Технологический процесс изготовления коленчатого вала

Обточка четырёх  шатунных шеек производится на четырёхшпиндельном полуавтомате высокопроизводительным методом. Схема обработки шатунных шеек показана на рис. 7. Базирование деталей в этом случае производится по I и V коренным шейкам, в осевом направлении по торцу Т, а в угловом положении по фрезерованным площадкам на 1 и 8-й щёках (см.рис. 1). Люнет устанавливается у III коренной шейки. 
 
 

При этой схеме обработки  вал вращается вокруг оси коренных шеек, а суппорты с закреплёнными  в них резцами перемещаются вместе с обрабатываемыми шейками подобно  шатунам, закреплённым на этих шейках. В каждом из суппортов устанавливается  по 3 резца: один широкий прямой для  обработки цилиндрической поверхности  шейки и два фасонных, расположенных  по краям шеек для обточки галтелей и подрезки торцов и щёк. Радиальная подача резцов производится гидравлическим устройством. Из приведённой схемы  движений можно установить, что у  станка имеется два копирных коленчатых вала, вращающихся синхронно с обрабатываемым валом и обеспечивающих движение инструментов, а также точность радиуса кривошипа. Применение многошпиндельных станков этого типа позволяет вести одновременно обработку всех шатунных шеек нескольких валов с последовательным или параллельным совмещением переходов.

На этой операции обеспечивается радиус кривошипа для  вала ЗИЛ-130 в пределах 47,7—47,3 мм, а  осевое положение шатунных шеек определяется по установочным размерам до базовых  площадок на щеках с точностью 0,2 мм.  

Сверление смазочных  каналов вызывает значительные затруднения  в виду малых диаметров отверстий  и большой их глубины. Сечение  каналов имеет переходы по диаметру, и каналы должны быть строго координированы. При сверлении таких отверстий  трудно отводить стружку: часто ломаются свёрла. Смазочные каналы у коренных и шатунных шеек и отверстия под  резьбовые пробки у шатунных шеек коленчатого вала ЗИЛ-130 обрабатываются на двух автоматических линиях с автоматическим поворотом деталей. Эта операция выполняется на специальных многошпиндельных многосторонних сверлильных автоматизированных станках с автоматическим многократным выводом свёрл с целью удаления стружки из обрабатываемых отверстий, что исключает возможное заклинивание и поломку свёрл. Эти станки имеют предохранительное устройство для отвода свёрл при перегрузках. При сверлении смазочных каналов замена свёрл производится без подналадки их на станке, т.к. свёрла настраивают на размер по приборам вне линии обработки. Схема обработки смазочных каналов показана на рис. 8,а, а обработка полостей в шатунных шейках – на рис. 8,б. Деталь устанавливается по центровым отверстиям или по поверхностям коренных шеек I и V , фиксирование в угловом положении осуществляется по площадкам шатунных шеек, а в осевом направлении – по левому торцу буртика V коренной шейки (см.рис. 1). Обработку смазочных каналов, отверстий под пробки и нарезание резьбы в этих отверстиях выполняют на специализированных станках. 

Шпоночные пазы также  обрабатываются раздельно на специализированных горизонтально-фрезерных станках. После  сверления смазочных каналов  вал тщательно промывается, в  особенности смазочные каналы для  полного удаления стружки. Ширина фрезерованного шпоночного паза должна быть в пределах 5,99—5,945 мм, точность его расположения относительно оси ±30?. 
 
 

Закалка коленчатого  вала производится на двух автоматических линиях. В связи с тем, что нагрев детали производится охватывающими  индукторами, после закалки допускается  снижение твёрдости с HRC 62—52 до твёрдости  заготовки в зоне галтелей на длине 6 мм максимум. Микроструктура закалённого  слоя должна представлять собой мартенсит  мелко- или среднеигольчатого строения или троостомартенсит. Коренные и шатунные шейки закаливаются на глубину 6,7—3,3 мм, а шейки под шкив – на глубину 1,8—4,7 мм на длине 60 мм с отступлением на 12 мм от торца конца вала. Охлаждение детали при закалке совмещено с дополнительной промывкой. 

Коренные шейки  вала шлифуются на специальных полуавтоматах  с многокамневой наладкой. Деталь устанавливается по центровым отверстиям, в осевом положении она фиксируется по предварительно шлифованному торцу Т, а крутящий момент передаётся поводком через отверстие во фланце. На указанном шлифовальном автомате шлифуются одновременно 5 коренных шеек вала. При этом обеспечивается переход от цилиндрической поверхности шейки до бортика на щеке. При шлифовании фланца крутящий момент передаётся через 1-ю щеку вала. При чистовом шлифовании коренных шеек точность формы (овальность, конусность) 0,01 мм, диаметр шеек 75,005—74,992 мм, а неперпендикулярность торцов шеек к оси вала – в пределах 0,012 мм на крайних точках. Чистота поверхности при окончательном шлифовании – до 8-го класса. 
 

После шлифования диаметр  шатунных шеек должен быть равен 65,505—65,492 мм и расстояние между буртами 58,12—58,00 мм. Чистота поверхности шатунных шеек не ниже 7-го класса. Точность взаимного  расположения шатунных шеек по углу 0,2 мм. Допуск на радиус кривошипа ±0,08 мм. Некруглость шеек 0,01 мм. Непараллельность шатунных шеек относительно коренных шеек I и V 0,01 мм. Окончательное шлифование шатунных шеек выполняется последовательно. Вал устанавливается в приспособлении по поверхностям коренных шеек I и V, в угловом положении – по площадкам на 1-м противовесе, а в осевом – по каждой шатунной шейке.  

Обработка отверстий  во фланце, отверстия со стороны  переднего хвостовика, нарезание  резьбы под храповик выполняются  на полуавтоматических станках. Вал  базируется по коренным шейкам I и V, в  осевом направлении его фиксируют  по торцу Т, а в угловом положении по первой шатунной шейке. При обработке отверстий во фланце требуется точно выдержать радиус расположения осей отверстий относительно оси коренных шеек, а также точно выдержать взаимное расположение этих отверстий. Из 6 отверстий во фланце 2 отверстия контрольные, с допуском 0,05 мм на диаметр. Ширина фрезерованной шпоночной канавки 5,990—5,945 мм, а её смещение относительно оси вала ±0,2 мм. Нарезание резьбы в переднем конце вала М27х1,5 мм выполняется по 3-му классу точности. Схема обработки переднего конца вала показана на рис. 9. После обработки переднего и заднего концов вала контролируют качество обработки, и в том числе проверяют отсутствие трещин магнитным дефектоскопом.  
 
 

Растачивание отверстий  под подшипник со стороны фланца выполняется с допуском 0,037 мм, затем  перецентровывают вал – растачивают базирующие фаски 3,5х60°. Биение отверстия под подшипник не должно превышать 0,06 мм, а биение базирующих фасок относительно I и V коренных шеек – 0,10 мм. Чистота поверхности отверстия должна быть не ниже 6-го класса. 

Динамическая балансировка выполняется на двух автоматических линиях, в два приёма. Исходный дисбаланс  коленчатых валов достигает 3000-1500 Г?см; конечный дисбаланс у большинства коленчатых валов, работающих при 1300—2000 об/мин, не должен превышать 30--70 Г?см, а у валов, работающих при 3000—5000 об/мин, 15--20 Г?см. Первая балансировка выполняется с точностью 300 Г?см на каждом конце вала, а вторая обеспечивает точность 30 Г?см на каждом конце вала. Дисбаланс устраняется за счёт высверливания металла из противовеса. При балансировке коленчатого вала все его внутренние полости и каналы заполняются маслом, резьбовые отверстия в шатунных шейках и выходы каналов закрываются технологическими пробками. Динамическая балансировка позволяет определить величину действующих неуравновешенных сил по торцам вала и координаты их углового положения. По результатам балансировки задаётся программа высверливания лишнего металла. Предварительное устранение дисбаланса осуществляется радиальным сверлением отверстий диаметром 20 мм на определённую глубину в крайних противовесах вала. Окончательная балансировка производится за счёт сверления отверстий диаметром 12 мм в средних противовесах.

Конструкции коленчатого  вала должны быть предусмотрены две  плоскости для устранения дисбаланса, которые имели бы достаточные  припуски для удаления необходимого металла без нарушения прочности  вала.  

Контроль коленчатых валов. 

Качество обработки  вала многократно контролируется. Промежуточный  контроль предупреждает попадание  бракованных деталей на последующие  операции обработки и помогает управлять  процессом изготовления валов. Контроль коленчатых валов является трудоёмкой работой, т.к. у вала в общей сложности  контролируется около 100 различных  показателей качества и он имеет  большое количество поверхностей с  высокой точностью размеров, формы  и взаимного расположения. Поэтому  контроль качества вала должен выполняться  с применением автоматических устройств. В качестве таких устройств могут  быть индикаторные с настройкой для  одновременного измерения различных  размеров и отклонений, а также  пневматические, электроконтактные и электронные устройства. 

При проверке биения коренных шеек вал устанавливается  на призматические опоры коренными  шейками I и V в многомерное индикаторное контрольное приспособление. Диаметр  коренных и шатунных шеек проверяется  на стенде превмоскопами. Для проверки положения торцов применяются электроконтактные устройства, которые не только показывают то или иное отклонение, но могут и фиксировать его.