Финишная обработка коленчатых валов, методы контроля их базовых размеров

 
 
 
 

Министерство  сельского хозяйства РФ

Департамент научно-технологической

политики  и образования

ФГОУ  ВПО

Ярославская государственная сельскохозяйственная академия 
 

Кафедра «Технический сервис»

Реферат по «Чистовой обработке деталей»

на тему: 

«Финишная обработка коленчатых валов, методы контроля их базовых размеров» 
 
 
 
 
 

Выполнил: студент 52 группы

инженерного факультета

Курзин  С.В. 

Проверил: ст. преподаватель, к.т.н.

Карпов  Д.С. 
 

Ярославль 2011 

Содержание

Введение…………………………………………………………………………………………3

           1 Технология финишной обработки……………………………………………………………4

           2  Методы контроля базовых  размеров коленчатого вала…………………………………...11

           2.1 Окончательный контроль коленчатых валов……………………………………………………...12

            Литература....................................................................................................................................15 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

  Введение 

  Практика  показывает, что межремонтный срок капитально отремонтированных автотракторных двигателей редко превышает 50% от срока службы новых.

  Коленчатый  вал является одной из основных тяжелонагруженных  деталей двигателя, определяющих его  ресурс.

  Износостойкость и усталостная прочность коленчатого  вала во многом зависят от качества поверхностного слоя  шеек и галтелей после их восстановления или механической обработки на  ремонтные размеры.

  Ремонтные предприятия не могут обеспечить качественную отделку шеек и галтелей коленчатых валов автотракторных двигателей по шероховатости поверхности и структурному состоянию материала, как это предусмотрено техническими условиями на их ремонт.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1 Технология финишной обработки

  Финишная  обработка шеек коленчатых валов осуществляется, как правило, после шлифования на полировальных, суперфинишных станках или стендах упрощенной конструкции, на которых отделка шеек  производится с помощью сжимков, выложенных внутри войлоком, покрытых абразивной пастой или абразивными  брусками, кусками шлифовальной ленты.

  Технология  доводки шеек на этих станках и стендах малопроизводительна. При этом обработка галтелей не производится. Процесс отделки шеек ведется в течение 8–12 мин. Снимаемый слой металла не превышает 1,5–3,5 мкм, а обработка сводится к сглаживанию микронеровностей от предыдущей операции, после чего процесс самопроизвольно затухает и прекращается. Образуемый в процессе полирования или суперфиниширования  микрорельеф  поверхности  неоднороден и  сохраняет  следы  глубоких  шлифовочных рисок и прижогов из-за невозможности удаления указанными методами всего дефектного слоя, сформированного в процессе шлифования. 

  Изучение  опыта работы машиностроительных предприятий  и научных разработок в области  отделочной обработки деталей машин  позволило  нам предложить ремонтным  предприятиям использовать в качестве метода финишной обработки шеек и галтелей коленчатых валов автотракторных двигателей ленточное шлифование, вместо малопроизводительных на этой операции процессов суперфиниширования и полирования.

  Особенностью  предположенного способа обработки  является наложение дополнительных поперечных осциллирующих движений на бесконечную шлифовальную ленту. При этом полирование шейки и двух прилегающих к ней галтелей производится путем поступательного движения шлифовальной  ленты по вращающейся шейке коленчатого вала с поочередным набеганием на каждую галтель. 

  Предложенный  способ был назван вибрационно-ленточным  полированием (ВЛП) бесконечной шлифовальной лентой.

  ВЛП позволяет  вести процесс со снятием слоев  металла величиной 10–12 мкм за 20 с, при этом стабильно обеспечивается обработка цилиндрической части шеек с шероховатостью поверхности 10-го класса, а галтелей – 8-го класса, как это предусмотрено техническими требованиями на обработку этих поверхностей по ГОСТ4689 и ГОСТ10158.

  Проведенные электронно-микроскопические исследования микрорельефа поверхностей шеек коленчатых валов после различных методов финишной обработки, приработки на стенде и после пробега автомобиля  20 тысяч км показали, что наиболее благоприятный микрорельеф поверхности с точки зрения

приработки и  эксплуатации шеек коленчатого вала обеспечивает ВЛП шеек бесконечными алмазными лентами со съемом припуска около 10 мкм. Микрорельеф поверхности, образуемый алмазными  лентами,  имеет равномерные следы обработки, весьма незначительно засорен продуктами резания и наиболее приближен к микрорельефу шеек после приработки.

  Однако  исследование процессов механической обработки и изнашивания  только путем  изучения макро и микрогеометрии не может дать исчерпывающей картины, характеризующей их.  Поэтому в настоящей работе  проводились сравнительные исследования  физического состояния материала поверхностного  слоя  шеек коленчатых валов двигателей ЗИЛ-130, прошлифованных абразивным кругом и обработанных предложенным способом ВЛП и традиционными способами: полированием в сжимках и суперфинишированием.

  Сравнительные исследования поверхностного слоя включали в себя измерение микротвердости,  определение фазового состава, величины блоков и напряжений II рода,  а для окончательной оценки тех сложных структурных изменений, протекающих в поверхностных слоях, проводились испытания натурных образцов на износостойкость и усталостную прочность.

  Цель исследования – изучить влияние методов  абразивной обработки на тонкую структуру  материала обработанной поверхности и основные эксплуатационные свойства детали после их применения для определения  наиболее  эффективного  способа  финишной  обработки  шеек  и  галтелей  коленчатых  валов  автотракторных двигателей применительно к условиям ремонтных предприятий.

  . Вибрационно-ленточное полирование шеек бесконечными шлифовальными лентами производилось на производственной установке ВЛПУ-5.

  Режимы  вибрационно-ленточного полирования  шеек:

   скорость  поступательного движения  ленты         36м/с 

  частота поперечных колебаний ленты                    600 кол/мин

  амплитуда поперечных колебаний ленты               4 мм

  частота вращения коленчатого вала                       62 об/мин

  давление  ленты на деталь                                        0,2–0,3 МПа

   

  Шейки коленчатых валов шлифовали на 1-й ремонтный  размер абразивным кругом ПП 750х33х305 23А40СМ2К5, полирование шеек в сжимках производили абразивной пастой ГОИ-30, суперфиниширование – абразивными брусками 24АМ14М2К, вибрационно-ленточное полирование  – бесконечными  шлифовальными лентами: абразивной – ЛСВТ 1950 23А М40; алмазной – АЛШБ  1920 АСО8063 100% Р9; эльборной – 1920 ЛМ40 на лавсановой основе.

  Образцы для исследований вырезались из коленчатых валов  электроискровым способом, что позволило получить образцы с поверхностным слоем без наложения дополнительных деформаций (рис.1). 

  

  Рис 1. Образцы для исследования: а – тонкой структуры металла и микротвердости;

   б –  на износостойкость; в – на  усталостную прочность 

   

   Исследования  тонкой структуры материала шеек проводилось рентгеновским методом на дифрактометре УРС-50ИМ.

  При съемке использовали монохроматическое  Fekα  излучение. Напряжение на аноде трубки U=30 кВ, ток на аноде трубки  J=6µа, скорость вращения гониометра 0,5 0/мин, скорость движения  диаграммной ленты – 20 мм/мин. Обработка рентгенограмм осуществлялась с учетом рекомендаций, изложенных в [4].

  Измерение микротвердости по глубине исследуемого слоя производилось по методу «косых срезов» с помощью микротвердомера ПМТ-3, при нагрузке на алмазную пирамиду 20 г, время выдержки под нагрузкой 5 с.

  Сравнительные испытания на изнашивание выполнены  в лабораторных условиях при одинаковых условиях трения на машине МИ-1М в режиме смазки веретенным маслом. Поверхность трения контрольного образца, который вырезался из заводского сталеалюминиевого вкладыша, составляла 1 см2 (рис. 1,б). Износ образцов производился при постоянной нагрузке 6,5 МПа при скорости трения 2 м/с в течение 20 ч с постоянной регистрацией момента трения.

  Оценка  износостойкости  образцов  производилась  по глубине вырезанных  лунок  согласно методике ГОСТ17534-72.

   Испытания   на усталостную прочность производились  на образцах, состоящих из одной  шатунной и двух коренных шеек (рис. 1,в)  по стандартной методике  ГОСТ2860-65 на машине резонансного типа модели УК-100 конструкции ЦНИИТМАШ. Живучесть натурного образца  определялась путем фиксирования числа циклов  нагружения  до  момента  полного разрушения  образца  –  остановки  машины.  На  усталостную прочность было испытано 43 шейки коленчатых валов, по 8–9 шеек по каждому варианту финишной обработки.

  Структура исходного закаленного металла  шеек коленчатых валов, изготовленных  ковкой из стали 45 (закалка ТВЧ, 52-56НRС), состоит из мартенсита и некоторого количества остаточного аустенита.

    Повышение  температуры в поверхностном  слое при механической обработке  должно приводить к частичному  распаду мартенсита, в связи с  этим представляет интерес изучить  изменение количественного соотношения  мартенсита ( -фазы) и аустенита ( -фазы) в исследуемых образцах, в зависимости от способа финишной обработки. Для экспериментального определения количества аи-фаз необходимо получить две близкие интерфериционные  линии,  принадлежащие этим  фазам,  и измерить  их  интегральные интенсивности. В данном  случае  количество  мартенсита  и аустенита определялось  по  соотношению интегральных  интенсивностей  дифракционных отражений с индексами (110)  для мартенсита  (угол отражения =280 36′ и (111) – для аустенита (угол отражения =270 43′). 

  Финиширование  образцов и запись дифракционных  кривых производилась с 3-кратной  повторностью.

  Результаты  исследования представлены в таблице 1.

   Влияние  способов финишной обработки  на фазовый состав поверхностного  слоя 

  закаленной  стали 45  и контактные температуры в зоне резания

  Таблица 1

    

  Примечание: контактные температуры в зоне резания  определялись методом  полуискусственных термопар (в качестве термоэлектрода использовалась проволока из алюмели диаметром 0,2 мм).

   Из  таблицы 1 видно, что содержание аустенита в результате поверхностной обработки значительно повысилось только в образцах после чистового шлифования. Во всех остальных образцах какие-либо фазовые изменения  в материале отсутствовали и находились на  уровне закаленного металла, так как точность определения количества фаз в данном случае ± 3%. Эти данные вполне согласуются с результатами измерения в зоне резания контактных температур (табл. 1). Установлено, что только при шлифовании в зоне резания развиваются высокие температуры (выше критических), при которых протекают фазовые превращения в закаленной  стали – при нагреве стали происходит переход мартенсита в аустенит и  это способствует уменьшению твердости закаленной стали  и образованию прижогов. Все остальные способы финишной обработки протекают с значительно меньшей теплонапряженностью, что способствует устранению прижогов в поверхностном слое.