Автомат предназначен для встраивания в автоматические линии и обработки коленчатых валов в условиях массового производства. Применяемый на операции инструмент – абразивная лента марки 15А М40П С2 К на бумажной основе. Станок довольно удачно скомпонован, имеет хорошо обозримую зону обработки, которая располагается с лицевой стороны. К сожалению, зона является совершенно открытой, не предусмотрено никаких экранов или защитных щитов, что является недостатком с точки зрения техники безопасности – вся СОЖ, которая имеется на полировальных рычагах, разбрызгивается вокруг станка при их энергичном сжатии на шейках вала. Система охлаждения обеспечивает подачу СОЖ ко всем полируемым шейкам и работает от автономного электронасоса. В результате полировки заготовок образуется мельчайшая стружка в виде пыли, которая забивает трубоотводы для стока СОЖ. Для ее очистки в данном случае используется магнитный сепаратор и продувка каналов для подачи СОЖ сжатым воздухом перед каждым циклом обработки, что является довольно эффективным способом удаления стружки из системы охлаждения.
Привод главного движения состоит из шпинделя, вращение которому сообщает электродвигатель через цепную передачу с передаточным числом і=1,33. Двигатель является асинхронным, мощность N=5,25 кВт, частота вращения n=174 об/мин. Частота вращения шпинделя n=130 об/мин. Интерес представляет механизм осцилляции, расположенный в шпиндельной бабке, предназначенный для сообщения валу продольного возвратно-поступательного движения. Его привод состоит из гидроцилиндра, сообщающего движение шпинделю через эксцентрик. Шпиндель является двухопорным, причем в качестве передней и задней опор применены роликовые подшипники, позволяющие ему смещаться в продольном направлении во время обработки. При остановке шпиндель фиксируется специальным механизмом фиксации. Полировальные рычаги представляют собой клещи с небольшим усилием зажима, неподвижно закрепленные для коренных шеек и расположенные на опорах для шатунных шеек. Во время обработки рычаги с полировальной лентой обхватывают шейки вала, опоры отводятся, и шатунные рычаги остаются висеть лишь на шейках, поддерживаемые от падения с обратной стороны пружинами. В конце цикла шпиндель ставиться в определенное – исходное положение, опоры вновь подводятся к полировальным рычагам, и они освобождают шейки вала от зажима.
Загрузчик представляет собой робот-манипулятор с электроприводом, имеющий одну руку, держащую два вала, переворачиваемых в вертикальной плоскости.
Станок имеет ряд недостатков, связанных, как с несовершенством технологии, так и с конструктивными недоработками отдельных узлов. Основные из них следующие:
- малая производительность процесса (61 деталь в час по сравнению с предыдущей операцией правки радиального биения – 71 шт/час), в связи с чем перед операцией постоянно возникают скопления валов, которые периодически разгружают, полируя их на дополнительном станке. Дополнительный станок не включен в состав поточной линии, т.е. не снабжен автоматизированной загрузкой, и перенос коленвалов осуществляется вручную. Ухудшаются, таким образом, и условия труда;
- разброс размеров всех шеек, выходящих иногда за пределы допуска. Проблема возникает из-за того, что для полировки шеек применяют разную ленту (из разных упаковок, от разных производителей), имеющих, хотя и одну маркировку, но, вероятно, несколько разные свойства, разное качество и т.п. Обработка всего вала осуществляется сразу, на одной позиции, припуск составляет 5 мкм, допуск на размер – 20 мкм, вал содержит 9 шеек и поэтому занижение диаметра на шейках, имеющих критические размеры, вполне вероятно;
- охлаждающие средства, применяемые на операции (керосин, РЖ-9) опасны для здоровья и ухудшают условия труда, причем станок снабжен не защитным экраном, а лишь сетчатым ограждением;
- частый останов станка из-за поломок портального манипулятора, где из строя выходит редуктор (излом вала, зубьев передач), схват (потеря усилия зажима, достаточного для надежного удержания заготовки), теряется точность позиционирования из-за ненадежного закрепления концевых выключателей;
- частый выход из строя полировальных рычагов – незначительное смещение их положения на опорах приводит к ненадежному зажиму шеек и выбиванию рычагов из рабочей зоны во время обработки.
Таким образом, практика эксплуатации показывает существенные недостатки в работе станка, связанные как с конструктивными недоработками, так и с особенностями метода обработки, тем самым вызывая необходимость его модернизации.
1.2 Современные методы повышения долговечности деталей
Методы упрочнения металлов можно условно разделить на шесть основных классов (табл. 2) [15]. Методами одного класса осуществляются процессы различных типов. Внешние условия протекания процессов неодинаковы: в газовой среде; в жидкости; в пасте; без использования или с использованием теплоты при нормальном, повышенном или высоком давлении; в низком, среднем или высоком вакууме; в атмосфере водяного, водогазового или ионного пара; в контролируемых атмосферах экзогаза или эндогаза; в электропроводящей или диэлектрической среде; в среде с поверхностно-активными или абразивными свойствами; в магнитном, электрическом, гравитационном или термическом поле. Выбор сочетаний внешних условий и характеризует специфические особенности технологических процессов.
Таблица 2 - Современные методы упрочнения металлов
| Класс методов упрочнения | Метод | Типы процессов |
| 1 | 2 | 3 |
| Упрочнение изменением шероховатости поверхности | Электрохимическое полированиеОбработка резаниемПластическое деформирование | Окунание в ванну (в струе электролита)СуперфинишированиеХонингованиеНакаткаРаскатка |
| Упрочнение созданием пленки на поверхности изделия | Осаждение химической реакцииЭлектролитическое осаждениеОсаждение твердых осадков из паровНапыление износостойких соединений | Химическое оксидирование, никелирование, кадмирование, фосфатирование, нанесение упрочняющего смазочного материала, осаждение из газовой фазыЭлектролитическое хромирование, никелирование, никельфосфатирование, борирование, борохромирование, хромофосфатированиеЭлектроискровое легирование, катодноионная бомбардировка, прямое электроннолучевое испарение, реактивное электроннолучевое испарение, электрохимическое испарение, термическое испарение тугоплавких соединенийПлазменное напыление порошковых материалов, детонационное напыление, лазерное напыление |
| Упрочнение изменением химического состава поверхностного слоя металла | Диффузионное насыщение | Химико-термическое нитрооксидирование, нитроцемментация, цементация, карбонитрация, карбохромирование, аэротирование, хромоазотирование, борирование, хромосилицирование, цианирование, хромоалитирование, борохромирование, сульфоцианирование, диффузионное никелирование, бороцаркование, циркосилицирование, легирование маломощными пучками ионов |
| Упрочнение изменением структуры поверхностного слоя | Физикотермическая обработкаЭлектрофизическая обработкаМеханическая обработкаНаплавка легированного металла | Лазерная закалка, плазменная закалкаЭлектроимпульсная обработка, электро-контактная обработка, электроэрозионная обработка, ультразвуковая обработкаУпрочнение вибрацией, фрикционно-упрочняющая обработка, дробеструйная обработка, обработка взрывом, термо-механическая обработка, прокатывание, волочение, редуцирование, термопластическая обработкаНаплавка газовым пламенем, электрической дугой, плазмой, лазерным лучом, пучком ионов |
| Упрочнение изменением энергетического запаса поверхностного слоя | Обработка в магнитном поле | Электроферромагнитная обработка, обработка в импульсном магнитном поле |
В качестве средства упрочнения валов первоначально использовали азотирование [17], которое служило методом повышения износостойкости шеек. Однако опыт эксплуатации двигателей показал, что хрупкий азотированный слой обладает низким сопротивлением разовым перегрузкам. Такие перегрузки оказались присущими и вызвали заметное число разрушений, связанных с образованием хрупких трещин в азотированном слое. Причинами таких перегрузок явились, в основном, гидроудары при пусках вследствие накопления воды в цилиндрах из системы охлаждения.
1.3 Методы ППД
Область эффективного применения холодной бесштамповой обработки давлением весьма широка, выявляются все новые возможности этой технологии. Считавшиеся до некоторого времени предельными значения временного сопротивления 150-170 кг/мм2 и твердости 38-40 HRC, свыше которых обработка металлов давлением в холодном состоянии не рекомендовалась, оказались заниженными [24]. Исследования [25] показали возможность значительного упрочнения и улучшения шероховатости поверхности сталей, закаленных до твердости выше 55 единиц HRCэ.
Разнообразно применение методов холодной бесштамповой обработки:
- для формообразования – придания заготовке требуемой формы и размеров;
- для калибрования – повышения точности формы и размеров;
- для отделки – достижения требуемой шероховатости поверхности;
- для упрочнения – улучшения физико-механических свойств.
В таблице 3 приведена классификация методов бесштамповой обработки давлением, ориентировочно определяющая возможности и область рентабельного применения каждого из них, принципиальную схему и основные качественные характеристики.
В соответствии с ГОСТ 18296-72 методы ПДД подразделяются на статические и ударные. При статических методах обработки инструмент, рабочие тела или среда воздействуют на обрабатываемую поверхность с определенной постоянной силой Р. Происходит плавное перемещение очагов (очага) воздействия, которые последовательно проходят всю поверхность, подлежащую обработке.