Фролов ЭМ.Технология изготовления деталей машин

В двигателе внутреннего сгорания базо­ вой корпусной деталью является блок цилин­ дров. В блоке цилиндров установлены с тре­ буемой точностью различные детали и меха­ низмы двигателя (коленчатый вал, шатуннопоршневая группа, головка блока, масляный

итопливный насос, картер двигателя, масля­ ный фильтр и др.). Для базирования этих узлов в блоке цилиндров имеются соответст­ вующие комплексы вспомогательных баз, которые определяют требуемое положение узлов в процессе работы двигателя. Поршни двигателя базируются по внутренним цилинд­ рическим поверхностям большого диаметра, головка - по верхней плоскости разъема, ко­ ленчатый вал - в отверстиях под коренные шейки и т.д. Двигатель базируется на раме. Блок цилиндров работает в условиях вибра­ ции и ударных нагрузок при высоких давле­ ниях и температурах в камерах сгорания. Все это предопределяет повышенные требования к материалу и точности изготовления нагру­ женных внутренних поверхностей корпуса, в котором циркулируют охлаждающая жидкость

исмазочный материал.

Корпусные детали машин в общем слу­ чае можно разделить по группам (рис. 5.2.2). Детали, принадлежащие каждой из групп, имеют общность служебного назначения, что означает наличие совокупности одинаковых поверхностей и идентичное по форме конст­

руктивное исполнение. Все это определяет особенности технологических решений, обес­ печивающих достижение требуемых парамет­ ров точности при изготовлении деталей каж­ дой из групп.

Группа 1: корпусные детали коробчатой формы в виде параллелепипеда, габаритные размеры которьгх имеют одинаковый порядок. К этой группе относятся корпуса различных редукторов, корпуса коробок скоростей, ко­ робок передач, корпуса шпиндельных бабок (рис. 5.2.2, а). В большинстве случаев основ­ ными базами таких корпусов являются пло­ ские поверхности, а вспомогательными база­ ми служат главные отверстия и торцы, пред­ назначенные для базирования валов и шпин­ делей. Конструкция и размеры корпусов зави­ сят от условий размещения в них необходи­ мых деталей и механизмов.

Они имеют также стенки, ребра и пере­ городки, повышающие их жесткость. С этой же целью имеющиеся бобышки и приливы, на которых расположены главные отверстия, имеют высоту 2,5-3 толщины стенки и диа­ метр в пределах 1,4... 1,6 диаметра отверстия. Корпуса коробчатой формы могут быть цель­ ные и разъемные. При этом плоскость разъе­ ма может проходить по осям главных отвер­ стий.

Группа 2: корпусные детали с гладкими внутренними цилиндрическими поверхностя-

МИ, протяженность которых превышает их диаметральные размеры. К этой группе отно­ сятся блоки цилиндров, двигателей и ком­ прессоров, корпуса различных цилиндров и гидрораспределителей, пневмо- и гидроаппа­ ратура (рис. 5.2.2, б), а также корпуса задних бабок, обеспечивающих базирование выдвиж­ ной пиноли и заднего центра. В соответствии со служебным назначением к внутренним цилиндрическим поверхностям предъявляют требования по точности диаметральных раз­ меров и точности формы. Эти цилиндриче­ ские поверхности обычно работают на изна­ шивание. Поэтому к ним предъявляют высо­ кие требования по шероховатости и износо­ стойкости.

Группа 3: корпусные детали сложной пространственной геометрической формы. К этой группе относятся корпуса паровых и газовых турбин, корпуса центробежных насо­ сов, коллекторов тройников, вентилей, кра­ нов (рис. 5.2.2, в). Сложная пространственная форма и геометрические размеры таких кор­ пусов предназначены для формирования тре­

буемых потоков движения газов или жидко­ стей. К этой группе относятся также сложные по форме корпусные детали ходовой части автомашины (картер заднего моста, корпус поворотного рычага и др.).

Группа 4: корпусные детали с направ­ ляющими поверхностями. Это столы, спутни­ ки, каретки, салазки, суппорты, ползуны, планшайбы (рис. 5.2.2, г). В процессе работы эти детали совершают возвратно-поступатель­ ное или вращательное движение по направ­ ляющим поверхностям, обеспечивая точное относительное перемещение обрабатываемых заготовок или режущего инструмента. Такие корпуса входят в состав несущей системы большинства станков. Требуемая жесткость этих деталей достигается созданием внутрен­ них перегородок и ребер. Отношение высоты плоских столов, спутников, салазок к ширине находится в пределах 0,1...0,18.

Группа 5: корпусные детали типа крон­ штейнов, угольников, стоек и крышек (рис. 5.2.2, д). Эта группа объединяет наиболее простые по конструкции корпусные детали,

Корпусные детали, работающие в усло­ виях вибрации и подвергающиеся ударным нагрузкам, изготовляют из ковкого чугуна (корпусы заднего моста, дифференциала и др.) и литейной стали (картеры задних мостов автомобилей большой грузоподъемности изго­ товляют из стали 40Л).

Корпуса высоконапорных насосов, ком­ прессоров изготовляют из чугунов повышен­ ной прочности СЧ 25, СЧ 30 или стальных отливок. Корпуса паровых турбин, работаю­ щих при температуре 250...400 °С и высоком давлении, изготовляют из модифицированных чугунов повышенной прочности и стали ЗОЛ. Для паровых турбин, работающих при темпе­ ратурах 400...500 °С, применяют молибдено­ вые и хромомолибденовые стали.

Плиты спутников изготовляют из сталей ЗОЛ, 40Х, 12ХНЗА. Корпуса электродвигате­ лей отливают из стали 15Л. Корпусные дета­ ли, работающие в соприкосновении с агрес­ сивной средой (кислотами, щелочами, мор­ ской водой), изготовляют из коррозионностойких материалов, в частности хромистых, хрмомоникелевых сталей (12Х18Н9ТЛ и др.), а также бронз (БрОЗЦ12С5, Бр08Ц4, БрА10МЦ2Л) и латуней (ЛЦЗОАЗ).

Для изготовления корпусных деталей малой массы в авиации и транспортном ма­ шиностроении используют алюминиевые и магниевые сплавы. Наибольшее распростра­ нение получили сплавы системы Al-Si, Al-Si- Mg, которые отличаются хорошими техноло­ гическими свойствами.

Сплавы АК9ч (АЛ4), АК7ч (АЛ9), АК9, АК7 применяют для сложных и крупногаба­ ритных деталей (картер ДВС и др.). Сплав АК8 (AJI34) предназначен для литья сложных по конфигурации корпусных деталей, рабо­ тающих под высоким давлением (до 45 МПа) и температуре до 200 °С.

Средненагруженные корпусные детали, работающие при температурах до 250 °С и давлениях до 23 МПа изготовляют из сплава АК5М (АЛ5) в термически обработанном со­ стоянии (например, головки цилиндров дви­ гателей воздушного охлаждения).

Характерными особенностями магние­ вых сплавов являются малая плотность при сравнительно высоких механических свойст­ вах, хорошая работоспособность при ударных нагрузках и высокая способность к поглоще­ нию энергии.

Различные корпуса приборов изготов­ ляют из сплава МЛ4. Корпуса, картеры, кронштейны, работающие при температу­ рах до 150 °С, отливают из сплавов МЛ5, МЛ6.

Корпуса насосов, от которых требуется высокая герметичность, изготовляют из спла­ ва МЛЗ. Корпусные детали, которые наряду с герметичностью должны обладать и жаро­ прочностью, изготовляют из сплавов МЛ 10 (рабочая температура 250...300 °С) и МЛН (вьщерживает длительную эксплуатацию при 250...350 °С, а кратковременную до 400 °С).

Химический состав, механические свой­ ства, методы испытаний различных материа­ лов регламентируются соответствующими стандартами.

Сварные корпусные детали редукторов, сварные детали типа кронштейнов, стоек, угольников изготовляют из листовой низкоуг­ леродистой стали СтЗ, Ст4. Штампосварные картеры задних мостов автомобилей изготов­ ляют из листовой стали 35, 40.

5.2.2. СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ ЗАГОТОВОК

Выбранный материал для заготовки во многом определяет и метод ее изготовления. Заготовки корпусных деталей получают лить­ ем, сваркой и значительно реже обработкой давлением.

Отливки корпусов изготовляют как литьем в разовые формы - песчаные, оболоч­ ковые, по выплавляемым моделям, так и литьем в многократные металлические формы - кокили и под давлением.

Целесообразный способ производства корпусных заготовок зависит от типа произ­ водства, массы отливки, ее габаритных разме­ ров и конструктивных особенностей. Сравни­ тельные показатели различных способов ли­ тья приведены в табл. 5.2.1.

Литье в песчаные формы является наи­ более универсальным. Для изготовления крупных и средних отливок корпусов в еди­ ничном и мелкосерийном производстве при­ меняют формовку в почве и ручную формов­ ку в парных опоках. Машинная формовка по металлическим моделям применяется для получения мелких и средних отливок в се­ рийном и массовом производствах.

Точность размеров и параметры шерохо­ ватости поверхностей отливок из основного литейного материала - чугуна при ручной и машинной формовке приведены в табл. 5.2.2.

Литье в оболочковые формы. Получают сложные отливки массой до 200 кг с макси­ мальными размерами до 1500 мм. Наиболее целесообразно изготовлять небольшие по массе корпуса в условиях крупносерийного и массового производства. Не рекомендуется отливать крупные отливки коробчатой формы из-за возможной разностенности отливки.

вых сплавов - 3...7 мм; магниевых сплавов

Литьем под давлением изготовляют сложные по конфигурации тонкостенные отливки, максимально приближающиеся по размерам к готовой детали. Этот способ высо­ копроизводителен с высоким уровнем автома­ тизации процесса и применяется для получе­ ния заготовок корпусных деталей из цветных сплавов - цинковые, алюминиевые, магние­ вые, реже медные (латуни типа ЛЦ16К4).

В табл. 5.2.3 приведены средние пара­ метры точности и параметров шероховатости для отливок из алюминиевых и магниевых сплавов. Для мелкосерийного и единичного производства иногда более рационально при­ менять сварные заготовки КД. Некоторые заготовки корпусов трубопроводной арматуры с боковыми отростками, крестовины изготов­ ляют обработкой давлением - вьщавливанием в разъемных штампах.

Технологический процесс изготовления заготовок корпусных деталей должен вклю­ чать меры для уменьшения деформаций за счет неравномерности охлаждения, усадки сплава или сварочных напряжений, особенно, если деталь имеет направляющие отверстия для установки валов.

Очень часто КД подвергают после изго­ товления термической обработке для умень­ шения и перераспределения внутренних на­ пряжений, стабилизации размеров, улучше­ ния структуры и обрабатываемости резанием.

5.2.3. ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ БАЗ

Выбор технологических баз определяется служебным назначением детали на основании выявления функции ее поверхностей, анализа требований к точности детали. Результатом выполнения этих работ является выявление исполнительных поверхностей, комплектов ocHOBHbDC и вспомогательных баз, свободных поверхностей деталей.

Если конфигурация детали достаточно проста и у детали имеется не более одного комплекта вспомогательных баз, то бывает возможна и целесообразна обработка детали за одну установку. В этом случае в качестве технологических баз используют свободные поверхности.

Однако большинство заготовок деталей обработать за одну установку оказывается физически невозможным или экономически не целесообразным. В этом случае задача вы­ бора технологических баз решается в два эта-

времени на пуск и остановку станка, приго­ товление инструмента, закрепление заготовок. Можно применять также групповую обработ­ ку деталей различных наименований. Произ­ водительность строгания также повышается при обработке длинных узких поверхностей.

Наибольшее распространение при обра­ ботке плоскостей корпусных деталей получил метод фрезерования. В зависимости от харак­ тера и расположения обрабатываемых поверх­ ностей применяют станки консольно-фрезер- ные, продольно-фрезерные, с количеством шпинделей один-восемь и более, карусельнофрезерные, барабанно-фрезерные.

При выборе станка для данной операции следует исходить из того, чтобы на нем мож­ но было обрабатывать все наружные поверх­ ности детали при минимальном количестве перестановок. При этом легче обеспечить точность относительного положения обраба­ тываемых поверхностей при высокой произ­ водительности труда.

Для обработки поверхностей небольших деталей в единичном и серийном производст­ ве могут быть использованы консольнофрезерные станки с поворотными столами: при этом за одну установку можно обработать четыре поверхности детали. Многие детали типа кронштейнов, угольников, стоек можно обрабатывать на консольно-фрезерных стан­ ках. Обработка с использованием двухпозиционных поворотных приспособлений дает воз­ можность сократить вспомогательное время.

При обработке на продольно-фрезерных

станках применяют групповую обработку де­ талей и одновременную обработку несколь­ кими инструментами. При этом возможны следующие варианты:

1.Установка деталей в один ряд (рис. 5.2.3, а).

2.Установка деталей в два ряда (рис.

5.2.3, б).

3.Установка с перекладыванием деталей. При обработке на четырехшпиндельном

продольно-фрезерном станке корпусных дета­ лей с направляющими (кареток, столов, пол­ зунов) можно применять набор фрез, про­ филь которых соответствует контуру направ­ ляющих.

Набор фрез, включающий обычно как универсальные, так и специальные фрезы, базируют на общей оправке, которую уста­ навливают в шпиндели двух горизонтальных головок. Преимуществом этого способа явля­ ется возможность получения за один рабочий ход практически полного профиля направ­ ляющих. Однако имеются сложности, связан­ ные с заточкой комплекса фрез и требуемой точностью установки их в наборе. Поэтому этот метод применяют, главным образом, в серийном производстве для обработки на­ правляющих простой формы.

При получении пазов и канавок произ­ водительность строгания выше, чем произво­ дительность фрезерования. Поэтому строга­ ние достаточно широко применяют при обра­ ботке корпусных деталей с направляющими (столов, кареток, ползунов).