МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
Національний технічний університет
«Харківський політехнічний інститут»
Кафедра «Технологія машинобудування та металорізальні верстаті»
Реферат
«Технологія обробки деталей класу важелі та вилки»
з дисципліни «Технологічні основи машинобудування»
Харків 2022
ЗМІСТ
ВСТУП........................................................................................................ 3
1. Службове призначення і особливості конструкції важелів .......................... 4
2. Технічні умови на важелі і вилки........................................................... 8
3. Матеріали та заготовки для важелів і вилок ......................................... 9
4. Оброблення важелів і вилок....................................................................... 11
5. Контроль важелів і вилок ............................................................................ 15
6. Типовий маршрут виготовлення важеля................................................... 17
Література ................................................................................. 19
ВСТУП
Відмінною рисою сучасного машинобудування є жорсткість вимог до якості машин, що випускаються, і їх собівартості. В умовах ринкових відносин необхідно швидко реагувати на вимоги споживача. Перемагає в конкурентній боротьбі той, хто здатний швидше реалізовувати прийняті конструктивні та технологічні рішення. У цих умовах створення нових навчальних посібників є необхідним і своєчасним. Відповідно до загальної тенденції розвитку машинобудування в посібнику велика увага приділяється забезпеченню якості виготовлення виробів, зокрема важелів. Деталі типу «Важелі» мають доволі значну частку в загальному обсязі продукції машинобудівного виробництва. Технологія їх виготовлення має ряд специфічних особливостей, тому при викладенні матеріалу автори основну увагу приділяли питанням вибору заготовки, базування, найбільш важливим аспектам розроблення технологічних процесів механічного оброблення важелів, а також їх контролю. В посібнику знайшли відображення перспективні розробки вітчизняних і закордонних вчених, а також результати наукових праць авторів. Порівнюючи різні методи оброблення, автори прагнули зорієнтувати читача на ефективні технологічні рішення, що забезпечують високу якість виробів і продуктивність праці. Посібник може бути використаний для підготовки фахівців конструкторських і технологічних спеціальностей.
1. Службове призначення і особливості конструкції важелів
До деталей класу «Важелі» належать важелі, коромисла, шатуни, собачки, повідки, ручки, прихвати. Приклади деталей класу «Важелі» наведені на рис1.
Важелі є ланками систем машин, апаратів, приладів, пристосувань. При коливальному або обертовому русі, важелі передають необхідні сили і рухи спряженим деталям, змушуючи їх виконувати необхідні переміщення з належною швидкістю. В інших випадках важелі, наприклад, прихвати, залишаються нерухомими і фіксують відносне положення спряжених деталей.
Деталі класу важелів мають два отвори або більше, осі яких розташовані паралельно або під прямим кутом. Тіло важелів представляє собою стержень, який не має достатньої жорсткості. У деталях цього класу, крім основних отворів, обробляються шпонкові або шліцеві поверхні, кріпильні отвори і прорізи в головках. Стержні важелів часто не обробляють.
Значна різноманітність конструкцій важелів викликає необхідність їх класифікації з метою формування типових технологічних процесів. Однією з найбільш вживаних є така класифікація:
1) важелі, у яких торці отворів мають спільну площину або їх торці лежать в одній площині;
2) важелі, у яких торці отворів лежать в різних площинах;
3) важелі, у яких є довгі втулка з отвором і більш короткі втулки.
Однією з основних баз важеля зазвичай є поверхня отвору, яка у більшості конструкцій важелів представляє собою подвійну направляючу базу, якою важіль приєднується до базуючої деталі. У комплексі допоміжних баз у більшості важелів є поверхні гладких отворів, які паралельні основній базі, і рідше поверхні різьбових чи гладких отворів, перпендикулярних до неї.
У деяких важелів (коромисел клапанів, храпових собачок) в більшості випадків виконуючими поверхнями є криволінійні поверхні, за допомогою яких механізм виконує своє службове призначення.
Вилками в машинобудуванні називають деталі, що мають два різних службових призначення, у зв’язку з чим надалі вони поділяються на два види.
До першого виду належать вилки перемикання, які при осьовому переміщенні переключають зубчасті колеса, муфти і подібні їм кінематичні ланки машин. Схематичні ескізи типових вилок перемикання приведені на рис. 2, а.
Для перемикання деталі пересувають вилками переважно за допомогою виконавчих, у більшості випадків плоских, поверхонь. В залежності від конкретного службового призначення вилки перемикання за зовнішнім виглядом дещо відрізняється між собою, внаслідок чого їх можна поділити на плоскі і подовгуваті вилки, що мають більш розвинуті бобишки типу втулок. Основною подвійною направляючою базою у вилок перемикання є поверхня отвору.
При пересуванні вилкою деталі для перемикання, створюється момент, що намагається повернути вилку і перекосити її відносно валика і деталі, що пересувається, за рахунок зазору в отворі. Для зменшення цього перекосу основна подвійна направляюча база навіть у плоскої вилки повинна мати достатньо велику довжину бобишки і точний діаметр отвору.
До другого виду відносяться вилки, для проміжних деталей шарнірних з’єднань у машинах – шарнірні вилки (рис. 2, б). Для виконання службового призначення вони зазвичай мають вуха з двома співвісними гладкими отворами, сполучення поверхонь яких дає допоміжну подвійну направляючу базу. Основною подвійною направляючою базою вилки є різева поверхня отвору в хвостовику або гладка циліндрична чи різева зовнішня поверхня хвостовика вилки.
Довжина важелів і вилок у середніх верстатах, текстильних машинах, 8 автомобілях, тракторах та інших машинах у більшості випадків не перевищує наступних розмірів: важелів – 400 мм, вилок перемикання – 250 мм, шарнірних вилок – 120 мм.
Типові схеми базування важелів в залежності від технічних завдань на обробку приведені в табл.1.
Таблиця 1 – Типові схеми базування важелів в залежності від технічного завдання на оброблення
2. Технічні умови на важелі і вилки
Технічні умови, що визначають службове призначення важелів і вилок, характеризуються багатьма показниками, з яких найбільш істотними можна вважати такі.
Точність розмірів. Отвори – основні і допоміжні бази, поверхнями яких важелі і вилки спрягаються з валиками, у важелів і шарнірних вилок проектують за Н7 – Н9, а у вилок перемикання для зменшення перекосу при осьовому переміщенні – за Н7 – Н8. Точність відстаней між паралельними виконавчими поверхнями вилок перемикання призначають за ІТ10 – ІТ12. Відстань між осями отворів основних і допоміжних баз важелів повинні відповідати розрахунковим; допустимі відхилення в залежності від необхідної точності коливаються від ± 0,025до + 0,1 мм. 10
Точність форми. У більшості випадків особливих вимог до точності форми поверхонь не висувається, тобто похибка форми не повинна перевищувати допуск на розмір або, в залежності від умов експлуатації, похибки форми не повинні перевищувати від 40 до 60 % поля допуску на відповідний розмір.
Точність взаємного розташування. Для доброго прилягання поверхонь отворів до спряжених деталей осі поверхонь отворів допоміжних баз важелів повинні бути паралельні осям поверхонь отворів основних баз з допустимими відхиленнями (0,05...0,3) / 100 мм. У важелів, які мають плоскі оброблені поверхні, в деяких випадках (за службовим призначенням), задається перпендикулярність осей отворів відносно цих площин з допустимими відхиленнями (0,1...0,3) / 100 мм.
Якість поверхні. Шорсткість поверхні отворів у важелів і вилок залежно від точності діаметрів призначають в межах Rа = 0,8...3,2 мкм, шорсткість виконавчих поверхонь у важелів Rа = 0,63...3,2 мкм, у вилок перемикання – 0,8...3,2 мкм. Для збільшення термінів служби твердість виконавчих поверхонь важелів і вилок встановлюють НRС 40...60.
3. Матеріали та заготовки для важелів і вилок
В якості матеріалів для виготовлення важелів використовують: сірий чавун марок від СЧ 15 до СЧ 24, ковкий чавун марок КЧ 35-10, КЧ 37-12 та ін., сталь зазвичай якості марки 5 і конструкційні сталі марок 20, 35, 45, 40Х. Важелі, що працюють при незначних навантаженнях виготовляють із пластмас.
Плоскі вилки перемикання виготовляють із сірого і ковкого чавунів та сталей, приблизно тих же марок, що застосовуються при виготовленні важелів. Для виготовлення подовгуватих вилок перемикання зазвичай застосовують сірий чавун тих же марок, що і для важелів. Шарнірні вилки виготовляють зі сталі звичайної якості і з конструкційних сталей марок 35, 45 та ін.
Вибір матеріалу залежить від службового призначення та економічності виготовлення деталі. Заготовки для важелів і вилок складної форми можуть бути виготовлені методом литва. Для деталей, що працюють у машинах під невеликими, не ударними навантаженнями, вибирається менш дорогий і міцний сірий чавун марок від СЧ 15 до СЧ 18. Деталі, що працюють при більш значних навантаженнях, виготовляють з більш міцного і дорогого чавуну марок СЧ 21 і СЧ 24. Для нежорстких деталей, що працюють з поштовхами і ударами, сірий чавун є ненадійним матеріалом, його замінюють ковким чавуном. При одержанні ковкого чавуна обов'язковим стає його відпал, після якого нежорсткі заготовки коробляться і повинні додатково піддаватися правці. Введення додаткових операцій відпалу і правки робить заготовку більш дорогою, тому в ряді випадків важелі і вилки виготовляють зі сталі.
Чавунні заготовки важелів і вилок одержують зазвичай литтям у піщані форми, відформовані здебільшого на машинах по металевих моделях. При підвищених вимогах до точності виливків заготовки відливають в оболонкові форми. Виливки з ковкого чавуну варто піддавати відпалу та наступній правці для зменшення залишкових деформацій.
Виливки плоских вилок компонують з двох або навіть із трьох деталей.
Припуски на обробку і допуски на розміри виливків важелів і вилок повинні відповідати вимогам ГОСТ 26645-85. Сталеві заготовки важелів і вилок одержують куванням, штампуванням, литтям по виплавлюваних моделях, рідше – зварюванням. При штампуванні заготовок у невеликих кількостях застосовують підкладні штампи. Зі збільшенням масштабу виготовлення заготовок більш економічним стає штампування їх у відкритих і закритих штампах. У серійному виробництві штампування виконують на штампувальних молотах, фрикційних і кривошипних пресах, а в крупносерійному і масовому виробництві – на кривошипних пресах і горизонтально-кувальних машинах. Для підвищення продуктивності і зменшення собівартості штампованих заготовок їх попереднє формування в масовому виробництві в ряді випадків роблять на кувальних вальцях.
Припуски на обробку і допуски на розміри заготовок важелів і вилок, отриманих у відкритих штампах, повинні відповідати вимогам ГОСТ 7505-89. Для підвищення точності штампованих заготовок плоских вилок, а в деяких випадках важелів, у масовому і крупносерійному виробництві застосовують калібрування і карбування.
Калібрування є додатковим штампуванням на штампувальних молотах, фрикційних і кривошипних пресах і виконується для уникнення зайвої окалини від нагріву відразу ж після обрізки заусенців.
Карбування – це холодне штампування в спеціальних штампах і на спеціальних карбувальних пресах, що виконується після термічної обробки (нормалізації, відпалу чи гартування з відпуском) заготовок та очищення їх від окалини. Точність відстані по висоті між поверхнями заготовок після карбування може бути отримана в межах від ± 0,08 мм до ± 0,2 мм.
Для зменшення трудомісткості механічної обробки, зниження витрат металу і поліпшення зовнішнього вигляду складних за конструктивною формою сталевих важелів і вилок їх заготовки одержують литтям по виплавлюваних моделях. Моделі заготовок та ливникової системи виготовляються з легкоплавких модельних сумішей, приготовлених на основі парафіну, полістиролу, стеарину та подібних компонентів, які одержують у спеціальних прес-формах.
Шорсткість поверхні виливків по виплавлюваних моделях відповідає Rz 20.
Допуски на розміри та припуски на обробку виливків важелів і вилок по виплавлюваних моделях приведені у відповідних довідниках. У всіх випадках допуски на розміри та припуски на обробку виливків по виплавлюваних моделях важелів і вилок не повинні перевищувати значень, передбачених ГОСТ 26645-85 для виливків 1-го класу.
Висока собівартість лиття по виплавлюваних моделях у порівнянні з іншими способами одержання заготовок обмежує область його застосування. Тому метод одержання заготовок важелів і вилок варто вибирати на основі техніко-економічного порівняння технологічних варіантів з урахуванням собівартості одержання заготовок і наступної механічної обробки деталей.
Отвори діаметром менше 25 мм, у заготовок одержаних литтям у піщані форми і штампуванням, зазвичай не передбачають. Литтям по виплавлюваних моделях можна одержувати отвори менших розмірів.
Стальні важелі і вилки із середньовуглецевої сталі, що працюють при значних навантаженнях, для підвищення міцності перед механічною обробкою термічно обробляють (гартування і високий відпуск).
4. Оброблення важелів і вилок
Аналіз креслень деталей і технічних умов, яким повинні відповідати важелі, показує, що поверхні отворів (допоміжні бази) і виконавчі поверхні повинні займати визначене положення відносно поверхонь отворів (основних баз); торці бобишок, отвори для фіксуючих гвинтів і штифтів повинні бути перпендикулярні, а шпонкові пази паралельні осям відповідних отворів; пази вилчастих важелів у більшості повинні бути перпендикулярні осям отворів – основним базам.
Для одержання зазначених зв’язків поверхонь оброблення важелів будують у такій послідовності.
1. При наявності у важелів плоских оброблюваних сторін чи торців бобишок в одній площині спочатку обробляють ці поверхні. Потім, приймаючи оброблену площину чи сполучення торців бобишок з одної сторони в якості установчої технологічної бази, обробляють отвори – основну і допоміжні бази, одержуючи відповідні необхідні зв'язки. На наступних операціях, використовуючи відповідні оброблені поверхні отворів як технологічні бази, створюють необхідні зв'язки інших оброблюваних поверхонь важеля, послідовно обробляючи пази, уступи, різьбові і дрібні отвори.
2. При обробленні важелів, що мають торці коротких бобишок в різних площинах, спочатку в ряді випадків обробляють гладкі отвори – основну і допоміжні бази і торці бобишок з однієї сторони. Потім обробляють торці бобишок з іншого боку, далі – інші поверхні в послідовності, зазначеній в першому варіанті.
3. Якщо важіль має довгу бобишку, у якій розташований отвір (основна база), і значно коротші бобишки, у яких розташовані отвори (допоміжні бази), то спочатку обробляють поверхню отвору – основну базу і торець довгої бобишки з однієї сторони. Потім, прийнявши оброблену поверхню отвору в якості подвійної направляючої технологічної бази, обробляють торець довгої бобишки з іншої сторони і, якщо потрібно, зовнішню циліндричну поверхню довгої бобишки. Потім для одержання відповідних зв'язків обробляють поверхні отворів (допоміжні бази) і торці коротких бобишок з одного боку, потім торці бобишок з іншого боку. Далі обробляють інші поверхні в послідовності, зазначеній в першому варіанті.
В залежності від конкретних умов послідовність обробки поверхонь важелів може дещо змінюватись відносно приведених типових схем. Наприклад, застосовуючи в другому варіанті фрезерування торців бобишок, їх обробляють до обробки отворів, при обробці важелів з короткими бобишками спочатку обробляють поверхню отвору (основну базу), а потім на наступній операції – поверхні отворів (допоміжні бази) важеля. Така послідовність у конкретних випадках обґрунтована економічністю досягнення точності поверхонь отворів – допоміжних баз роздільно від обробки поверхні отвору – основної бази, наприклад при обробці поверхні отвору (основної бази) важеля на агрегатному верстаті, чи при використанні відповідних групових пристосувань.
Якщо у важелів є виконавчі поверхні, то їх зазвичай спочатку обробляють попередньо після обробки основних баз важеля, а потім остаточно наприкінці технологічного процесу.
При обробці плоских бічних сторін торців бобишок важелів на першій операції за установчу технологічну базу приймають протилежну плоску поверхню стержня або поєднання торців бобишок. Направляючу та опорну базу вибирають з умов зручності встановлення деталі. При обробці гладких отворів (основної та допоміжної бази) важеля з короткими бобишками за установчу технологічну базу приймають також протилежну плоску поверхню стержня чи поєднання торців бобишок важеля, а направляючу й опорну технологічні бази вибирають зазвичай для забезпечення необхідної співвісності отворів з відповідними бобишками.
Схеми варіантів (І – V) базування заготовки важеля з двома короткими бобишками при обробці в них отворів приведені на рис. 3.
Вибір варіанту базування конкретного важеля залежить від задачі, поставленої технічною умовою. Відобразивши технічну умову вихідною ланкою розмірного ланцюга і побудувавши розмірний ланцюг, можна розрахувати допуски на складові ланки розмірного ланцюга. Допуск на неточність вихідної ланки повинен бути призначений меншим від заданого технічною умовою, тому що частина допуску технічної умови повинна бути зарезервована на компенсацію неточностей, що виникають внаслідок закріплення деталі у пристосуванні і неточностями динамічного налагодження системи верстат-пристрій-інструмент-деталь (ВПІД).
Для виявлення особливостей і оцінки представлених варіантів доцільно співставити їх шляхом визначення допусків на складові ланки розмірного ланцюга, виходячи з граничних відхилень її замикаючої ланки. Для більш чіткого порівняння варіантів можна обмежитись розглядом лише тих відхилень, що викликані неточністю базування заготовки і координування інструмента. Тоді замикаючою ланкою буде одержувана при кожному варіанті неспіввісності інструменту і бобишок заготовки важеля.
Схеми розмірних ланцюгів, за допомогою яких для першого варіанту базування досягається співвісність інструменту і бобишок важеля по осях Х та Y, зображені на рис. 4 і 5. Повна неспіввісність буде вектором геометричного додавання замикаючих ланок розмірних ланцюгів по осях Х та Y у вигляді величини Е для ланок АΔ і А′Δ показана на рис. 4. Надалі для чіткості формул велика бобишка важеля умовно буде називається першою, а мала – другою.
Аналіз розмірних ланцюгів показує, що більша неспіввісність буде для віддаленої від опори П другої бобишки важеля, тому що розмірний ланцюг Б має більшу кількість ланок, ніж розмірний ланцюг А. При досягненні точності замикаючої ланки розмірного ланцюга за методом неповної взаємозамінності допуски на складові ланки розмірного ланцюга по осі Х для партії важелів можна розраховувати за формулою:
А по осі Y:
де t – коефіцієнт ризику; 1 , 2 , 3 , 4 – коефіцієнти, що характеризують закони розподілу розмірів; Б1–Б4 і Б′1–Б'4 – індекси допусків δі, показують ланки розмірних ланцюгів, що наведені на рис. 5.
Вектор геометричного додавання
буде дорівнювати 
Вважаючи, що пристосування налагоджують на координати середин полів допусків, для верхнього граничного відхилення від співвісності можна записати
а для нижнього граничного відхилення
5. Контроль важелів і вилок
Діаметри отворів, ширину пазів у важелях і вилках, а також відстань між плоскими виконавчими поверхнями вилок контролюють у більшості випадків калібрами. Відстані між осями отворів перевіряють універсальними вимірювальними інструментами, пересувними і жорсткими скобами та індикаторами в пристосуваннях. Відстані виконавчих поверхонь вилок в осьовому напрямку від відповідних основних баз вилок перевіряють універсальними вимірювальними засобами або, при великих програмах випуску, за допомогою спеціальних пристосувань. Паралельність і перпендикулярність поверхонь важелів і вилок контролюють індикаторами в універсальних (рис. 7, 8) або, при великих програмах випуску, у спеціальних пристосуваннях (рис.9), приймаючи подвійною направляючою вимірювальною базою поверхню отвору вилки.
Рис.7 – Схема контролю перпендикулярності торця і осі отвору: 1 – важіль; 2 – контрольна оправка в центрах; 3 – індикатор
Рис.8-Схема контролю паралельності осей отворів в головках шатуна: 1 – шатун (важіль); 2 – контрольний валик; 3 – індикатори для визначення непаралельності осей отворів; 4 – визначення перехрещення осей отворів індикаторами 3
Рис.9- Схема пристосування, що застосовується при контролі перпендикулярності виконавчої поверхні вилки перемикання відносно вісі отвору вилки
6. Типовий маршрут виготовлення важеля
При фрезеруванні торців отворів за технологічну базу приймають або поверхні стержня важеля або протилежні торці отворів. При їх шліфуванні за технологічну базу приймають протилежні торці втулок.
При обробці основних отворів у якості технологічної бази вибирають оброблені торці втулок і їх зовнішні поверхні, що забезпечує рівностінність втулок. Завершальні етапи обробки виконують при використанні у якості технологічної бази одного або двох основних отворів торців отворів.
Маршрут обробки важеля, зображеного на рис. 6, включає в себе такі основні операції.
Рис.6- Важіль
005 Вертикально-фрезерна Фрезерувати послідовно торці втулок в розмір 25-0,052 (рис. 7). Обладнання: вертикально-фрезерний верстат.
010 Вертикально-фрезерна Фрезерувати послідовно торці втулок з другої сторони до розміру 30h9 (рис. 8). Обладнання: вертикально-фрезерний верстат.
015 Вертикально-свердлильна Послідовно свердлити та зенкувати два отвори в розмір 22Н7 (рис. 9). Обладнання: вертикально-свердлильний верстат.
Рис. 7 – Операція 005 Вертикально-фрезерна
Рис. 8 – Операція 010 Вертикально-фрезерна
Рис. 9 – Операція 015 Вертикально-свердлильна
020 Контрольна Перевірити деталь на відповідність розмірів, геометрії і вимог креслення.
Література
1. Беспалов, Б. Л. Технология машиностроения [Текст] : спец. часть : Учебное пособие для ВТУЗов / Б. Л. Беспалов, Л. А. Глейзер, И. М. Колесов и др. — 2-е изд., перераб. и доп. — М. : Машиностроение, 1973. — 448 c.
2. Данилевский, В. В. Технология машиностроения (общий курс) [Текст] : Учебник для машиностроительных техникумов / В. В. Данилевский. — М. : Высшая школа, 1963. — 506 c.
3. Картавов, С. А. Технология машиностроения (специальная часть) [Текст] / С. А. Картавов. — К. : Вища школа, 1984. — 272 c.
4. Корсаков, В. С. Основы технологии машиностроения [Текст] : Учебник для ВУЗов / В. С. Корсаков. — М. : Машиностроение, 1974. — 336 c.
5. Руденко, П. О. Проектування технологічних процесів у машинобудуванні [Текст] : Навчальний посібник / П. О. Руденко. — К. : Вища школа, 1993. — 414 с.
6. Сысоев, С. К. Технология машиностроения. Проектирование технологических процессов [Текст] : Учебное пособие / С. К. Сысоев, А. С. Сысоев, В. А. Левко. — СПб. : Лань, 2011. — 352 c.
7. Якимов О.В., Гусарев В.С., Якимов О.О., Линчевський П.А. Технологія автоматизованого машинобудування: Підручник. – К.: ІСДО, 1994.- 400 с.
8. Технология машиностроения (специальная часть): Учебник для машиностроительных специальностей вузов / А.А. Гусев, Е.Р.Ковальчук, И.М. Колесов и др. – М.: Машиностроение, 1986.- 480 с.
9. Дерябин А.Л., Эстерзон М.А. Технология изготовления деталей на станках с ЧПУ и ГПС: Учеб. Пособие для машиностроит. техникумов. – М.: Машиностроение, 1989. – 288 с.
10. Егоров М.Е., Дементьев В.И., Тишин С.Д., Дмитриев В.Л. Технология машиностроения: Учебник для студентов машиностроительных вузов и факультетов. – М.: Высшая школа, 1965. – 590 с.