Вопрос 2. Технологические методы обработки типовых поверхностей деталей. Изготовление корпусных деталей. Изготовление деталей типа валов и осей. Изготовление деталей типа дисков.

Характеристика видов обработки. Для достижения заданного взаимного расположения поверхностей, формы и размеров деталей, их шероховатости и физико-механических свойств при производстве автомобилей применяют различные методы обработки: резание лезвийным и абразивным инструментами; поверхностное пластическое деформирование; электрофизические, электрохимические и другие методы. По мере приближения размера обрабатываемой поверхности к заданному размеру по чертежу об­работка заготовки может быть нескольких видов: обдирочная, черновая, получистовая, чистовая, тонкая, отделочная.

Обдирочная обработка применяется для крупных поковок и отливок 16–18-го квалитетов точности. Она уменьшает погрешности формы и пространственных отклонений грубых заготовок, обеспечивая 15–16-й квалитеты точности, шероховатость поверхности > 100 мкм.

Черновая обработка выполняется в большом диапазоне точности (12–16-й квалитеты). Шероховатость поверхности = 100–25 мкм.

Получистовая обработка применяется для заготовок, к точности которых предъявляются повышенные требования. Этот вид обработки обеспечивает 11-й, 12-й квалитеты точности. Шероховатость поверхности = 50,0–12,5 мкм.

Чистовая обработка применяется как окончательный вид обработки для тех заготовок, заданная точность которых укладывается в точность, достигаемую чистовой обработкой (8–11-й квалитеты). Шероховатость поверхности обеспечивается в пределах = 12,5–2,5 мкм.

Тонкая обработка применяется для окончательного формирования поверхностей детали и при малых операционных припусках. Шероховатость поверхности находится в пределах значений = 2,5–0,63 мкм.

Отделочная (финишная) обработка используется для получения требуемой шероховатости поверхности детали (на точность обработки влияния почти не оказывает). Выполняется, как правило, в пределах допуска предшествующей обработки. Отделочная обработка обеспечивает получение шероховатости поверхности = 0,63–0,16 мкм.

В современном автомобилестроении наиболее распространены обработка заготовок лезвийным и абразивным инструментами, которые формируют точность и качество поверхностей деталей. Лезвийным инструментом из сверхтвердых материалов можно об­рабатывать заготовки с твердостью до 45 HRC, а абразивным инструментом целесообразно выполнять обработку металлов с более высокой твердостью.

Обработка лезвийным инструментом. Обработка лезвийным инструментом используется как процесс чистовой и тонкой обработки: тонкое точение, тонкое фрезерование, тонкое развертывание, протягивание, прошивание.

Обработка абразивным инструментом. Обработка абразивным инструментом включает следующие виды: шлифование, хонингование, притирку, полирование, суперфиниширование.

Электрофизические и электрохимические способы обработки. В автомобильной промышленности наибольшее распространение получили электроискровая, электроимпульсная, анодно-механическая, ультразвуковая и светолучевая (лазерная) обработка.

Корпусные детали в большинстве случаев являются базовыми деталями, на которые устанавливаются отдельные сборочные единицы. К ним относятся: картеры коробок передач, редукторов, блоки цилиндров и др. Для корпусных деталей характерно наличие точно обработанных отверстий, координированных между собой и относительно базовых поверхностей.

Корпусные детали при всем многообразии конструкций можно разделить на две основные разновидности: призматические и фланцевые. Корпуса призматического типа, например, картер коробки передач, блок цилиндров двигателя, характеризуются большими наружными поверхностями и расположением нескольких отверстий на параллельных осях. У корпусов фланцевого типа базовыми поверхностями служат торцовые поверхности основных отверстий и поверхности центрирующих выступов или выточек.

Корпусные детали выполняются литыми. Материалом для изготовления корпусных деталей обычно служит серый чугун марок СЧ24; СЧ15; ковкий чугун КЧ35-10 или алюминиевые сплавы марок АЛ4, АЛ6, АЛ9. Для более мелких корпусных деталей используют цинковые и магниевые сплавы.

Корпусные детали ввиду их конструктивной сложности, как правило, изготовляют литьем в песчано-глинистые и металлические формы или литьем под давлением. Отливки должны обеспечивать герметичность корпуса. Твердость отливок из серого чугуна должна быть 160–240 НВ, а отливок из алюминиевых сплавов – 50–70 НВ.

При изготовлении отливок большое значение придается их качеству. До отправки в механический цех у отливок удаляют литники и прибыли, термической обработкой снимают внутренние напряжения, очищают поверхность, контролируют размеры.

Для корпусных деталей характерно наличие базовых поверхностей, а также основных и крепежных отверстий. Базовые поверхности корпуса стыкуются с другими узлами или агрегатами автомобиля. Основные отверстия предназначены для монтажа опор валов. Точность диаметральных размеров основных отверстий соответствует 7-му квалитету, реже – 8-му квалитету, шероховатость поверхности Ra= 2,50–0,63 мкм. Отклонение отверстий от соосности устанавливают в пределах половины допуска на диаметр меньшего отверстия. Отклонение от параллельности осей отверстий допускается 0,02–0,05 мм на 100 мм длины. Отклонение от перпендикулярности торцовых поверхностей к осям отверстий допускается 0,02–0,05 мм на 100 мм радиуса. Базовые поверхности обрабатывают с допускаемыми отклонениями от прямолинейности 0,05– 0,20 мм на всей длине и с шероховатостью Ra= 4,0-0,63 мкм.

Базирование корпусных деталей выполняют с учетом их конструктивных форм и технологии изготовления. Наиболее надежными и простыми технологическими базами при обработке корпусных деталей являются одна из плоскостей наибольшей протяженности и два отверстия, расположенных на диагонали этой плоскости (как можно дальше удаленных друг от друга), что обеспечивает точное ориентирование деталей.

Технологические процессы изготовления корпусных деталей различных автомобилей имеют общую последовательность выполнения операций механической обработки, однако могут иметь и отличия, которые зависят от конструктивной формы, размеров, вида заготовки, технических требований на их изготовление.

Типовой маршрут изготовления корпусной детали можно представить в виде такой последовательности:

♦ обработка базовых и сопрягаемых поверхностей;

♦ фрезерование или протягивание других ответственных поверхностей;

♦ черновое и чистовое растачивание основных отверстий;

♦ сверление, зенкерование, нарезание резьбы, развертывание второстепенных отверстий;

♦ тонкое растачивание или хонингование точных отверстий;

♦ окончательная обработка поверхностей, требующих обеспечения высокой точности размеров.

Особенности конструкций валов. Конструкции валов обычно имеют сложную форму и представляют собой сочетания гладких шеек, резьб, фланцев, зубчатых венцов и т. д. Осевые отверстия валов могут быть гладкими, ступенчатыми или фасонными. Некоторые валы имеют радиальные отверстия (для подвода смазки). Наибольшее распространение получили ступенчатые валы. При переходе от одной ступени к другой они имеют канавки или переходные поверхности. К валам предъявляются высокие требования по геометрической форме и взаимному расположению отдельных поверхностей. Некоторые валы должны быть динамически сбалансированы. Дисбаланс валов не должен превышать 10–40 гсм.

С целью повышения износостойкости рабочих поверхностей валы подвергают термической обработке. При изготовлении из низкоуглеродистых сталей их цементируют или нитроцементируют на глубину 0,7–1,2 мм, затем закаливают и отпускают (твердость рабочих поверхностей 58–62 HRC). Термическая обработка валов, изготавливаемых из высокоуглеродистых сталей, заключается в поверхностной закалке с последующим низким отпуском.

Валы в основном изготавливают из конструкционных и легированных сталей: 40, 45, 35Х, 40Х, 25ХГМ, 20ХГНМ, 19ХГН, 15ХГНТ2А.

Прогрессивные методы изготовления заготовок валов (штамповка в закрытых штампах, высадка на горизонтально-ковочных машинах, поперечно-винтовая прокатка, объемная холодная штамповка и др.) позволяют получить коэффициент использования металла 0,7 и выше. Заготовки гладких и ступенчатых валов с небольшим перепадом ступеней изготавливают из горячекатаного или калиброванного проката. После пластического деформирования для снятия внутренних напряжений выполняют термическую обработку заготовок валов: из низкоуглеродистых сталей – нормализацию, из стали 35Х – отжиг, из сталей 45, 40Х – улучшение.

Заготовки чугунных валов изготавливают литьем в оболочковые формы, что позволяет получать заготовки валов высокой точности.

Типовые технологические процессы обработки валов. Несмотря на большое разнообразие размеров и конструктивных форм, валы обрабатываются по единой технологической схеме. Типичными установочными базами являются центровые конусные отверстия. На некоторых операциях обработки при воздействии значительных сил резания (при фрезеровании плоскостей, сверлении радиальных отверстий) в качестве установочных баз используют обработанные шейки.

В зависимости от конструкций валов технологический процесс их изготовления может отличаться только последовательностью обработки или введением дополнительных операций. Типовой процесс обработки валов автомобилей можно представить в виде такой последовательности технологических операций:

♦ подготовка технологических баз (подрезание торцов и центрование);

♦ черновая токарная обработка концов вала, подрезание торцов и уступов;

♦ чистовая токарная обработка (выполняется в той же последовательности, что и черновая);

♦ черновое шлифование шеек вала, служащих дополнительными базами при фрезеровании, сверлении, растачивании отверстий на одном из концов вала;

♦ правка вала при обработке нежестких деталей;

♦ черновая и чистовая обработка фасонных поверхностей (нарезание шлицев, зубчатых венцов, шлифование кулачков и др.);

♦ обработка отверстий, резьб, канавок (сверление и развертывание отверстий, нарезание резьбы, фрезерование лысок, шпоночных канавок);

♦ термическая обработка (всей детали или отдельных ее поверхностей);

♦ правка вала;

♦ черновое и чистовое шлифование наружных поверхностей, торцов отверстий;

♦ доводка точных поверхностей;

♦ контрольные операции.

К классу «диски» относят детали цилиндрические, короткие, без отверстия или с относительно небольшим отверстием. Основные группы этого класса: диски, кольца, фланцы, маховики, шкивы, шестерни.

При обработке деталей этого класса необходимо обеспечить концентричность всех поверхностей вращения, параллельность торцов, необходимый профиль наружной поверхности (гладкая, выпуклая, ступенчатая, фасонная).

В ряде случаев приходится иметь дело с деталями, которые ввиду больших габаритных размеров и сложности часто выполняют составными. К этим деталям относятся, например, составное зубчатое колесо привода ножниц и шкив-маховик диаметром 8 м для привода рабочей клети; вес шкива в собранном виде составляет около 90 т.

Диски малых и средних размеров с наружным диаметром до 500—600 мм обрабатывают на токарных и револьверных станках. Более крупные детали проходят обточку и расточку на карусельных станках за несколько установок. При составных дисках — большие шкивы, маховики, зубчатые колеса — обработку плоскостей разъема производят на расточных или продольно-фрезерных станках. Сверление отверстий производят на сверлильных и расточных - станках. Шпоночные пазы обрабатывают на долбежных, протяжных и переносных поперечно-строгальных станках. В зависимости от условий работы при больших размерах диски часто проходят статическую балансировку. Точность обработки отдельных поверх­ностей различна. Сопрягаемые поверхности часто требуется обрабатывать по 3—2-му кассам точности и 6—8-му классам чистоты.