливают в горячей воде. Их можно закаливать и на воздухе, однако при этом увеличивается опасность повышения неоднородности струк­ туры металла и ухудшения антикоррозионных свойств.

39