Изготовление коленчатых валов

Назначение коленчатых валов, условия работы, кон­структивные особенности.

Кривошипно-шатунный механизм ком­прессора, состоящий из коленчатого вала, шатуна, крейцкопфа или поршня, служит для преобразования вращательного движе­ния коленчатого вала в возвратно-поступательное движение крейцкопфа или поршня, а также для передачи усилия с колен­чатого вяла на поршень цилиндра для производства работы - сжатия газов.

Коленчатый вал является наиболее нагруженной деталью компрессора, так как всю мощность от двигателя он передает шатунам и масляному насосу. Коленчатый вал во время работы испытывает переменные динамические нагрузки, поэтому он дол­жен быть достаточно жестким, чтобы под действием рабочих нагрузок обеспечивать необходимую точность движения переме­щающихся частей, обладать высоким сопротивлением усталости. Трущиеся поверхности коленчатого вала должны иметь высокую износостойкость.

Коленчатые валы отличает ряд конструктивных особенностей, обусловливающих специфику их обработки: цилиндрические поверхности не имеют общей оси - коренные шейки и расположены на одной оси, а шатунные и - на других осях; наличие сравнительно больших плоских поверхностей, не яв­ляющихся поверхностями вращения; наличие различного числа колен, расположенных под опреде­ленными углами.

Производство коленчатых валов отличается технологией изготовления, применяемым обо­рудованием, методами термической обработки, подъемно-транс­портными средствами.

Материал и способы получения заготовок

Коленчатые валы изготовляют из высококачественной углеродистой стали марок 40 и 45 или легированной стали марки 40Х. Марку стали выбирают так, чтобы обеспечивались высокая пластичность и возможность закалки трущихся поверхностей. В связи с низкими литейными свойствами стали и недопустимостью каких-либо пороков в ма­териале (свойственных стальному литью) заготовки коленчатых валов получают обработкой давлением.

В единичном и мелкосерийном производствах для коленчатых валов заготовками являются поковки. Форма и размеры поковок значительно отличаются от формы и размеров готовых коленчатых валов. Поковки выполняют на мощных парогидравлических прессах.

В серийном и крупносерийном производствах заготовки валов получают горячей штамповкой. Штамповка заготовок включает в себя предварительную и оконча­тельную штамповку, обрезку облоя на обрезном прессе, горячую правку в штампах под молотом. Поковки коленчатых валов подвер­гают термической обработке для получения определенного ка­чества материала.

Штампованные заготовки подвергают нормализации для сня­тия внутренних напряжений. Режим нормализации: загрузка в печь при 450 °С; нагрев в течение 8 ч до 950 °С; выдержка в печи в течение 3 ч при температуре 950 °С; охлаждение с печью в тече­ние 3 ч до 64и°С; охлаждение на воздухе.

После термической обработки заготовки очищают от окалины. Поковки небольших размеров очищают от окалины путем дробе­струйной обдувки, а на крупных поковках окалину снимают пневматическими молотками. Для испытания механических свойств материала поковок припуск на длинном конце вала увеличивают на 60-100 мм (для изготовления образцов). При испытании образцов производят проверку на ударную вязкость, предел текучести, относительное удлинение и твердость.

Весьма перспективно изготовление коленчатых валов из моди­фицированного литейного чугуна марки ВЧ 50-1,5, так называе­мого высокопрочного чугуна. Проведены экспериментальные ис­следования по применению чугунных коленчатых валов для ком­прессоров средней мощности. Длительные испытания компрессора с литым коленчатым валом показали целесообразность его применения. Литые чугунные коленчатые валы имеют существенные преимущества по сравнению с коваными и штампованными стальными:

1. возможность получения более рациональных конструктивных форм, например, пустотелых шеек и щек, что помимо облегчения вала позволяет значительно снизить трудоемкость получения масляных каналов;

2. более высокий коэффициент использования металла за счет меньшего количества снимаемой стружки;

3. шатунные шейки коленчатых валов из высокопрочного чугуна можно не подвергать термической обработке, так как ан­тифрикционные свойства этого чугуна настолько высоки, что износ шеек без термической обработки меньше, чем у закаленных стальных;

4. меньше чувствительность чугуна к концентрации напря­жений.

Перспективным направлением является применение сборной конструкции коленчатого вала. Коренные и шатунные шейки изготовляют отдельно, затем собирают путем запрессовки в со­ответствующие отверстия пластин-щек. В этом случае весьма упрощаются как заготовительные процессы, так и процессы меха­нической обработки.

Технология производства гильз

Назначение, условия работы, конструктивные особенности

Гильзы, монтируемые в верхней части блок-картера, являются цилиндрами компрессора, где происходит сжатие газа.

Конструкция компрессора, в которой основная часть цилиндра в виде гильзы выполнена как самостоятельная деталь, имеет ряд технологических и эксплуатационных преимуществ по сравнению с конструкцией с цельнолитыми блоками цилиндров:

1. простая конструкции и малые габариты гильзы (в сравне­нии с блоком цилиндров) позволяют получать отливку центро­бежным способом, обеспечивающим высокое качество отливки и меньший расход металла;

2. выделение трущейся части блока - цилиндров в самостоя­тельную деталь в виде гильзы позволяет получить литьем вместо двух корпусных деталей, а именно, блока цилиндров и картера, одну деталь - блок-картер; это уменьшает расход металла, по­вышает точность взаимного расположения основных поверхно­стей блок-картера, т. е. улучшает эксплуатационные характе­ристики компрессора;

3. значительно снижается стоимость ремонта в тех случаях, когда повреждено зеркало цилиндра: заменяют гильзы, а не дорогостоящие блоки цилиндров.

В процессе работы компрессора стенки гильз испытывают большие давления, температурные деформации и трение, поэтому гильзы должны быть достаточно прочными, их трущиеся поверх­ности должны иметь высокую износостойкость и твердость и противостоять температурным деформациям.