Лекція 7. Виготовлення шатунів

7.1. Конструктивно-технологічні особливості шатунів

Шатуни (рис.7.1) є зв’язуючими ланками кривошипно-шатунних механізмів двигунів, які перетворюють зворотньо-поступальний рух поршня в обертання колінчастого вала. Умови роботи шатунів характеризуються дією змінних навантажень, які у значній мірі наближаються до ударних. У стержні шатуна створюються високі напруги стискання і поздовжнього згинання, а інерційні сили поршня і самого шатуна викликають у його поперечному перерізі напруги розтягування і поперечного згинання.

Розміри кривошипної головки шатуна визначаються діаметром і довжиною шатунної шийки колінчастого вала. Кришки кривошипних головок з'єднуються зі стержнем болтами чи шпильками.

Рис.7.1. Шатуни автомобільних двигунів: а – рядних; б - V-подібних

Якщо введення шатуна в картер через циліндр затруднене через великий розмір кривошипної головки, то рознімання головки роблять не перпендикулярно осі симетрії шатуна, а під кутом до неї. У поршневі головки звичайно запресовують бронзові втулки.

До точності виготовлення шатунів ставлять високі вимоги:

а) отвори у втулках поршневих головок повинні бути оброблені по 6-му квалітеті, шорсткість обробки повинна відповідати Rа=0,16...0,63 мкм. Відхилення від правильної циліндричної форми (овальність і конусність) отворів у втулках поршневих головок не повинні перевищувати 0,002...0,003 мм,

В залежності від точності обробки отвору у втулках поршневих головок шатуни сортують на чотири групи, кожна з яких маркується певним чином).

б) точність отвору в кривошипних головках обумовлена їхніми особливостями. Так, при застосуванні тонкостінних вкладишів отвір потрібно обробляти з точністю по 6-му квалітету та шорсткістю поверхні Rа=0,32...0,63 мкм. Конусність і овальність отвору не повинні перевищувати 0,003…0,005мм;

в) вісь отвору втулки, запресованої в поршневу головку, повинна лежати в одній площині з віссю отвору кривошипної головки, відхилення не повинне перевищувати 0,04...0…0,05 мм на довжині 100 мм. Непаралельність осі отвору втулки, запресованої в поршневу головку, до осі отвору кривошипної головки, не повинна перевищувати 0,02...0…0,04 мм на довжині 100 мм;

г) биття торців кривошипної головки відносно осі отвору під підшипник не повинне перевищувати 0,1 мм на довжині 100 мм;

д) шорсткість поверхонь отворів під шатунні болти – не менше Rz=80 мкм;

е) за масою великої і малої головок шатуни сортують на групи.

7.2. Виготовлення заготовок шатунів

Матеріали, з яких виготовляють шатуни, повинні забезпечувати їхню тривалу експлуатацію при роботі з напругами, які змінюються у широких межах. Шатуни виготовляють зі сталей 40, 45, 45М2, 18ХНМА, 18Х2Н4ВА і 40ХНМА, втулки поршневих головок шатунів - з бронз марок БрАЖ-9-4, БрОЦ-2, БрОЦС 4-4-2,5.

Штамповані заготовки шатунів необхідно якісно прокувати, особливо в місцях переходу головок до стержня, де не допускаються зсув і перерізання волокон. Поверхня кування повинна бути гладкою, без окалини. Не допускається кривизна стержня.

В автомобілебудуванні використовують різні технологічні процеси виготовлення заготовок шатунів. Один з них такий: нагріту заготовку попередньо обтискають в заготівельних струмках штампа. Потім, для одержання остаточної форми, заготовку послідовно штампують у двох струмках - формотвірному і остаточному. Після обрізання облою заготовку підігрівають і калібрують у калібрувальному штампі на іншому пресі, далі обрізають задирки і здійснюється холодне правлення. Іноді після термічної обробки й очищення заготовок торці головок піддають плоскому карбуванню на спеціальному пресі. При карбуванні забезпечується точність виготовлення ширини головок (відстань між торцевими поверхнями) у межах ±0,08…±0,15 мм, а також отримання якісних плоских поверхонь торців, які використовуватимуться як чорнові бази при механічній обробці.

Досконалішим є виготовлення заготовок у комбінованих штампах, де одночасно кують дві поковки з однієї заготовки. Для зменшення витрат металу при цьому в одному штампі дві заготовки розташовують поруч чи під кутом одна до іншої.

Використовують і виготовлення заготовок шатунів з застосуванням кувальних вальців і гарячоштампувальних пресів. Вихідним матеріалом є прокат, який розрізають на окремі заготовки, які нагрівають у печі і подають на кувальні вальці. Заготовки, отримані на кувальних вальцях, мають сприятливіше розташування волокон металу в стержні шатуна, що підвищує його механічні властивості. На кувальних вальцях отримують заготовки за розмірами і перерізами, дуже близькими до остаточної форми (економія металу – 10…15 відсотків, які потім передаються на кривошипний прес, де за два-три переходи й отримують остаточну форму. На обрізному пресі обрізається облой, а після термічної обробки й очищення окалини чеканяться площини поршневої та кривошипної головок і правиться стержень.