Лекція 8. Виготовлення розподільних валів

8.1. Конструктивно-технологічні особливості розподільних валів

Розподільні вали є основними деталями механізму газорозподілу – вони надають рух штовхачам клапанів, приводять у рух масляний і паливний насоси, а також розподільник запалювання.

У залежності від числа циліндрів двигуна і їхнього розташування, вали відрізняються за довжиною, числом опорних шийок, кількістю кулачків і їхнім розміщенням; при цьому основні елементи валів відрізняються мало. До них відносяться: опорні шийки, кулачки і хвостовик з опорним буртом (чи фланцем) і шпонковою канавкою під встановлення веденої розподільної шестерні. Розподільні вали карбюраторних двигунів мають кругові ексцентрики для приведення в дію паливної помпи і гвинтову шестерню приводу масляного насоса і розподільника запалювання.

До робочих поверхонь розподільного вала ставлять такі вимоги:

1) точність діаметрів опорних шийок - 7 квалітет (допуски 0,012...0,025 мм). Відхилення від циліндричності (овальність, конусність) - 0,08...0,015 мм.

2) допуски на діаметр циліндричної частини кулачків - 0,04...0,05 мм. Відхилення радіусів кулачка кривих поверхонь підйому й опускання клапана задаються у межах 0,04...0,20 мм (в залежності від ділянки кривої). Відхилення від заданих кутів взаємного розташування кулачків - не більше 1°...1°30'.

3) відхилення від співвісності опорних шийок вала - не більше 0,015...0,03 мм на всій довжині вала.

4) відхилення від співвісності циліндричних частин кулачків і шийок - не більше 0,025...0,035 мм.

5) биття торця фланця під шестерню відносно опорних шийок, виміряне на радіусі до 25 мм, не більше 0,015...0,025 мм.

6) шорсткість поверхні опорних шийок – Rz=0,32 мкм, поверхні кулачків для чавунних валів - Rz=0,63 мкм, для стальних валів - Rz=0,63...0,32 мкм.

7) твердість поверхонь опорних шийок і кулачків у стальних валів після гартування – HRC 54...62. У литих валів з вибіленою при литті поверхнею кулачків твердість повинна бути у межах НRC 52...58. Твердість опорних шийок таких валів і поверхні під шестерню - 255...302 НB.

8) твердість зубів шестерні литих валах після гартування – НRC 48...54.

8.2. Виготовлення заготовок розподільних валів

Розподільні вали виготовляються з вуглецевих сталей 45, 40Г і 50М, мають поширення литі вали зі спеціальних сірих, перлітних, ковких чи модифікованих високоміцних чавунів.

Стальні заготовки для розподільних валів автомобільних двигунів одержують гарячим штампуванням на пароповітряних молотах і штампувальних механічних пресах.

Щоб зменшити відходи при штампуванні і підвищити продуктивність, широко застосовують вихідні заготовки під штампування з попереднім формоутворенням вала (рис.8.1).

Рис.8.1. Формоутворення заготовки розподільного вала при штампуванні на механічному пресі з попереднім протяганням заготовки на вальцах

Точність кованих заготовок звичайно не виходить за межі 16-го квалітету. Після штампування заготовки нормалізують: нагрівання до 850…870 С, витримка, охолодження на повітрі. Після такої термічної обробки заготовка з сталі 45 має твердість 230...300 НB. Потім заготовку очищають і правлять на пресі, витримуючи прямолінійність осі вала в межах 1,0...1,1 мм на 1 м довжини.

Припуски на механічну обробку штампованих валів складають 1,5...1,8 мм на сторону.

Литі розподільні вали виготовляють найчастіше з легованого сірого чи перлітного ковкого чавуна. У заготовках з сірого чавуна можна одержати високу місцеву твердість на найбільш відповідальній частині вала - поверхнях кулачків, залишаючи всю іншу заготовку відносно м'якою.

Заготовки з сірого чавуна виливають у змішаних формах. У земляну форму встановлюють місцеві металеві кокілі, які утворюють форми для кулачків. Рідкий чавун, потрапляючи в кокіль, різко охолоджується, тому на поверхнях кулачків і ексцентрика утворюється тверда кірка відбіленого чавуну товщиною біля вершини кулачків 5...6 мм, яка зменшується до циліндричної, більш масивної частини, до 1,0...2,0 мм. Отримання такої заготовки виключає гартування кулачків і шийок валів.

Чавуни, які застосовуються для розподільних валів, мають високі антифрикційні властивості, тому нема потреби підвищувати твердість поверхонь опорних шийок, які працюють з бабітовими вкладишами. Поверхні шийок мають таку ж твердість, що і весь метал вала (300 НВ).

Для валів з шестернями приводу масляного насоса, вводять поверхневе гартування зубів шестірні, тому що при зазначеній вище загальній твердості вони зношуються швидше, ніж інші тертьові поверхні вала.

Точність виливків, отриманих у змішаних формах, знаходиться у межах 14...15 квалітетів (допуски на діаметри +0,4 мм); точність поверхонь кулачків, отриманих у кокілі – 12...14 квалітети. Відповідно, припуски на механічну обробку не перевищують 0,8...0,9 мм на сторону - для шийок і 0,6...0,7 мм - для кулачків.

Іншим способом отримання литих заготовок для розподільних валів є лиття в оболонкові форми високоміцного магнієвого чавуна. Ці заготовки точніші (допуски на виливок +0,12...0,13 мм), однак одержати відбілений чавун шляхом розміщення металевих вкладишів в оболонкові форми складніше. Тому поверхні кулачків і зуби шестерні у валів, отриманих з цих заготовок, гартують між попередньою й остаточною механічною обробкою.

Поверхневе гартування магнієвого модифікованого чавуну викликає появу дефектного поверхневого шару (гартувальні тріщини, погіршення структури металу на поверхні тощо), що обмежує застосування розподільних валів, отриманих в оболонкових формах з високоміцних чавунів .