Вопрос 23

Физико-механические свойства поверхностного слоя это: микротвердость; вид структуры; величина и знак внутренних остаточных напряжений.

Поверхностный слой металла формируется под воздействием больших усилий резания и высоких кратковременных температур в зоне резания.

Поэтому его физико-механические характеристики отличаются от физико-механических характеристик основного металла.

Нижележащий слой также имеет сильно деформированную структуру.

Например: для стальной заготовки после обработки можно выделить три зоны:

поверхностный слой, нижележащий слой и сердцевину.

Вопрос 31-35

Основной задачей разработки технологических процессов яв­ляется обеспечение при заданной программе выпуска деталей высо­кого качества при минимальной себестоимости. Для разработки технологических процессов технолог должен иметь: 1) рабочий чертеж детали; 2) программу выпуска деталей; 3) чертеж заготовки; 4) сведения об оборудовании, необходимом для изготовления дета­лей, и разные вспомогательные материалы в виде паспорта станка, различных нормалей и нормативов по операционным припускам и допускам, режимам резания, нормирования операции обработки и др. Рабочий чертеж детали является основным документом, в котором указываются все параметры детали, заданные конструк­тором: геометрическая форма и размеры, материал и термообработка, точность и шероховатость отдельных поверхностей и другие тех­нические условия. Рабочий чертеж детали служит основным доку­ментом и для контроля и приемки деталей. Внесение каких-либо изменений в рабочий чертеж детали, например в части технологич­ности конструкции применительно к условиям обработки, изменения допусков или других параметров, улучшающих работу детали в соб­ранном узле механизма, осуществляется конструктором по пред­ложению технолога. Данные о производственной программе необ­ходимы технологу для установления типа производства (массовое, серийное или единичное), с учетом которого должен разрабатываться технологический процесс, для выбора оборудования и оснастки (приспособления, инструмента), средств механизации операции и учета всех других вопросов, способствующих повышению произ­водительности труда.

Выбор способа изготовления и разработка чертежа - заготовки производятся с учетом рабочего чертежа детали.

При разработке технологических процессов для действующего завода данные об оборудовании, имеющемся на заводе, необходимы с целью наилучшего его использования, выбора рационального спо­соба обработки и оснастки, нормирования операции и др. С этой же целью необходимы данные об оборудовании и в случае разработки технологических процессов для вновь проектируемого предприятия, которые можно получить из каталога металлорежущего оборудова­ния или паспортных данных станков, применяющихся на заводах.

Разработка технологического процесса состоит из двух стадий: 1) составления плана (маршрута) операции и 2) разработки операции процесса.

В первой стадии производится разделение процесса на отдельные операции и последовательность их выполнения, степень концентра­ции операции на основе выбора установочных баз, оборудования, приспособлений и др. Разделяя технологический процесс на черно­вые, чистовые и отделочные операции, выявляют наиболее ответст­венные поверхности, требующие многократной обработки, поверх­ности, которые целесообразно обрабатывать совместно с другими, или допускающие обра0отку в отдельной операции и т. п. При этом учитывается место выполнения термической обработки, предусмот­ренной рабочим чертежом детали.

 

Термическая обработка обычно производится с целью: 1) снятия-внутренних напряжений в материале заготовки и улучшения их обрабатываемости и 2) для получения механических свойств детали, заданных рабочим чертежом детали. Для осуществления первой цели литые заготовки и поковки перед началом механической обра­ботки подвергают нормализации, отжигу или старению. Осуществить вторую цель — повысить механические свойства детали термической или химико-термической обработкой до начала механической обра­ботки не представляется возможным для подавляющей части основ­ных деталей автомобилей, поверхностная твердость которых обычно выше HRC 40, т. е. того предела твердости материала, выше кото­рого обработка деталей лезвийным инструментом становится за­труднительной. Поэтому термическую или химико-термическую обработку указанных деталей предусматривают между операциями механической обработки, обычно перед чистовыми. При этом пре­дусматривают минимальные припуски на обработку с учетом полу­чения требуемой точности из-за возможного ее снижения в резуль­тате термической обработки. Для достижения требуемой точности деталей необходимо стремиться к минимальному числу операций после термической или химико-термической обработки с тем, чтобы избежать погрешностей, связанных с установками и базированием деталей.

Способ окончательной (финишной) обработки, обеспечивающей требуемые точность и шероховатость поверхностей, можно выбрать, пользуясь схемами 1 и 2 [12]. Эти же схемы позволяют установить и способы предшествующей обработки.

Установленный план (маршрут) операции уточняют и подробно разрабатывают осуществление отдельных операций процесса: вы­бирают станок, определяют операционные размеры и допуски, выбирают приспособление и инструмент, режимы обработки и про­изводят нормирование операции. Выбор станка производится с уче­том габаритов заготовки, обеспечения необходимой точности и производительности обработки при наименьшей ее стоимости. В связи с этим размеры рабочей зоны станка должны соответствовать размерам обрабатываемых заготовок. Станок должен обеспечить не только необходимую производительность и точность, но и чистоту поверхности. Жесткость и мощность станка должны соответствовать условиям обработки на нем. Для черновых операций используются станки с невысокой точностью, не ограничивающие сечение снимае­мой стружки. Наоборот, для чистовых операций выбор станка обу­словливается жесткостью, точностью и быстроходностью. Правиль­ность выбора станка по производительности, которая должна соответствовать заданной программе, может быть оценена коэф­фициентом загрузки станка по времени.

Приспособления для обработки по возможности следует приме­нять универсальные, быстродействующие. Однако в массовом автомобильном производстве широко пользуются специальными при­способлениями, позволяющими значительно повышать производи­тельность труда. При выборе режущего инструмента следует ориен­тироваться по возможности на вотированный и нормализованный инструмент и лишь в необходимых случаях на специальный.

Для определения припусков на обработку каждой поверхности первоначально устанавливают общий припуск по последней окон­чательной операции (окончательному чертежному размеру) и разме­ру заготовки. Затем общий припуск разбивают по отдельным опе­рациям и параллельно с назначением припуска последовательно определяют операционные размеры. Операционные допуски назначают с учетом способа и экономической точности обработки. При расчете припусков и опера­ционных допусков пользуются ГОСТами й ведомственными норма­лями.

Контроль размеров деталей в мелкосерийном производстве осуществляется универсально-мерительным инструментом, штан­генциркулями, микрометрами, индикаторами и т. п. В массовом производстве для контроля деталей применяются предельные калибры, специальные контрольные приборы и приспособления, в том числе для активного контроля. Кроме того, в массовом производстве используются методы автоматического получения размеров и статистический контроль. Контроль шероховатости поверхности производится по эталону и в необходимых случаях прибором.

Выбор режимов обработки производят по нормативам режимов резания с учетом требуемой точности обрабатываемой поверхности, внося в них необходимые уточнения, если это вызывается особен­ностями формы или веса детали, мощностью станка и т. п. Глубина резания назначается в зависимости от припуска на обработку, а подача — в зависимости от жесткости станка и требуемой шерохо­ватости поверхности.

Методику нормирования операции и выбора технико-экономи­ческого варианта обработки рассмотрим в дальнейшем, поскольку в этих вопросах имеется много общего с методикой выбора рацио­нального способа восстановления деталей.

Технологический процесс оформляется в соответствии с единой системой технологической документации ЕСТД—ГОСТ 3.1102—70 и является законом для производства.

В основе классификации изготавливаемых автомобильных деталей лежит принцип аналогии основных технологических операций механической обработки при изготовлении деталей данного класса. В пределах классов – деление деталей на размерные группы в зависимости от габаритов и массы и на типы деталей по особенностям их конфигурации.

Классы:

I – корпусные;

П –круглые стержни;

Ш – полые цилиндры;

IV – диски;

V – некруглые стержни;

VI – крепежные детали.

Корпусные детали – материалом корпусных деталей чаще всего являются ковкие, высокопрочные, модифицированные чугуны, алюминиевые сплавы. Заготовки из этих материалов изготавливаются литьем. Могут быть сварные и клепаные корпусные детали. К этому классу относятся: блоки цилиндров двигателей, головки блоков, картеры коробок передач, сцеплений, редукторов, корпусы масляных и водяных насосов, кронштейны разные и т.п. в качестве чистовых технологических баз при обработке корпусных деталей чаще используется рабочая плоскость и для ориентации по угловым смещениям – два технологических отверстия на этой плоскости.

При черновой обработке корпусных деталей широко применяются следующие операции: сверлильные, токарные, фрезерные, протяжные, на чистовых и отделочных операциях – расточные, плоскошлифовальные. Корпусные детали в агрегатах автомобилей имеют значительный удельный вес по их массе, трудоемкости и себестоимости изготовления.

Круглые стержни – детали, характеризующиеся цилиндрической формой сечения рабочих поверхностей, при длине значительно превышающей диаметр сечения. Заготовки этих деталей чаще изготовляются горячей штамповкой из качественных углеродистых и легированных сталей с последующей термической обработкой для улучшения структуры. Некоторые детали изготавливаются отливкой из высокопрочного чугуна (коленчатые и распределительные валы, трубы полуосей, полуоси, тормозные валы, валы коробок передач, шкворни поворотные, различные пальцы и др.). В качестве технологических баз при обработке деталей этого класса чаще используют центры (центровые фаски). При выполнении черновой обработки здесь распространены токарные, шлиценарезные, зубонарезные и другие операции. При чистой обработке – различные виды шлифования, на отдельных операциях супершлифование, полирование и др. Детали класса «круглые стержни» имеют значительный удельный вес в тех агрегатах, в которые они входят, по их номенклатуре, массе, трудоемкости и себестоимости производства.

Полые цилиндры – детали, в конструкцию которых входят один или несколько концентрично расположенных полых цилиндра, при наружном очертании детали, не всегда соответствующем цилиндру, в ряде случаев имеющем сложную форму. Материалом этих деталей чаще бывает чугун, алюминиевые сплавы, реже сталь. Заготовки деталей производятся обычно литьем в песчаные формы, кокиль, центробежным литьем. Из автомобильных деталей это – поршни, гильзы цилиндров, ступицы колес, стаканы гидроподъемных механизмов самосвалов, чашки дифференциалов, гидравлические цилиндры гидротормозов и сцеплений. Механическая обработка деталей чаще производится при использовании чистовых вспомогательных технологических баз – внутренних фасок или обработанных внутренних поверхностей при обработке наружных поверхностей при обработке внутренних. При черновой и чистовой обработке распространены токарные и расточные операции; на финишных операциях применяются тонкая расточка, хонингование, реже – внутреннее шлифование.

Диски – детали характеризуются малой высотой h и значительным диаметром d (h≤0,5d). Материалом деталей «диски» являются чугун или сталь. Заготовки изготавливаются соответственно отливкой, холодной или горячей штамповкой (маховики, диски сцеплений, тормозные барабаны, диски колес, ведомые конические и цилиндрические шестерни редукторов заднего моста, шестерен коробок передач, фланцы, шкивы, поршневые кольца и др.). При механической обработке этих деталей в качестве установочных баз наиболее часто используются их внутренние отверстия и один из торцов. Операции по механической обработке рабочих поверхностей являются проточка, плоское шлифование, для шестерен – зубофрезерование, шевингование, хонингование или притирка зубчатых венцов.

Некруглые стержни – детали этого класса по размерам, материалу и конфигурации отличаются большим разнообразием. Заготовки производятся холодной и горячей штамповкой. Материалом деталей являются стали: качественные углеродистые, легированные и низколегированные. Некоторые детали отливаются из чугуна (педали, газопроводы двигателя). Наиболее характерными стальными деталями этого класса являются лонжероны, поперечины рам, балки передней оси, шатуны двигателей, компрессоров, вилки переключения передач, коромысла клапана. У деталей этого класса чаще обрабатываются только некоторые из их поверхностей, при самом разнообразии базирования и использовании технологических операций.

Крепежные детали – нормали, болты, гайки, винты, шурупы, шайбы, шпильки и др.

Особенности механической обработки деталей класса «корпусные»

Для корпусных деталей характерно наличие системы точно обработанных отверстий и строго координированных между собой плоскостей. Они подразделяются на две группы: призматического типа, отличающиеся наличием двух или нескольких точно обработанных плоскостей, и фланцевого типа, имеющих обычно торцевую плоскость, перпендикулярную основным отверстиям. В качестве чистовых установочных баз у корпусных деталей призматического типа часто используются плоскость и два технологических отверстия на ней, у деталей фланцевого типа – поверхности торца фланца, одно отверстие большого диаметра и другое отверстие – меньшего диаметра.

Особенности МО блоков цилиндров – изготавливаются из чугуна и алюминиевых сплавов, подразделяются на рядные и V-образные. Сложная форма блока вызывает остаточные литейные напряжения и возможность деформации заготовки при ее остывании. Для устранения деформации и выявления возможных дефектов в поверхностном слое заготовки на первых операциях МО блоков удаляют припуски с поверхностей плоскостей наибольшей плоскости площади и длины.

Рядные блоки обычно обрабатывают с использованием основных и вспомогательных установочных баз, а именно нижней плоскости блока и двух технологических отверстий на этой плоскости, расположенных по диагонали или в одну линию. Нижняя и верхняя плоскость обрабатываются одновременно на барабанно-фрезерных или протяжных станках. Блоки должны устанавливаться таким образом, чтобы отфрезерованные поверхности были параллельны оси коленчатого вала.

Технологический процесс изготовления блоков состоит из поэтапной обработки:

базовых поверхностей;

наружных плоских поверхностей;

отверстий цилиндров;

крепежных отверстий;

отверстий под посадку вспомогательных механизмов двигателя;

гнезд под вкладыши и втулки подшипников коленчатого и распределительного валов.

В качестве оборудования используют агрегатные многосторонние сверлильные, расточные и резьбонарезные станки. Отверстия под установку вспомогательных механизмов (масляных насосов, привода распределителя зажигания) обрабатывают на специальных сверлильных и расточных станках. Обработка поверхностей гнезд в блоках и крышках коренных подшипников, м также их торцов и фиксирующих выступов может производиться фрезерованием и протягиванием с последующим растачиванием и хонингованием гнезд. Протягивание обеспечивает большую точности и производительность. Используются автоматические линии, объединяющие группы протяжных станков.

Механическая обработка V-образных блоков двигателей производится обычно на последовательно расположенных автоматических линиях. Обработка начинается в литейном цехе, где фрезеруются на многошпиндельном станке поверхности пяти угловых платиков 2. При этом V-образный блок, также устанавливается в приспособление по рабочим поверхностям крайних опор коренных подшипников, с прижимом сверху.

Основные этапы технологического процесса МО V-образных блоков двигателей, осуществляемые на пяти последовательно расположенных автоматических линиях:

Фрезерование установных плоскостей на пяти специальных платиках (производится в литейном цехе);

Предварительное и окончательное фрезерование нижней плоскости;

Фрезерование технологических платиков с двух сторон блока, сверление и зенкерование трех технологических отверстий в нижней плоскости, развертывание двух из них (переднего и заднего);

Предельное и окончательное фрезерование верхней плоскости блока, то же торцевых плоскостей;

Предварительное и чистовое фрезерование двух верхних наклонных плоскостей под головки цилиндров;

Предварительное протягивание поверхностей под вкладыши в блоке и крышках коренных подшипников;

Предварительное и окончательное фрезерование торцов под крышки коренных подшипников и замков под вкладыши;

Черновое и чистовое фрезерование площадок под масляный насос и привод распределителя;

Черновое и чистовое растачивание выточек под гильзы цилиндров;

Сверление, зенкерование, цекование отверстий масляных каналов, под штангу привода топливного насоса, под масляный насос и других отверстий;

Сверление отверстий под резьбу болтов и шпилек крепление нижнего картера, головки блоков и других, зенкерование отверстий, нарезка резьбы;

Сборка блоков с крышками коренных подшипников, растачивание отверстий под вкладыши коренных подшипников и втулки распределительного вала;

Запрессовка втулок распределительного вала; окончательное растачивание отверстий под вкладыши коренных подшипников и рабочих поверхностей втулок распределительного вала;

Хонингование отверстий под вкладыши коренных подшипников;

Окончательное фрезерование двух наклонных площадок под головки блока цилиндров;

Окончательное фрезерование площадок под привод распределения зажигания и масляный насос;

Чистовое растачивание и развертывание отверстий под указанные выше механизмы;

Окончательное растачивание выточки и направляющих отверстий под гильзы цилиндров;

Растачивание и развертывание отверстий под толкатели клапанов;

Установка картера сцепления; растачивание центрального отверстия в картере сцепления и подрезание плоскости картера.

Механическая обработка блоков должна обеспечивать высокую точность размеров и взаимного расположения поверхностей и малую высоту микронеровностей. Отклонение от плоскости поверхности, мм:

Верхней и нижней на длине 100мм не более 0,02-0,08

Передней и задней торцевых на длине 50мм не более 0,05

Точность размеров, квалитет:

Гнезд под вкладыши коренных подшипников – 6

Цилиндров и гнезд под гильзы – 7-8

Отклонение от соосности гнезд коренных подшипников по всей длине блока, мм, не более 0,02-0,04

Особенности механической обработки деталей класса «круглые стержни»

Особенности механической обработки деталей класса П рассмотрим на примере изготовления ответственных, сложных по конструкции и интересных по используемой технологии деталей: коленчатых валов двигателей и ведомых (пазовых) валов коробок передач.

Коленчатые валы изготавливают из углеродистых и легированных и чугуна с шаровидным графитом.

МО коленчатых валов сопряжена со значительными трудностями из-за строгих требований к точности обработки к отделке рабочих поверхностей. Затрудняет МО недостаточная жесткость деталей. Валы могут подвергаться изгибу и скручиванию, что нарушает соосность коренных и шатунных шеек, правильность их взаимного положения. Для уменьшения деформаций вала при МО применяют двухсторонний привод для длинных валов, центральный привод для более коротких и жестких валов, трех- или многоопорную установку вала, периодическую проверку вала на прогиб и при необходимости его правку. При двухстороннем приводе вращение вала осуществляется с помощью специальных захватов через крайние щеки, при центральном приводе через средние щеки или при нечетном количестве шеек – через среднюю шейку.

Особенности механической обработки деталей класса «полые цилиндры»

Особенности механической обработки деталей класса III рассмотрим на примере весьма ответственных и сложных по технологии изготовления – поршней двигателей. Поршни изготавливают в большинстве случаев из алюминиевых жаростойких сплавов марок АЛ-30, АК 18, АК 21, ВКЖЛС-2, АК10М2Н и др.

Отливка заготовок производится в металлические разборные формы (кокиль). После отливки заготовки подвергаются термической обработке по режиму Т₁ (искусственное старение).

Механическая обработка поршней сложна строгие требования к обеспечению точности размеров, правильности взаимного расположения рабочих поверхностей – отверстий под палец по отношению к поверхности головки и юбки. Обычно в качестве чистовых установочных баз используют вспомогательные базы, а именно: подрезанный открытый торец и внутреннюю выточку с открытого торца.

При обработке чистовых вспомогательных баз со стороны открытого торца поршни устанавливают обычно по наружной поверхности их головки и днищу, которые в этом случае являются черновыми установочными базами.

Особенности механической обработки деталей класса «диски»

Особенности обработки деталей класса IV рассмотрим на примере дисковых шестерен коробок передач и поршневых колец двигателей. Шестерни изготавливают из легированных сталей марок 30Х, 35Х, 20ХГМ, 20ХГНМ, 15ХГН2ТА и др. Заготовки производятся горячей объемной штамповкой на кривошипных горячештамповочных или механических ковочных прессах. Иногда заготовки до МО имеют зубчатый венец, формирование которого достигается выдавливанием зубьев на специальном стенде при нагреве круглой заготовки с помощью ТВЧ до t≈1200ºC. После штамповки производится термическая обработка заготовок: нормализации или отжига.

Особенности механической обработки деталей класса «некруглые стержни»

Особенности обработки деталей класса V рассмотрим на примере шатуна двигателя – одной из наиболее сложных деталей. Шатуны изготавливаются из качественных углеродистых сталей марок 40, 40Р, 45Г2, 40ХФА, 40ХН2МА И ДР. Заготовки шатунов могут изготавливаться горячей штамповкой в закрытых штампах, но более прогрессивным способом является сначала горячая вальцовка круглого проката, после которой заготовки принимают форму, близкую к требуемой, а затем окончательное обжатие в специальной форме на кривошипном механическом прессе. Заготовки шатуна и крышки могут штамповаться раздельно, однако более распространено изготовление цельной заготовки шатуна совместно с крышкой. Далее для улучшения структуры и повышения механических качеств производится термическая обработка заготовок – закалка с последующим высоким отпуском («улучшение»). Механическая обработка шатунов отличается сложностью в связи со строгими требованиями к точности размеров, правильности геометрической формы рабочих поверхностей, их взаимного расположения, а также к положению обработанных поверхностей по отношению к необработанным. Для обеспечения этих требований используют установку шатунов как по основным, так и по вспомогательным базам, т.е. по специально обработанным поверхностям.

Вариант операционного плана механической обработки цельнокованых шатунов:

Предварительное шлифование торцовых плоскостей поршневой (верхней) и кривошипной (нижней) головок шатуна с двух сторон последовательно на специализированном плоскошлифовальном станке. Черновыми базами являются торцовые поверхности, противоположные шлифуемым.

Протягивание боковых установочных площадок (вспомогательные базы), площадки на бобышке для подгонки шатуна по массе (верхний) и площадок под головки болтов и гаек на комплексе горизонтально-протяжных станков. Базы – наружный контур поршневой и кривошипной головок и шлифованные торцевые плоскости.

Растачивание отверстия в кривошипной головке на овал (с учетом отрезка крышки) и черновое растачивание отверстия в поршневой головке. Агрегатный вертикально-расточной многошпиндельный агрегат. Базы – боковые площадки поршневой и кривошипной головок и площадка весовой бобышки.

Отрезка крышки от шатуна на горизонтально-фрезерном станке. Базы те же.

Раздельное сверление и развертывание отверстий под болты в шатуне и крышке, фрезерование паза под замок вкладыша и канавки в кривошипной головке, зенкование отверстий под болты. Автоматическая линия состоящая из сверлильных и фрезерных автоматов. Базы те же.

Шлифование плоскости разъема у шатуна и крышки на плоскошлифовальном станке несколькими шлифовальными кругами и круглым столом. Базы – поверхности отверстий в поршневой и кривошипной головках.

Окончательное развертывание двух отверстий под болты совместно в шатуне и крышке, контроль отверстий и сборка шатуна с крышкой. Автоматическая линия состоящая из сверловочного многошпиндельного автомата и автомата для сборки и контроля. Базы – отверстие в поршневой головке, установочные площадки поршневой и кривошипной головок и площадки весовой бобышки.

Окончательное шлифование торцевых плоскостей кривошипной и поршневой головок с двух сторон на двухстороннем круглошлифовальном станке с круглым столом. Базы – стержень шатуна, установочные площадки и отверстия в поршневой и кривошипной головках.

Окончательная обработка отверстия в поршневой головке под втулку, получистовое растачивание отверстия в кривошипной головке, запрессовывание и уплотнение втулки в верхней головке, сверление маслоприводного отверстия. Автоматическая линия, состоящая из расточных и сверлильных автоматов, пресса и контрольного автомата. Базы – торцы поршневой и кривошипной головок, отверстие в кривошипной головке.

Подгонка шатунов по массе на сверлильном балансировочном автомате.

Хонингование отверстия в кривошипной головке на хонинговальном многошпиндельном автомате. Базы – торцы поршневой и кривошипной головок, отверстие в кривошипной головке.

Окончательный контроль.