Планирование технологического процесса обработки коленчатого вала: принципы и выбор базовых точек

Принципы планирования технологического процесса обработки коленчатого вала и выбор базовых точек

Принципы проектирования технологических маршрутов

1. Сначала определите системы отсчёта: При планировании технологического процесса первую или вторую операцию следует, по возможности, посвятить обработке прецизионных ориентиров коленчатого вала. На последующих операциях эти прецизионные ориентиры можно использовать для позиционирования детали, что облегчает обеспечение точности других поверхностей.
2. Обработка поверхностей детали перед сверлением отверстий: Если в шейках коленчатого вала или на торцевых поверхностях фланцев необходимо просверлить отверстия, сначала обработайте шейки и торцевые поверхности фланцев, а затем просверлите отверстия в этих поверхностях. Это облегчает обеспечение точности отверстий.
3. Сначала обрабатывайте основные поверхности станка, а затем — второстепенные: При планировании технологического процесса следует уделять основное внимание важным поверхностям главных и коленчатых шейки. Вмежду этими операциями можно включить обработку второстепенных поверхностей.
4. Черновая обработка перед чистовой, с разделением на черновую и чистовую: Цели разделения черновой и чистовой обработки заключаются в следующем.
   1. Обеспечить качество обработки: При черновой обработке большой припуск на обработку приводит к возникновению высоких режущих сил и выделению тепла резания. В результате в системе обработки возникают упругие и тепловые деформации, а также высокие остаточные напряжения в заготовке. Черновая обработка не позволяет достичь высокой точности или низкой шероховатости поверхности. На последующих операциях необходимо постепенно уменьшать параметры резания и погрешности обработки, чтобы обеспечить соответствие деталей требованиям к качеству. В случае заготовок с остаточным внутренним напряжением черновая обработка может привести к перераспределению этого напряжения и вызвать деформацию с течением времени. Разделение черновой и чистовой обработки позволяет избежать влияния деформации, вызванной напряжением, на чистовую обработку; оставшуюся деформацию также можно устранить на последующих этапах чистовой обработки.
   2. Своевременное выявление дефектов, связанных с пустыми ячейками: Черновая обработка позволяет удалить значительный припуск и выявить дефекты заготовки на раннем этапе, что дает возможность своевременно браковать или отремонтировать заготовку и избежать потерь, связанных с дальнейшей обработкой.
   3. Правильно пользуйтесь станками: Для черновой обработки можно использовать станки с высокой мощностью и жесткостью, но умеренной точностью, тогда как для чистовой обработки применяются высокоточные станки. Это позволяет в полной мере использовать возможности каждого станка. Разделение черновой и чистовой обработки применимо как к обработке отдельных поверхностей, так и к обработке детали в целом. По мере того как точность литья и ковки современных автомобильных заготовок продолжает повышаться, а общий припуск на обработку уменьшается, различие между этапами черновой и чистовой обработки становится менее заметным.
5. Рационально организовать операции термообработки и процессы упрочнения поверхности.
6. Коленчатые валы представляют собой детали тонкого сечения, поэтому необходимо свести к минимуму деформации, возникающие при механической обработке. При планировании технологического процесса обработки коленчатого вала, как правило, руководствуются следующими принципами: черновая обработка перед чистой; установка базы перед обработкой других элементов; поверхности перед отверстиями; основные поверхности перед второстепенными; а также основные шейки перед шейками коленчатых пальцев.

При разработке технологического плана следует учитывать следующие принципы: совместимость с производственной программой, достижение наилучших экономических результатов, а также активное внедрение новых процессов и технологий, соответствующих производственной программе.

Технологический план оценивается, главным образом, по трем критериям: качество, стоимость и сроки выполнения.

Разработка общей технологической схемы

В случае цельного коленчатого вала основными материалами для заготовки являются кованая сталь и чугун с шаровидным графитом. Обычно используются следующие технологические схемы:

• Кованый стальной коленчатый вал: подготовка заготовки, ковка, нормализация, черновая обработка, поверхностная закалка и отпуск, а также чистая обработка.
• Коленчатый вал из чугуна с шаровидным графитом: литье, нормализация, отпуск, черновая обработка, поверхностная закалка и отпуск, а также чистая обработка.

Разработка технологического процесса черновой обработки

К распространенным методам черновой обработки коленчатого вала относятся токарная обработка, внутреннее фрезерование, токарно-протяжное и токарно-токарно-протяжное обрабатывание. В настоящее время применяются все четыре метода. Выбор метода зависит от типа изделия, объема производства, длительности такта, технологических требований и инвестиций.

Поворот: обладает максимальной универсальностью. Внутреннее фрезерование: подходит для обработки шейки коленчатого вала и боковых поверхностей коленчатого вала, особенно если заготовка имеет большой припуск на обработку. Обратное протягивание: предъявляет высокие требования к заготовке и плохо адаптируется к изменениям в продукции, поэтому подходит для крупносерийного производства одной модели. Пошаговое протягивание: сочетает в себе токарную обработку и токарно-протяжное растачивание; его точность достигает уровня токарно-протяжного растачивания, производительность ниже, чем при внутреннем фрезеровании, а универсальность выше, чем при токарно-протяжном растачивании и внутреннем фрезеровании.

При черновой обработке коленчатого вала 4H используется сочетание токарной обработки и внутреннего фрезерования.

Разработка технологического процесса шлифования

Последовательность шлифования и качество обработки: На вопрос, что шлифовать в первую очередь — шейки коленчатого вала или шейки коленчатого вала, — однозначного ответа нет.

1. Шлифование шейки коленчатого вала, а затем шлифование шейки коленчатого вала: Снятие напряжений, вызванное шлифованием шатунного пальца, может привести к превышению допустимых значений биения главного шейки, что затрудняет контроль этого параметра.
2. Шлифование шатунного шейки, а затем — главных шейки: Преобразование системы отсчета может привести к превышению допустимых пределов погрешности радиуса кривошипа, затрудняет контроль и требует использования дополнительного оборудования.

По мере развития технологий черновой обработки и закалки шейки коленчатого вала припуск на шлифование был значительно уменьшен. Деформация и напряжения при шлифовании стали меньше, а прецизионное шлифование шейки можно выполнить за один проход, что позволяет отказаться от получистового шлифования и упростить технологический процесс.

Трещины и ожоги, возникающие при шлифовании, особенно на широких упорных поверхностях, биение главных шейк, а также точность расположения шейк коленчатого вала относительно главных шейк, включая радиальное биение, радиус коленчатого вала и параллельность, являются ключевыми факторами, которые необходимо учитывать при разработке процесса шлифования.

С точки зрения технологического процесса, если влияние силы шлифования шейки коленчатого вала на деформацию коленчатого вала можно удержать в пределах допустимого биения главных шейк, то шлифование главных шейк перед шлифованием шейк коленчатого вала является оптимизированным процессом с простой технологической схемой и низкими инвестициями. Операции, используемые исключительно для установки технологического положения, не создают добавленной стоимости и должны быть сокращены или исключены.

Выбор опорной точки для координирования коленчатого вала

На примере коленчатого вала двигателя 4H можно отметить, что он имеет четыре шейки коленчатых пальцев и пять главных шейки. Для выбора радиальной базы отсчёта на коленчатом валу рядного двигателя в качестве радиальных баз отсчёта можно использовать центральные отверстия на обоих концах или главные шейки, например, линию, соединяющую центры первого и пятого главных шейков, или линию, соединяющую два центральных отверстия.

Доступно несколько осевых опорных поверхностей. Для ограничения осевого перемещения и предотвращения осевого смещения, вызванного осевыми силами, в качестве осевых опорных поверхностей используются буртик (упорная поверхность) четвёртого главного шейки и торцевая поверхность фланцевого шейки.

Поскольку коленчатый вал представляет собой сложную деталь, он также имеет несколько угловых ориентиров, таких как угловой выступ на уравновешивающем грузе первого главного шейки, первый шейка коленчатого вала и технологические отверстия во фланце.

1. Выбор базовой отметки черновой обработки коленчатого вала 4H: Заготовки коленчатого вала, как правило, имеют изогнутую форму. Чтобы обеспечить просверливание центральных отверстий на обоих концах точно в геометрических центрах торцевых поверхностей, в качестве ориентира черновой обработки в радиальном направлении выбираются наружные диаметры шейки вала вблизи обоих концов. Ориентиром для осевой фиксации служат уступы по обеим сторонам третьей главной шейки. Поскольку коленчатые плечи по обе стороны от третьего главного шейки расположены в середине коленчатого вала, использование их в качестве черновой базы позволяет уменьшить погрешность положения в других коленчатых плечах. В качестве угловой черновой базы выбирается угловой выступ на уравновешивающем грузе первого главного шейки.
2. Выбор прецизионной базы координат коленчатого вала 4H: Поскольку поверхность коленчатого вала имеет сложную форму, на ней имеется несколько прецизионных баз отсчёта. В процессе обработки используются две из них: наиболее важной являются центральные отверстия на обоих концах, а другой — первый и пятый главные шейки. Также имеется несколько осевых опорных точек, включая центральные отверстия, торцевую поверхность фланца и шейки, а также буртик (упорную поверхность) четвертой главной шейки. В большинстве случаев для угловой фиксации используются технологические отверстия во фланце, ограничивающие свободу вращения при шлифовании главных шейки и шейки коленчатого вала. Первая шейка коленчатого вала также иногда используется в качестве угловой базы привязки.