Тех.маш.Ч

IV. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВТУЛОК

Втулки – это тонко и толстостенные детали, образованные наружными и внутренними поверхностями вращения, имеющими общую прямолинейную ось. Втулки предназначены для обеспечения правильного взаимного расположения зубчатых колес, шкивов, подшипников, монтируемых на валах, а также для определения кинематики движения валов, рычагов, поршней и других деталей, устанавливаемых в корпусных сборочных единицах.

1. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ ТИПА «ВТУЛКА ЦИЛИНДРА» ДВС

1.1. Типовые технические требования, предъявляемые к втулке цилиндра

Втулка цилиндров (гильза) – это тонкостенная деталь, состоящая из нескольких наружных поверхностей вращения, опорного бурта и одной внутренней поверхности вращения (рис. 4.1). Наружными поверхностями втулка устанавливается в картер или рубашку блока цилиндров, а по её внутренней поверхности в процессе эксплуатации движется поршень с кольцами. Такими образом втулка цилиндра является нагруженной деталью, работающей в условиях больших давлений и температур.

Рис. 4.1. Втулка (гильза) цилиндра ДВС:

1, 2 – верхний и нижний посадочный пояса;

3– наружная поверхность, омываемая охлаждающей жидкостью;

4– опорный бурт; 5 – внутренняя рабочая поверхность

Основные технические требования, предъявляемые к втулке ДВС:

–точность изготовления наружных поверхностей – 6…7 квалитет;

–шероховатость наружных поверхностей и бурта Ra = 1,25…2,5 мкм;

–точность изготовления внутренней рабочей поверхности – 6 квалитет при шероховатости Ra = 0,125…0,630 мкм;

–твёрдость внутренней поверхности стальных втулок 70…75 HRCэ (при азотировании на глубину 0,3…0,6 мм), чугунных втулок 42…50 HRCэ (при закалке ТВЧ с последующим отпуском);

–допуск цилиндричности внутреннего отверстия 0,015…0,030 мм;

–допуск цилиндричности посадочных поясов до 0,02 мм;

81

–допуск соосности диаметров посадочных поясов и отверстия до 0,05 мм;

–допуск торцевого биения опорного бурта относительно оси посадочных поясов до 0,02 мм.

1.2. Способы получения заготовок и исходные материалы втулок

Для малонагруженных двигателей втулки цилиндров, как правило, изготавливаются из серого модифицированного чугуна марок СЧ 25, СЧ 30. Специальный высокопрочный легированный чугун (ЧНХМД) и чугун с вермикулярным графитом (ЧВГ) применяются для нагруженных дизельных двигателей. Химический состав специальных чугунов достаточно сложен и обычно приводится в чертежах. Микроструктура ЧНХМД представляет собой: графит пластинчатый, перлит, фосфидную эвтектику и цементит; ЧВГ – графит вермикулярный, шаровидный перлит, фосфидную эвтектику, цементит.

Внекоторых случаях для особо нагруженных тонкостенных гильз используется азотируемая сталь 38ХМЮА. Азотированию подвергается внутренняя поверхность гильзы (рабочая) и часть наружной поверхности, которая соприкасается с охлаждающей жидкостью. Стальные гильзы имеют более высокую прочность и пластичность, чем чугунные, но при их обработке лезвийным инструментом образуется сливная стружка с высокими температурами в зоне резания.

Заготовкой для гильз из чугуна является отливка, получаемая центробежным способом, т.е. заливкой металла во вращающуюся форму.

Врезультате вращения формы наиболее качественный и плотный чугун оказывается у наружной поверхности, а менее плотный, с раковинками, шлаковыми включениями – у отверстия в заготовке.

Таким образом, припуски на обработку наружной поверхности примерно в 1,5…2 раза меньше, чем внутренней.

Возможно также получение отливок в кокиль и в песчаные формы. Твёрдость заготовок из чугуна находится в пределах 229…285 НВ. Замер

твёрдости и контроль микроструктуры, как правило, проводятся на одной отливке из плавки на образцах, вырезанных из торца заготовки.

Исходной заготовкой для стальных гильз служит труба, которая разрезается на трубоотрезных станках вращающимися вихревыми головками (труба неподвижна).

После отрезки на горизонтально-ковочных машинах (ГКМ) на одном из концов заготовки формируется бурт. После высадки бурта заготовки стальных гильз подвергаются термообработке до твердости 255…285 НВ.

82

1.3.Технологические схемы изготовления чугунных и стальных втулок в серийном производстве

Вкрупносерийном производстве механическая обработка втулок (гильз) ДВС осуществляется на поточно-механизированных линиях с использованием вертикальных многошпиндельных станков, оснащенных расточными головками, то- карно-копировальных многорезцовых полуавтоматов с несколькими суппортами, хонинговальных специальных и универсальных станков и специальных круглошлифовальных многокамневых полуавтоматов.

Всерийном производстве, при обработке на одной линии близких по форме типоразмеров втулок, экономически целесообразнее использование жестких токарных станков с системой ЧПУ.

Схемы технологических процессов механической обработки чугунных и стальных втулок примерно одинаковы. Отличие заключается в том, что стальные втулки более тонкостенные и склонны к большей овализации, поэтому технологический процесс обработки удлиняется за счёт введения дополнительных операций по многократной обработке наружной и внутренней поверхности с базированием друг от друга.

Также поверхности стальных втулок подвергаются азотированию, а чугунных втулок – закалке ТВЧ.

Примерная типовая схема технологического процесса изготовления стальной втулки выглядит следующим образом:

000 Заготовительная операция (обрезка в заданный размер прутковой трубной заготовки с последующей высадкой опорного бурта на одном конце заготовки).

83

005 Токарная операция (черновое растачивание внутреннего отверстия).

010 Токарная операция (черновое точение наружной поверхности).

015 Токарная операция (подрезка торцов и точение поясов).

84

020 Токарная операция (чистовое растачивание внутреннего отверстия).

025 Токарная операция (подрезка торца и формирование бурта).

030 Токарная операция (чистовое точение наружных поверхностей).

85

035 Хонинговальная операция (первое хонингование внутреннего отверстия, обработка производится вращающейся головкой с несколькими, от 4 и более, алмазными брусками).

040 Контрольная операция.

045 Термохимическая операция (азотирование внутренней рабочей поверхности втулки и части наружной поверхности, которая соприкасается при эксплуатации с охлаждающей жидкостью).

050 Шлифовальная операция (получение окончательного осевого размера втулки).

055 Токарная операция.

86

060 Хонинговальная операция (второе хонингование внутреннего отверстия, аналог операции 035).

065 Шлифовальная операция (обработка на этой и последующих шлифовальных операциях ведется на специальных круглошлифовальных многокамневых полуавтоматах методом врезания с использованием двух шлифовальных бабок: одна круглошлифовальная с угловым перемещением к оси детали, другая торцешлифовальная с чашечным шлифовальным кругом).

070 Шлифовальная операция (обработка посадочных поясов и опорного бурта).

075 Хонинговальная операция (третье хонингование внутреннего отверстия, аналог операции 035, 060).

080 Шлифовальная операция (окончательная обработка посадочных поясов и опорного бурта).

085 Хонинговальная операция (окончательное хонингование внутреннего отверстия втулки, аналог 035, 060, 075).

090 Контрольная операция.

87

В технологических процессах обработки чугунных втулок ДВС операции чистового растачивания внутреннего отверстия втулки могут быть заменены операциями хонингования.

Также на операциях хонингования стальных и чугунных втулок формируется специальный профиль внутренней поверхности, характеризующийся наличием впадин и плоских площадок (плато) для удержания смазки на поверхности с целью улучшения приработки поршневых колец (рис. 4.2).

Рис. 4. 2. Профиль внутренней поверхности втулки: 1 – плоские площадки; 2 – впадины

Формирование профиля внутренней поверхности осуществляется за счёт использования двух типов абразивных брусков (брусками с более крупным зерном нарезаются впадины, а затем брусками с более мелким зерном формируются плоские площадки), а также сочетания скорости вращения и скорости возвратнопоступательного движения хона.

1.4. Контроль качества втулок ДВС

Контроль элементов качества втулок цилиндра не вызывает особых затруднений и в массовом производстве может быть достаточно надежно автоматизирован. При серийном производстве, как правило, проводится поэлементный контроль.

Точность формы и размера отверстия контролируются индикаторными нутромерами, которые настраиваются по эталонным кольцам. Наружные диаметры и линейные размеры проверяются жесткими скобами и шаблонами.

Контроль радиального биения поясков и осевого биения торца проводится в специальном приспособлении. Гильза базируется на опорных роликах по внутреннему диаметру, а на контролируемые поверхности устанавливаются индикаторы.

Деталь поворачивается на один оборот и по отклонению индикаторов определяется величина биения.

88

Контроль плоскостности опорного бурта «на краску» проводится с помощью кольца-калибра, на торец которого нанесен тонкий слой краски. По отпечатку на торце оценивают качество его изготовления.

Проверка микрогеометрии внутренней поверхности производится профилографами.

Проверке подвергается одна деталь из партии 50…100 штук. Полученная профилограмма поверхности заготовки сравнивается с эталонной.

Чугунные гильзы проходят периодический выборочный контроль на герметичность гидростатическим методом в соответствии с ГОСТ 24.054-80.

2. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ ТИПА «ПОРШНЕВОЙ ПАЛЕЦ»

2.1.Типовые технические требования, предъявляемые к поршневым пальцам

Поршневой палец ДВС представляет собою толстостенную втулку, имеющую рабочую наружную и внутреннюю поверхности (рис. 4.3, см. с. 85). На поршневом пальце, перпендикулярно оси вращения могут быть конструктивно предусмотрены радиальные отверстия для подвода масла.

Рис. 4.3. Поршневой палец (толстостенная втулка) дизельного двигателя

Основные технические требования, предъявляемые к поршневому пальцу:

–точность изготовления наружной поверхности – 5…6 квалитет;

–точность изготовления внутренней поверхности – 7 квалитет;

–шероховатость наружной поверхности Ra ~ 0,1 мкм, внутренней поверхности Ra ~ 1,25 мкм, отверстий (при их наличии на пальце) Ra ~ 1,25…2,5 мкм;

–допуск цилиндричности наружной поверхности не более 0,006 мм;

–отклонение от прямолинейности образующей наружной поверхности не бо-

лее 0,006 мм;

–отклонение от круглости наружной поверхности не более 0,002 мм;

–твёрдость наружной поверхности – HRC ~ 57…58 мкм.

89

2.2.Способы получения заготовок и исходные материалы поршневых пальцев

В качестве исходных материалов для поршневых пальцев используются углеродистые низколегированные стали типа 40, 45, 45Х, 50, 50ХН для двигателей небольших мощностей и легированные стали типа 12ХНЗА, 18ХНМА, 40ХНМА для высокооборотных форсированных двигателей.

Для получения заготовок используется периодический прокат в виде круглого горячекатаного прутка или толстостенной трубы. Нарезка штучных заготовок осуществляется на круглопильных или ленточнопильных полуавтоматах, абра- зивно-отрезных станках, а также возможна рубка проката на прессах в специальных штампах.

2.3. Типовой технологический процесс изготовления поршневых пальцев

Технологическая схема изготовления поршневого кольца состоит из следующих основных технологических операций:

000 Заготовительная операция (нарезка мерных штучных заготовок из периодического проката).

005 Токарная операция (базирование заготовки осуществляется в трёхкулачковый патрон, обрабатывается сверлением центральное отверстие).

90