Проектирование технологического процесса механической обработки корпуса сборной специальной кассетной (стр. 2 из 9)

Процесс обработки с неподвижным коленвалом с успехом применяет на своих станках для охватывающего фрезерования фирма GFM (Австрия).

Для обработки валов длиной до 1000 мм применяются станки модели FKR-20; в зависимости от программы выпуска коленвалов, на станках устанавливаются один или два фрезерных суппорта.

В большинстве случаев более выгодно применять станки с двумя бабками, что позволит за один установ коленчатого вала обрабатывать коренные и шатунные шейки. Для обработки коленчатых валов грузовых автомобилей фирма выпускает станки модели FKR-30 и FKR-45. На них можно обрабатывать за один установ все коренные шейки. Учитывая, что коленчатые валы таких размеров вследствие возникновения внутренних напряжений во время обработки деформируются, применяется специальный метод для устранения деформации – зажим люнетом за необработанную среднюю шатунную шейку. После чернового фрезерования шеек люнет освобождается, патроны открываются; коленчатый вал, свободный от внутренних напряжений, фиксируется между центрами, после чего производится чистовая обработка под шлифовальный размер. При обработке стабильных деталей обеспечивается круглость в пределах 0,04 мм. В зависимости от жесткости и размеров коленчатого вала, а также от поддержки коленвала в зоне фрезерования действительно достигаемая круглость шеек составляет примерно 0,1 мм.

Выпускаемые СЗТЗС и КЗТС круглофрезерные полуавтоматы модели СТ-20 и КУ-436 имеют также по две фрезерные бабки, на которые устанавливаются фрезы для одновременной обработки коренных и шатунных шеек.

Практический опыт работы в России и за рубежом показал, что при массовом производстве коленчатых валов все коренные шейки, а также фланец и концевую часть целесообразно фрезеровать методом наружного фрезерования набором фрез за один оборот вала. Шатунные шейки экономично обрабатывать на станках для внутреннего фрезерования [3].

1.2 Анализ базовой технологии изготовления фрезы

1.2.1 Требования к точности изготовления фрез

Высокие требования к точности обработки шеек коленчатых валов удовлетворяются за счет точности изготовления фрезы.

Требования к точности обработки шатунных шеек по техническим условиям изготовления коленвала автомобиля КамАЗ составляют: +0,013 мм по диаметру шейки и +0,1 мм по ширине. Следовательно, точность изготовления фрез по всем параметрам должна быть в несколько раз выше.

При определении допусков на изготовление фрез учитываются:

– точность изготовления фрезы;

– износ инструмента;

– допуски на изготовление режущих пластин;

– точность настройки на приборах контроля.

Основными требованиями к фрезам по точности изготовления являются:

допуск на диаметр посадочного отверстия фрезы Ø

мм;

радиальное биение фрезы в сборе с пластинками на диаметре 900±0,04 мм;

торцевое биение фрезы в сборе ±0,06 мм.

Чтобы выдержать техусловия чертежа по радиальному и торцевому биению, все опорные поверхности в гнездах для размещения 96 режущих пластин в черновых фрезах и 108 – в чистовых должны быть изготовлены с точностью ±0,01 мм.

1.2.2 Особенности технологического процесса изготовления фрез охватывающего фрезерования

В последние годы в автомобильной, тракторной и других областях машиностроения для обработки коренных и шатунных шеек коленчатых валов широкое распространение находит способ фрезерования специальными кольцевыми фрезами Ø800–900 мм с внутренним расположением режущих твердосплавных пластин [3,9,10].

В настоящее время для оснащения круглофрезерных станков охватывающего фрезерования модели СТ-200, КУ-436 на ВАЗе и КамАЗе организован участок по изготовлению фрез для заводов автомобильной промышленности.

При унификации применяемых на заводах фрез за основу принята конструкция фрез КамАЗа с креплением пластинок клиновым зажимом и с опорой непосредственно в тело фрезы.

При разработке техпроцесса учитывалось максимальное использование имеющегося на участке крупногабаритных фрез оборудования и оснастки.

Рассмотрим некоторые особенности в технологии изготовления фрез охватывающего фрезерования [3].

Материалом для фрез охватывающего и наружного фрезерования должна быть сталь высокой прочности и износостойкости. Этим требованиям отвечают стали 40ХГНМ, 50ХФА, 40ХНГМА и другие, близкие к ним по химическому составу и требованиям по прочности. Токарная черновая обработка фрез охватывающего фрезерования может производиться как на токарно-карусельном, так и на лоботокарном станке.

Токарная обработка производится на токарно-карусельном станке модели 1572 с припуском 8 – 10 мм, после чего производится термическая обработка, закалка и отпуск корпуса (кольца).

Повторная обработка с припуском 2 -3 мм также производится на токарно-карусельном станке.

Предварительное фрезерование шпоночных пазов, сверление крепежных отверстий выполняется на универсально-фрезерном станке типа 6560.

Для снятия внутренних напряжений после предварительного фрезерования пазов и перед окончательной шлифовкой корпус проходит процесс термообработки по заданным режимам.

Фрезерование гнезд под режущие пластины является одной из основных операций по изготовлению крупногабаритных фрез. Пазы на корпусе и на кольцах должны быть строго ориентированы, поэтому операции фрезерования и шлифования всех пазов, сверление крепежных отверстий производятся от технологического отверстия Ø

, обработанного с высокой точностью на координатно-расточном станке. От него же производится и сборка фрезы. При окончательной сборке в отверстие запрессовывается палец, предохраняющий кольцо от проворота.

Пазы под режущие пластины можно получить разными способами: долблением, фрезерованием, протягиванием, в зависимости от имеющегося оборудования и программы выпуска фрез.

Операция сверления, предварительного фрезерования шпоночных пазов, сверления и фрезерования шестнадцати окон для выходов стружки могут быть выполнены на широкоуниверсальном станке с поворотной вертикальной головкой типа 6Р83Ш.

Закалка и отпуск производится сразу после токарной черновой обдирки и предварительного фрезерования. В процессе обработки необходимо произвести два-три стабилизирующих отпуска для снятия всех напряжений. Первый – при t = 400–420ºС и с выдержкой 3–4 часа, второй – при t = 180–200ºС и с выдержкой 3–4 часа. Последний отпуск производится перед окончательной шлифовкой. Для уменьшения припусков на протягивание пазов их предварительно фрезеруют концевой фрезой Ø16 мм.

Необходимые осевые углы в обрабатываемой детали получают с помощью сменных клиньев, которые устанавливаются на стол протяжного станка. На клин устанавливается поворотный делительный стол, на котором и крепится обрабатываемая деталь – корпус фрезы или кольцо.

1.3 Выводы, цель и задачи проектирования

Проанализировав базовую технологию изготовления корпуса сборной кассетной фрезы с внутренним зацеплением, были выявлены следующие недостатки:

1. Низкий коэффициент использования материала (k=0,5);

2. Недостаточная производительность и качество обработки корпуса;

3. Наличие термических напряжений после азотирования.

Целью дипломного проекта является повышение производительности и точности изготовления корпуса кассетной фрезы внутреннего зацепления для изготовления шеек коленчатого вала.

Также в данном дипломном проекте для удаления недостатков базового техпроцесса изготовления корпуса фрезы предлагается:

1. Базовый материал детали сталь 38ХМА заменить на сталь 19ХГН;

2. Метод получения заготовки свободной ковкой заменить ковкой в подкладных штампах;

3. Заменить метод термообработки. Вместо азотирования применять метод нитроцементации.

2. Технико-экономическое обоснование выбора заготовки

Наиболее широко применяются для получения заготовок в машиностроении следующие методы: литье, обработка металлов давлением и сварка, а также комбинации этих методов. Однако каждый из методов содержит большое число способов получения заготовок. Так, например, отливки можно получать в песчано-глинистых формах, в кокиль, по выплавляемым моделям, под давлением, литьем намораживанием и т.д., поковки и штамповки – ковкой на молотах, гидравлических прессах, штамповкой на штамповочных молотах, на кривошипных горячештамповочных прессах, гидровинтовых пресс-молотах, горизонтально-ковочных машинах, радиально-ковочных машинах и т.д. Многообразие способов получения заготовок и их сочетание приводит к тому, что выбор способа получения заготовки становится сложной технико-экономической задачей.

Прежде всего, следует определить, каким наиболее целесообразно получить заготовку для данной детали.

Для данной детали наиболее целесообразно использовать заготовку, получаемую обработкой металлов давлением.

Рассмотрим следующие способы получения заготовки.

Ковка. При ковке формообразование происходит вследствие течения металла в стороны, перпендикулярные движению деформирующего инструмента-бойка. Применяемый при ковке инструмент не создает значительного сопротивления течению металла при деформировании, что и отличает ковку от других видов обработки давлением, причем это течение ограничено лишь трением на контактной поверхности инструмент – деформируемый металл.

Применение ковки для получения заготовок объясняется рядом ее преимуществ по сравнению с другими видами обработки:

1) возможностью изготовления крупногабаритных поковок массой несколько сотен тонн, получение которых другими способами невозможно, причем при обработке таких поковок используется сравнительно маломощное оборудование, так как обработка ведется деформированием отдельных участков заготовки;