Разработка технологического процесса восстановления шатуна автомобиля ЗИЛ-130

 

При точении отверстия  верхней головки шатуна используем токарный станок модели 1М61. Данные станка приведены в табл. 1.1. Для расточки используется расточной резец 2140-0001 ГОСТ 18882-73 с углом в плане g=60° с пластинами из твёрдого сплава Т15К6. Для контроля величины отверстия в верхней головке шатуна пользуемся нутромером индикаторным с ценой деления 10 мкм и  пределами измерения 18¸35 мм.

При вспомогательных  операциях, связанных с железнением, используем ванны для обезжиривания 10581.04.00.00, ванны для горячей промывки 10581.08.00.00, ванны для холодной промывки 10581.05.00.00. Так как железнение проводим безванным способом, то используем уплотнения.

         Для контроля износа торцов  нижней головки используем шаблон 28,5 мм или микрометр гладкий  типа МК с ценой деления 10 мкм и пределами измерения 25¸50 мм. Уменьшение расстояния между осями верхней и нижней головок контролируем шаблоном 184,5 мм.

1.9. Расчёт припусков на механическую  обработку

 

После назначения последовательности операций и выбора базовых поверхностей необходимо произвести расчёт толщины наносимого материала при восстановлении детали.

Толщина наносимого на изношенную поверхность слоя металла определяется по формуле:

, (1.1)

где D_изн. – величина износа поверхности детали, мм; z_о – общий припуск на обработку.

Величину припуска на обработку поверхности детали после  восстановления можно определить двумя способами:

• опытно-статистический;
• расчётно-аналитический.

Опытно-статистические данные припусков находятся с помощью таблиц. Расчётно-аналитический метод позволяет определить величину припуска с учётом всех элементов, составляющих припуск. При этом предусматривается, что при каждом технологическом переходе должны быть устранены погрешности, возникающие на нём и погрешности предшествующего перехода. Этими погрешностями могут быть высота неровностей поверхностей, глубина дефектного слоя, пространственные отношения и погрешности установки.

а_min, а_max – заданные размеры, мм;

b_min, b_max – выбраковочные размеры, мм;

с_min, с_max – размеры детали после предварительной механической обработки перед восстановлением, мм;

d_min, d_max – промежуточные размеры, получаемые после черновой механической обработки после восстановления детали, мм;

d_а, d_b, d_с, d_d, d_е – допуски соответственно на размер a, b, c, d, e, мм;

D_min, D_max – минимальный и максимальный износ детали, мм;

z_min, z_max, z'_min, z'_max, z"_min, z"_max – минимальный и максимальный припуски снимаемые соответственно при предварительной черновой обработке после восстановления детали, чистовой обработке после восстановления, механической обработки перед восстановлением, мм;

h_min, h_max – минимальная и максимальная толщина наращиваемого слоя при восстановлении детали, мм.

Для деталей тел вращения величина минимального припуска определяется по формуле:

, (1.2)

где R_zi-1 – высота микронеровностей на предшествующем переходе; T_i-1 – глубина дефектного слоя на предшествующем переходе; P_i-1 – суммарные пространственные отклонения; e_qi – погрешность установки на выполненном технологическом переходе.

Расчёт припусков и  толщины восстанавливаемого слоя выполняем  в следующей последовательности:

1). Исходя из заданных  и выбракованных размеров детали  определяем максимальную и минимальную  величины износа рабочих поверхностей  детали (отверстия нижней головки шатуна).

, (1.3)

, (1.4)

где а_min, а_max – заданные размеры, мм; b_min, b_max – выбраковочные размеры детали, мм.

 мм;

 мм.

2). Для каждого технологического перехода записывают значение R_z, T, p, e, d. Величины допуска на размер находится по таблицам от класса точности.

Рис. 1.2. Схема графического расположения припусков и

 допусков при восстановлении  детали

 

3). После предварительной механической обработке перед восстановлением определяют припуски и предельные размеры детали. Согласно рис. 1.2 получаем:

, (1.5)

, (1.6)

, (1.7)

, (1.8)

Здесь и далее индексы  при обозначении R_z, T, p, e, d показывают, с учётом качества каких поверхностей нужно определить значение этих параметров.

 мм;

 

мм;

 

мм;

 мм.

4). Определяем припуски  на чистовую механическую обработку  восстановленной детали и её предельные размеры после черновой обработки:

,  (1.9)

, (1.10)

, (1.11)

, (1.12)

мм,

мм,

мм,

мм.

5). Определяем припуски  на черновую обработку восстановленной  детали и её предельные размеры после восстановления:

,  (1.13)

где d – диаметр обрабатываемого отверстия, мм; d_отв. – допуск на диаметр обрабатываемого отверстия в зависимости от точности отверстия, мм.

, (1.14)

, (1.15)

, (1.16)

мм,

мм,

 мм,

 мм.

6). Определим толщину  наращиваемого слоя при восстановления  детали:

, (1.17)

, (1.18)

 мм,

 мм.

7). Проверяем правильность  расчёта припусков по каждому  переходу и толщины восстанавливаемого слоя:

,  (1.19)

,  (1.20)

,  (1.21)

,  (1.22)

 мм,

 мм,

 мм,

 мм.

Последовательность операций при восстановлении размеров отверстия  нижней головки шатуна:

1). Чистовое растачивание  с целью исправления геометрических параметров отверстия нижней головки шатуна.

2). Восстановление детали путём  нанесения гальванического покрытия. Применяем железнение.

3). Предварительная механическая  подготовка. Назначаем чистовое  шлифование.

4). Окончательная механическая  обработка. Применяем хонингование с целью достижения необходимых параметров шероховатости.

Определение припуска на механическую обработку отверстия  в верхней головке шатуна: верхнюю головку восстанавливаем растачиванием отверстия в верхней головке шатуна до ремонтного размера (29,75^+0,023 мм). Выбраковочный размер детали равен 29,53 мм, поэтому припуск принимаем равным 0,22 мм.

 

1.10. Разработка восстановительных  операций

 

Для восстановления отверстия в  нижней головке шатуна наибольшее применение получило осталивание (железнение) ванным методом. Сущность процесса состоит в том, что в качестве ванны используется сама деталь. Электролит удерживается в изношенном отверстии при помощи приспособлений с уплотнениями. В качестве источника питания для наносимого покрытия используется растворимые аноды из стали 10, 20.

В настоящее время в производстве широко используется железнение в холодном электролите на асимметричном токе с катодно-анодным соотношением b=8¸10. Для железнения применяется электролит с концентрацией хлористого железа FeCl₂4H₂O – 200 г/л, йодистый калий KI – 20 г/л, HCl – 15 г/л. Температура электролита поддерживается в пределах 50 °С, а плотность тока 50¸60 А/дм.

Технологический процесс железнения включает операции: электрохимическое обезжиривание, анодное травление, железнение, нейтрализацию с последующими промывками после каждой операции. Далее шатуны отправляют в сушку.

1.11. Расчёт режимов механической  обработки

 

При обработке деталей на металлорежущих станках элементами режима обработки является: глубина резания, подача, скорость резания, мощность резания.

1.11.1. Токарная обработка

 

Обрабатываем отверстие нижней головки шатуна. Глубина резания  t при черновой обработке равна или кратна припуску z на выполняемом технологическом переходе. При чистовой обработке (Ra<2,5) глубина резания принимается в пределах 0,1¸0,4 мм. После назначения глубины резания t=0,1 мм назначаем подачу из числа существующих в характеристике станка S=0,1 мм/об.

Скорость резания v рассчитывается по формуле:

, (1.23)

где С_v, m, x_v, y_v – коэффициенты и показатели степени, учитывающие условия обработки; Т – период стойкости режущего инструмента; K_v – поправочный коэффициент, учитывающий условия обработки, которые не учтены при выборе C_v.

Период стойкости режущего инструмента Т принимаем равным 60 минутам. Поправочный коэффициент K_v рассчитываем по формуле:

, (1.24)

где K_mv=1,67 – коэффициент, учитывающий механические свойства обрабатываемого материала; K_nv=1 – коэффициент, учитывающий состояние поверхности заготовки; K_уv=1 коэффициент, учитывающий главный угол резца в плане; K_у1v=0,9 – коэффициент, учитывающий вспомогательный угол резца в плане; K_rv=1 – коэффициент, учитывающий радиус при вершине режущей части резца; K_qv=0,91 – коэффициент, учитывающий размеры державки резца; K_оv=1 – коэффициент, учитывающий вид обработки; K_uv=0,9 – коэффициент, учитывающий вид материала режущей части инструмента.

.

Определим скорость резания  по формуле (1.23):

м/мин.

По расчётному значению скорости резания определяется частота  вращения шпинделя с закреплённым резцом:

, (1.25)

где d_Д – диаметр детали (отверстия), мм.

об/мин.

Максимальная частота  вращения шпинделя станка равна 450 об./мин. Принимаем частоту вращения шпинделя, близкую к расчётной n=350 об/мин.

Тогда скорость обработки  рассчитывается по формуле:

, (1.26)

м/мин.

Рассчитанные элементы режима резания необходимо проверить по мощности электродвигателя станка. Мощность резания определим по формуле:

, (1.27)

где р_z – составляющая силы резания.

, (1.28)

где С_рz, x_рz, y_рz, n_рz – коэффициенты и показатели степеней, учитывающие условия обработки; К_рz – поправочный коэффициент, учитывающий условия обработки, неучтённые коэффициентом С_рz.

, (1.29)

где К_Mрz=0,68 – коэффициент, учитывающий качество обрабатываемого материала; К_jрz=1 – коэффициент, учитывающий главный угол в плане режущей части инструмента; К_yрz=0,94 – коэффициент, учитывающий передний угол режущей части инструмента; К_pрz=1,1 – коэффициент, учитывающий угол наклона лезвия; К_Rрz=1 – коэффициент, учитывающий влияние радиуса при вершине резца.

.

Коэффициент К_Rрz не учитываем, т.к. сталь резца не быстрорежущая.

Н – составляющая силы резания.

кВт – мощность резания.

Мощность резания, приведённая  к валу электродвигателя, должна быть равна или несколько меньше мощности электродвигателя станка.

Условие выполняется: N_р<N_э

0,23<3.

1.11.2. Железнение

 

После выполнения токарной обработки  предусмотрена гальваническая операция (железнение – см. п. 1.10) отверстия нижней головки шатуна.

1.11.3. Шлифование

 

Чистовое шлифование отверстия  нижней головки шатуна. При шлифовании периферией круга с радиальной подачей (врезное шлифование) мощность определяется по формуле:

, (1.30)

где d – диаметр шлифования, мм; b – ширина шлифования, мм; v'_d – скорость вращательного движения детали, об./мин; S_p – перемещение шлифовального круга в радиальном направлении, мин./об., С_n, r, y, q, z – поправочный коэффициент и степени для табличных условий работы.

об./мин.

кВт.

Условие выполняется: N_р<N_эст

3,6<8,275.

 

 

1.11.4. Хонингование отверстия нижней  головки шатуна

 

Определяем скорость резания по формуле:

, (1.31)

где v_в – скорость вращательного движения хона, об/мин.; v_в-п – скорость возвратно-поступательного движения хона, м/мин.

, (1.32)

где D=69,4 мм – диаметр хонингуемого отверстия; n=155 об/мин. – частота вращения шпинделя станка.

, (1.33)

где n_вх=10 ход/мин. – число двойных ходов хона; L_х=0,15 м – длина хона.