Технология изготовления клапанов

СОДЕРЖАНИЕ

 

ОБЩИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДЕТАЛИ И ЕЁ НАЗНАЧЕНИЕ………………………………..………………………….....3

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ  ЗАГОТОВКИ…..…………………………….....5

ОПРЕДЕЛЕНИЕ БАЗОВЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ …………………….….6

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ОБРАБОТКИ……………………….9

ПРИМЕНЯЕМЫЕ РЕЖУЩИЕ ИНСТРУМЕНТЫ………………………15

ПРИМЕНЯЕМОЕ ОБОРУДОВАНИЕ………………...…………………..19

ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ  ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ТРУДА…………...24

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК……………………………………..29

 

 

Общие характеристики детали и её назначение

Клапаны, перекрывающие  впускные и выпускные отверстия  цилиндров двигателя, имеют ограниченные размеры и работают в тяжелых условиях: большие динамические нагрузки и высокие скорости перемещения в направляющих втулках при ограниченной смазке, сложность теплоотвода и неравномерный нагрев отдельных участков продуктами сгорания, обладающими повышенной коррозийной агрессивностью. Поэтому принятые материалы и конструкция отдельных элементов клапана должны обеспечивать ему высокую прочность,  износостойкость, стойкость против коробления корродирования.

Клапаны используются в газораспределительном механизме двигателя и непосредственно осуществляют подачу в цилиндры воздуха (топливно-воздушной смеси) и выпуск отработавших газов. На современных двигателях клапаны располагаются в головке блока цилиндров, а место соприкосновения клапана с ней называется седлом. Различают впускные и выпускные клапаны. Для лучшего наполнения цилиндров диаметр тарелки впускного клапана, как правило, больше, чем выпускного.

Клапан удерживается в закрытом состоянии с помощью  пружины, а открывается при нажатии на стержень. Пружина закреплена на стержне с помощью тарелки пружины и сухарей. Клапанные пружины имеют определенную жесткость, обеспечивающую закрытие клапана при работе. Для предупреждения резонансных колебаний на клапанах может устанавливаться две пружины меньшей жесткости, имеющие противоположную навивку.

Большинство современных  ДВС имеют по два впускных и  два выпускных клапана на каждый цилиндр. Помимо данной схемы ГРМ  используется: двухклапанная схема (один впускной, один выпускной), трехклапанная схема (два впускных, один выпускной), пятиклапанная схема (три впускных, два выпускных). Использование большего числа клапанов ограничивается размером камеры сгорания и сложностью привода.

Клапаны поршневых  двигателей состоят из головки 2 и  стержня 3 (рис. 1). Различают клапаны с плоской 2, выпуклой 7 и тюльпанообразной 8 головками. Головки обычно имеют небольшой (около 2 мм) цилиндрический поясок и уплотнительную фаску» снятую под углом 45 или 30°. Фаска с углом 30° применяется только для впускных клапанов, а угол 45° используется как для впускных, так и выпускных клапанов. Цилиндрический поясок позволяет сохранять основной размер клапана (d_k) в случае перешлифовки уплотняющей фаски при ремонтах, увеличивает жесткость его головки и предохраняет ее кромки от разрушения. Клапаны, оставшиеся без цилиндрического пояска, легко обгорают и становятся непригодными для работы.

Рис. 1 -  Клапаны, направляющие втулки и седла клапанов

Чтобы улучшить теплоотвод и увеличить жесткость клапана поверхность его головки со стороны стержня выполняют наклонной с углом подъема 10-30°  и плавным переходом к стержню (см. рис. 1). Для впускных клапанов угол выбирают около 10-15°, у  выпускных он ближе к 20—30°.

Клапаны изготовляют из пруткового материала на горизонтально-ковочных машинах и тщательно обрабатывают. Уплотнительные фаски клапанов шлифуют и притирают к сёдлам, а стержни подвергают термообработке, шлифовке и полировке. В некоторых моделях ГАЗ, ЗИЛ и других двигателей стержни клапанов покрывают пористым хромом. Торцы стержней, соударяющиеся с коромыслами (регулировочными болтами в нижнеклапанных механизмах), на длине 3—5 мм закаливают до высокой твердости (двигатели ГАЗ, ЗИЛ и др.). Иногда их наплавляют твердыми сплавами или снабжают специальными легкосъемными стальными термообработанными наконечниками — колпачками, обладающими высокой износостойкостью (двигатель МЗМА-408).

На концах стержней клапанов в зависимости от принятого  способа крепления клапанных пружин делают цилиндрические, конусные или фасонные проточки (см. рис. 1). Иногда в стержнях делают отверстия под чеку (ЗИЛ-5 и 120), а в дизеле В-2 стержни клапанов имеют осевое сверление с нарезкой и продольные шлицы с наружной стороны.

В автомобильных двигателях распространение получили клапаны (как впускные, так и выпускные) с плоской головкой и углом фаски 45°, причем с целью улучшения наполнения цилиндров головку впускного клапана делают больше головки выпускного. Отношение их диаметров в существующих конструкциях изменяется в пределах 1,1-1,3.

Для впускных клапанов применяют также тюльпанообразные головки (см. рис. 1, позиция 8). По сравнению  с плоскими головками они имеют лучшую обтекаемость со стороны входа потока и несколько улучшают процесс вихреобразования в цилиндре. Объясняется это тем, что за клапаном возникает движение потока воздуха, повторяющее геометрическую форму впадины в его головке.

Головка впускных клапанов во время работы периодически омывается сравнительно холодным потоком, но все-таки нагревается до температуры 300—400°С. Однако для впускных клапанов, изготовляемых обычно из хромистых 40Х, хромоникелевых 40ХН и аналогичных им сталей, это не представляет опасности. Поэтому головки их выполняют иногда с углом фаски 30° (например, в двигателях ЗИЛ-130 и др.). Такая фаска хотя и снижает общую жесткость клапана, но обеспечивает большую величину площади его проходного отверстия при заданной высоте подъема.

 

Способ  получения заготовки

Клапаны автомобильных  двигателей согласно ГОСТ 1287 - 47 рекомендуется изготовлять из стали марок 40Х и 40XНМЛ ( ЗИЛ-НО) впускные и Х9С2 и Х13Н7С2 ( ЗИЛ-110) выпускные.

Для изготовления клапанов автомобильных двигателей также принят дифференцированный способ. Поковки изготавливаются методом выдавливания. Подготовительная операция, состоящая из перераспределения металла, выполняется на молоте в двухручьевом штампе, а на горизонтально-ковочной машине производится высадка тарелки клапана. В ряде случаев штампуется отдельно головка клапана с последующей приваркой к ней стержня. Масса поковок составляет от 0 130 до 0 25 кг. Все поковки подвергаются закалке после штамповки с ковочного нагрева. Типовым примером изготовления поковок выдавливанием за два перехода может служить штамповка клапана автомобильного двигателя.

Для изготовления поковок клапанов применяют операции прямого выдавливания. Сначала выполняют  предварительное прямое выдавливание стержня из заготовки, диаметр которой  несколько меньше диаметра тарельчатой  части клапана. Объем металла  в части заготовки, оставшейся недеформированной, примерно соответствует объему будущей тарельчатой части, которую оформляют на следующей. Здесь одновременно придают окончательную форму клапана закрытой осадкой и удлиняют его стержень вливанием. Штамповкой плашмя получают поковки с вытянутой и (или) изогнутой осью. Процесс всегда осуществляется с облом. По содержанию формообразующих переходов он отличается от штамповки осе симметричных деталей. Здесь важную роль играют предварительные ручьи штампа, называемые податными. Форма их полостей представляет собой приближенные, сглаженные очертания будущей поковки, что позволяет так перераспределить металл вдоль продольной оси, чтобы исключить брак из-за недостаточно качественного заполнения. Для деталей с изогнутой осью обязательна гибка, выполняемая в специальном ручье. В ряде случаев штамповку в податных ручьях заменяют, вальцовкой на ковочных вальцах или станах поперечно-клиновой прокатки, установленных на участке штамповки.

Определение базовых поверхностей

База  в машиностроении - совокупность поверхностей,  линий  или точек,относительно которых определяют положение поверхности, линии или точки обрабатываемой заготовки. Различают конструкторские базы, относительно которых ориентируются другие детали в изделии; технологические базы (основные и вспомогательные), используемые для определения положения заготовки или изделия в процессе изготовления или ремонта; измерительные базы, которые служат для определения относительного положения заготовки или изделия и средств измерения.

Правильное назначение баз и рациональный выбор базирующих поверхностей в значительной степени определяют точность выполнения заданных размеров, конструкцию оборудования и приспособлений, производительность и экономичность процесса изготовления.

Чтобы произвести выбор баз, необходимо внимательно изучить рабочий чертёж детали и заготовки с точки зрения точности получаемых размеров. Выбирая базы, нужно руководствоваться правилами: шести точек, неизменности баз и совмещения баз. Погрешность базирования должна быть равной нулю. Выбор установочных баз в значительной степени предопределяет последовательность технологических операций, поэтому, решая вопрос о базах, нужно решить вопрос об общем плане технологического процесса.

В соответствии с положением теории базирования о шести степенях свободы и шести удерживающих связях, необходимых для ориентации твердого тела в пространстве, технологи в своей работе руководствуются известным правилом шести точек, из которого следует, что для полной ориентации детали в приспособлении или механизме необходимо и достаточно шесть удерживающих жестких двусторонних связей. Поэтому при конструировании приспособлений или механизмов необходимо обеспечить, кроме шести опорных точек, плотное и непрерывное соприкосновение соответствующих поверхностей деталей с опорными точками при помощи прижимов, которые и образуют двусторонние удерживающие связи.

Для повышения точности и надежности ориентации деталей при выборе базы в качестве установочной следует принимать поверхность с наибольшими размерами, позволяющими расположить три условные опорные точки достаточно далеко друг от друга. В качестве направляющей базы с той же целью принимают самую длинную поверхность, а опорной базой деталей может служить поверхность любых, даже самых малых размеров, при условии достаточно хорошего ее состояния и постоянства формы.

Для повышения точности деталей и собранных узлов необходимо применять принцип совмещения баз - совмещать технологическую, измерительную и конструкторскую базы.

Целесообразно соблюдать принцип постоянства базы. При перемене баз в ходе технологического процесса точность обработки снижается из—за погрешности взаимного расположения новых и применявшихся ранее технологических баз.

При высоких требованиях точности обработки необходимо выбирать такую схему базирования, которая обеспечивает наименьшую погрешность установки.

Для установки заготовок на первой операции технологического процесса используют чёрные необработанные поверхности, применяемые в качестве технологических баз. Эти поверхности используют однократно, при первой установке, так как повторная установка на необработанной поверхности может привести к значительным погрешностям во взаимном расположении обработанных при этих установках поверхностей.

Применим вышеуказанные правила к проектируемой детали. В качестве конструкторской и измерительной базы назначаем торец диаметром 42 миллиметра. Технологической базой при проведении операций точения назначаю центровые отверстия, при проведении операции шлифования - торец, при сверлении, а также отрезании центров - поверхности 011 и 042 миллиметров.

Схематично технологические базы при выполнении различных операций изображены в таблице.

Наименование операции	Технологическая база	Схемное изображение
Токарная (сверление и отрезание центров)	Поверхности ø 11 и ø 42 мм
Токарная	Центровые отвесртия
Шлифование	Торец

 

Технологический процесс обработки

Разработка технологических процессов входит основным разделом в технологическую подготовку производства и выполняется на основе принципов «Единой системы технологической подготовки производства» (ГОСТ 14.001-73). ГОСТ 14.301 -83 этой системы устанавливает виды и общие правила разработки технологических Процессов, исходную информацию и перечень основных задач на этапах их разработки.

Разрабатываемый технологический процесс должен быть прогрессивным, обеспечивать повышение производительности труда и качества деталей, сокращение трудовых и материальных затрат на его реализацию, уменьшение вредных воздействий на окружающую среду.

Технологический процесс разрабатывают на основе имеющегося типового или группового технологического процесса. По технологическому классификатору формируют технологический код. По коду изделие относят к определённой классификационной группе и действующему для неё типовому или групповому технологическому процессу. При отсутствии соответствующей классификационной группы технологический процесс разрабатывают как единичный, с учётом ранее принятых прогрессивных решений в действующих единичных технологических процессах.

Выбранный технологический процесс изготовления выпускного клапана можно назвать типовым, так как он состоит из набора стандартных технологических операций, каждая из которых выполняется по определённым правилам.

Сверление центровых отверстий и установка в них заготовки — это стандартная последовательность операций. Заготовка при этом несколько раз переусгганавливается, а непосредственно выполнение центровых отверстий требует использования специального оборудования.

Далее следуют токарные операции. Однократным (черновым) и тонким точением последовательно снимается слой материала - припуск, выполняется обработка фасонных поверхностей, торцов заготовки, прорезаются канавки, фаски. Точность и качество обработки заготовки строго регламентировано. При выполнении данных операций используется стандартное металлорежущее оборудование.