Reklama
outsourcing it
A A A

Sposoby wykonania zasadniczych operacji obróbki wałów korbowych

Przy produkcji jednostkowej i małoseryjnej toczenie czopów głównych przeprowadza się na ciężkich i sztywnych tokarkach. Przy obróbce nie­zbyt dużych wałów stosuje się najczęściej tokarki ogólnego przeznaczenia. Wał mocuje się w kłach i toczy czopy kolejno. Istotnym zagadnieniem przy toczeniu wałów korbowych jest ustawienie bodtrzymek. Tylko krót­kie wały można toczyć w kłach bez podtrzymek. Toczenie długich wałów zwykle przeprowadza się w podtrzymkach, przy czym w celu uniknięcia odkształceń wału od nacisku kłów luzuje się kieł konika lub posługuje się nim tylko do zabezpieczenia wału od przesunięć wzdłużnych. Ustawie­nie podtrzymek przy toczeniu zgrubnym nie powoduje szczególnych trud­ności1), natomiast przy toczeniu wykańczającym należy zachować szereg środków ostrożności. Jeśli czop obracający się w podtrzymce jest owalny, to toczony czop uzyska podobny kształt. Dlatego przy wykańczającym toczeniu można ustawiać podtrzymkę tylko na zupełnie okrągłym czopie. Do toczenia czopów głównych dużych wałów korbowych, zwłaszcza dłu­gich (do silników wielocylindrowych), stosuje się ciężkie tokarki specjalne z dwustronnym napędem. Przykład takiej tokarki pokazano na rys. 348. Jednocześnie z toczeniem czopów głównych przeprowadza się zawsze toczenie promieniowe przylegających do nich powierzchni czołowych ra­mion. Ciężkie wały korbowe odkuwane są zwykle z dużymi naddatkami na długości w celu umożliwienia obróbki wszystkich czopów bez jego obra­cania w kłach lub uchwytach. Po zakończeniu toczenia wału koniec za­ciśnięty w szczękach odcina się. Toczenie czopów korbowodowych jest operacją charakterystyczną, wy­magającą stosowania specjalnych sposobów obróbki lub specjalnych to­karek. Przy wykonywaniu tej operacji na zwykłej tokarce wał trzeba ustawić mimośrodowo w ten sposób, aby oś toczonego czopa korbowodowego pokrywała się z osią wrzeciona obrabiarki. Na rys. 349 przedstawiono toczenie czopów korbowodowych wału o dwóch wykorbieniach. W celu uniknięcia odkształceń od nacisku kłów zastosowano rozporki 1. Podobne rozporki umieszczone pomiędzy ramionami wykorbień stosuje się również przy toczeniu czopów głównych. Środek ciężkości wału przy toczeniu czo­pów korbowodowych znajduje się zwykle w znacznej odległości od osi obrotu, na skutek czego powstaje znaczna niezrównoważona siła odśrod­kowa. Siłę tę równoważy się częściowo za pomocą dwóch przeciwcięża­rów: jednego 2, zamocowanego na tarczy tokarki, i drugiego 3, zamoco­wanego na przeciwnym końcu wału. Podczas toczenia czopów korbowo­dowych nóż przechodzi pomiędzy ramionami wału. Z tego względu nóż musi mieć duży wysięg i wymaga specjalnego zamocowania. Zamiast gór­nej części suportu ustawia się specjalny imak 4. Nóż 5 nie może przesu­wać się w bok, ponieważ jest złączony z imakiem za pomocą połączenia rowkowego lub za pomocą kołka. Nakładka 6 zabezpiecza nóż przed uno­szeniem do góry. Przy takim zamocowaniu noże mogą mieć niewielką długość. Przy toczeniu czopów korbowodowych długich wałów stosuje się spe­cjalne podtrzymki mimośrodowe. Podczas obracania się wału umieszczo­nego w takiej podtrzymce środek czopa głównego zatacza koło o promieniu równym promieniowi wykorbienia. Do toczenia czopów korbowodowych i głównych przy produkcji jednost­kowej i małoseryjnej stosowane są niekiedy jednosuportowe tokarki spe­cjalne z napędem jednostronnym lub dwustronnym. Obrabiarki te zaopa­trzone są w uniwersalne uchwyty umożliwiające toczenie wałów o różnych wymiarach. Przykład takiej tokarki z napędem dwustronnym i z trzypozycyjnym imakiem nożowym (w którym zamocowane są 3 noże) do to­czenia powierzchni czołowej ramion, czopów i przejść od czopów do ra­mion) pokazano na rys. 350. Ciężkie wały wielkich silników trudno jest ustawić i zrównoważyć na tarczy i ten sposób ich obróbki jest stosowany tylko w wypadku koniecz­nym. Zazwyczaj czopy korbowodowe takich wałów toczone są na specjal­nych obrabiarkach zwanych obtaczarkami (przez analogię z wytaczarkami, ponieważ w obu przypadkach narzędzia wykonują ruch obrotowy). Cechą charakterystyczną tych obrabiarek jest to, że wał pozostaje nieruchomy, a obracającemu się dokoła czopa korbowodowego nożowi nadaje się posuw wzdłużny i poprzeczny. W ten sposób unika się nadawania ruchu wielkim niezrównoważonym masom. Poza tym wygodniejsza jest obsługa i obser­wacja pracy noży, a całe urządzenie jest bardziej zwarte niż przy toczeniu czopów korbowodowych na wysokich tokarkach typowych. Na rys. 351 pokazano przykład dużej obtaczarki, na której można obtaczać czopy korbowodowe o średnicy do 600 mm. Obrabiarka ta składa się z masywnego lanego pierścienia 2, przesuwającego się wzdłuż prowadnic 2. Wewnątrz tego pierścienia znajduje się drugi obracający się pierścień 3. Przymocowane są do niego wąskie prowadnice 4, po których przesuwają się imaki 5. Wał przesuwany jest przez pierścień i zamocowywany za główne czopy w podtrzymkach umieszczonych z obu stron obrabiarki i wy­konanych w kształcie pryzm. Pierścień zewnętrzny 1 oprócz ruchu wzdłuż­nego wykonuje ruch poprzeczny i dzięki temu można otrzymać odległość pomiędzy środkami podtrzymek i pierścienia 1 dokładnie równą promie­niowi wykorbienia. W tym celu obtarczarka zaopatrzona jest w przymiar z noniuszem. Obtaczanie czopów może być przeprowadzane przy zastosowaniu posu­wu wzdłużnego i wtedy cały pierścień przesuwa się wzdłuż prowadnic lub wykonuje posuw poprzeczny i wtedy stosuje się automatyczny ruch imaków po prowadnicach. Jest to konieczne również przy toczeniu pro­mieniowym powierzchni czołowych ramion oraz przy obrabianiu zaokrą­gleń w przejściach z czopów do ramion. Istnieją różne odmiany obtaczarek. Niektóre z nich zaopatrzone są w dzielone pierścienie, przy czym część pierścienia nieruchomego i część pierścienia obracającego się jest odejmowana. W tym przypadku wał moż­na wygodnie zakładać od góry i oprócz tego, jeśli obtaczamy tylko czopy, a nie obtaczamy ramion, wymiar pierścieni może być znacznie mniejszy niż w obtaczarkach z niedzielonymi pierścieniami. Stosowanie takich obra­biarek jest szczególnie korzystne przy ob taczaniu czopów składanych wa­łów korbowych. Inną odmianę stanowią obtaczarki z dwoma pierścieniami ustawionymi na prowadnicach wzdłużnych; na takich obrabiarkach można jednocześnie obtaczać dwa współosiowe czopy korbowodowe. Toczenie wałów korbowych w produkcji wielkoseryjnej i masowej prze­prowadzane jest na obrabiarkach specjalnie do tego celu przystosowanych. W warunkach produkcji wielkoseryjnej, gdzie nastawienie obrabiarki trzeba od czasu do czasu zmieniać, stosowane są wielosuportowe tokarki, zwy­kle z napędem dwustronnym, na których można obrabiać wały o różnych wymiarach; tokarki te mogą pracować z posuwem wzdłużnym i poprzecz­nym. W produkcji masowej używa się wielosuportowych obrabiarek spe­cjalnych z napędem dwustronnym lub środkowym. Obrabiarki te są w większym lub mniejszym stopniu zautomatyzowane i wykonują tylko poprzeczny ruch suportów. Zwykle ramiona wykorbień i zaokrąglone przejścia toczy się dwoma nożami osadzonymi na tylnym suporcie, nato­miast sam czop toczy się jednym szerokim nożem suportu przedniego. W tym przypadku używa się noży stycznych, których położenie pokazano na rys. 352. Mocowanie wałów do toczenia czopów korbowodowych odbywa się za pomocą specjalnych uchwytów mimośrodowych chwytających za czopy główne i zaopatrzonych w odchylne pokrywy (rys. 353). Przy obróbce czopów znajdujących się w środkowej części wału stosuje się długie ma­sywne uchwyty (rys. 354), dzięki czemu można zamocować wał w pobliżu obrabianych miejsc i tym samym uniknąć odkształceń nawet przy największych ob­ciążeniach. Przy obróbce skrajnych czopów i koń­ców wału szeroko stosowane są obrabiarki z napędem środkowym (od środka długości . obrabianego wału). Na rys. 355 przedsta­wiono schemat takiej obrabiarki z usta­wionym na niej wałem. Wał korbowy mo­cuje się w kłach 1 i nadaje mu się ruch obrotowy za pomocą koła zębatego 2 osa­dzonego na uchwycie środkowym. Koło zębate i uchwyt środkowy są roz­łączne, a górna część jest zdejmowana, co pozwala na wygodne zakładanie wału. Naczopów głównych i końcowych na przykładzie wału korbowego o sześciu wykorbieniach. Kolejność operacji jest w tym przypadku następująca: 1) toczenie 4 czopa głównego oraz powierzchni czołowych przylegają­cych do czopów głównych 3, 4 i 5; 1)zgrubne szlifowanie środkowego czwartego czopa głównego; 2)toczenie wszystkich pozostałych czopów głównych, czołowych po­wierzchni ramion przylegających do czopów głównych, przedniego końca oraz tylnego kołnierza wału. Pierwszą z wymienionych operacji przeprowadza się na wielonożowym półautomacie z dwustronnym napędem (rys. 354). Cechą charakterystyczną specjalnych tokarek do obróbki czopów głów­nych i przylegających do nich powierzchni czołowych ramion jest stopnio­wa zmiana liczby obrotów wrzeciona i posuwu. Ze względu na to, że na początku toczenia pracują tylko noże obrabiające ramiona, a oprócz tego obróbka rozpoczyna się w punk­cie wału najbardziej oddalonym od osi obrotu, liczba obrotów przy zbliżaniu się noży ku środ­kowi wału zwiększa się w celu utrzymania początkowej pręd­kości skrawania i tym samym skrócenia czasu obróbki. Jednak przy zbliżaniu się noży do osi obrotu wzrasta głębokość skra­wania wskutek pochylenia ścian odkuwek matrycowych (rys. 356). Głębokość skrawania przy toczeniu ramion wzrasta od o/i do g%. Z chwilą rozpoczęcia pracy szerokich noży do toczenia czopów całkowite opory skrawania znacznie się zwięk­szają. Z tego względu w omawianych półautomatach tokarskich odbywa się nie tylko stopniowa zmiana liczby obrotów, ale również stopniowa zmiana posuwu. W strefie I (rys. 356) liczba obrotów jest najmniejsza, a posuw największy, natomiast w strefie III — odwrotnie — liczba obro­tów jest największa, a posuw najmniejszy. Posuwy i liczby obrotów wrzeciona dla poszczególnych stref wahają się zwykle w następujących granicach. Opisana zmiana posuwu i liczby obrotów wrzeciona umożliwia lepsze wykorzystanie obrabiarki i polepszenie jakości obróbki. Cykl półautomatu tokarskiego do toczenia czopów głównych składa się z następujących samoczynnych ruchów: 3)szybkiego dosunięcia noży do powierzchni obrabianych; przełączenia na posuw pi i toczenie ramion w strefie l', 4)przełączenia na posuw P2 i liczbę obrotów n2, toczenie ramion w stre­fie II; przełączenia na posuw p3 i liczbę obrotów 713, toczenie czopa (strefa III); wyłączenia posuwu po osiągnięciu żądanego wymiaru z zachowaniem końcowego położenia noży na czas odpowiadający 5r6 obrotom wału w celu usunięcia następstw przegięcia wału powstającego przy toczeniu, otrzymania okrągłego przekroju czopa i wygładzenia powierzchni obrabia­nej; 5)zatrzymania wrzeciona; szybkiego cofnięcia narzędzi do położenia wyjściowego. Obsługa takiego półautomatu sprowadza się zwykle do bardzo prostych czynności: zwolnienia mechanizmu mocującego, zdjęcia obrobionego wału, założenia i zamocowania nowego wału oraz uruchomienia obrabiarki. Jak już było poprzednio wspomniane, toczenie dalszych czopów głów­nych poprzedza operacja szlifowania obtoczonego środkowego czopa głów­nego, na którym przy następnej operacji ustawia się podtrzymkę. Dokła­dność wymiarów tego czopa po szlifowaniu odpowiada zwykle klasie 3 (po toczeniu — klasie 5). Toczenie pozostałych czopów głównych i przylegających do nich po­wierzchni czołowych ramion przeprowadza się na wielonożowym półauto­macie tokarskim z napędem środkowym. Podczas jednego cyklu pracy następuje dwukrotna, samoczynna zmiana wielkości posuwu i liczby obro­tów wrzeciona. Schemat tej operacji jest podobny do poprzednio przedsta­wionego na rys. 355. Na rys. 357 przedstawiony jest inny przebieg toczenia czopów głównych i końców wału korbowego. W tym przypadku w pierwszej operacji (rys. 357a) następuje zgrubne toczenie przedniego końca, czopów głównych 3, 4 i 5 wraz z przylegającymi do nich powierzchniami czołowymi oraz obróbka kołnierza na tylnym końcu wału. W drugiej operacji (rys. 357b) odbywa się zgrubne toczenie pozostałych czopów głównych i ramion oraz wykańczające toczenie 4 czopa głównego (w celu przygotowania do pod­parcia podtrzymką). Obie te operacje przeprowadza się na półautomatach tokarskich z podwójnym napędem środkowym. Trzecia operacja (rys. 357c) nie różni się zasadniczo od trzeciej operacji obróbki według poprzednio opisanego przebiegu toczenia. Przed przystąpieniem do drugiej części obróbki tokarskiej wału, tj. do toczenia czopów korbowodowych, należy przygotować dostatecznie dokła­dne podstawy obróbkowe w postaci odpowiednio obrobionych czopów głównych. Zadanie to może być rozwiązane dwojako: albo przez powtórne toczenie, albo przez zgrubne szlifowanie. Zwykle w operacjach tych poza czopami głównymi obrabiane są końce wału. Ze względu na konieczność zdejmowania warstwy metalu o znacznej grubości zastosowanie w tym przypadku szlifowania nie jest korzystne. Występowanie przy tym znacznych sił odkształcających wał zmusza do oddzielnego szlifowania poszczególnych czopów, co dodatkowo zmniejsza wydajność tych operacji. Jedynie w przypadku krótkich i sztywnych wa­łów korbowych mogą być stosowane szlifierki z dwoma lub trzema ścier­nicami do jednoczesnej obróbki dwóch lub trzech czopów głównych. Przodujące wytwórnie silników stosują powtórne toczenie przy użyciu wielonożowych półautomatów z napędem środkowym. Istnieją też wy­twórnie, które przed toczeniem czopów korbowodowych przeprowadzają zarówno powtórne toczenie, jak również zgrubne szlifowanie czopów głów­nych. Toczenie czopów korbowodowych może odbywać się na opisanych pół­automatach tokarskich do obróbki czopów głównych z napędem dwustron­nym. W tym przypadku wał korbowy ustawia się za pomocą uchwytów mimośrodowych (jak na rys. 353) w takim położeniu, przy którym oś obra­bianego czopa korbowodowego pokrywa się z osią obrotu wrzeciona. Na obrabiarkach tych, ze względu na ich budowę, można toczyć tylko czopy znajdujące się na wspólnej osi, tj. nie więcej niż dwa czopy korbowodowe jednocześnie. Do toczenia następnej pary czopów korbowodowych wał na­leży ustawić na innej obrabiarce.lub też na tej samej, lecz w innym uchwy­cie zamocowującym. W ten sposób czopy korbowodowe wału o czterech wykorbieniach toczy się w dwóch operacjach, a wału o sześciu wykorble­niach — w trzech operacjach. Wspomniana metoda nie jest dostatecznie wydajna i dlatego w prze­myśle samochodowym stosuje się obrabiarki przystosowane do jednocze­snej obróbki wszystkich czopów korbowodowych. Konstrukcja takiej ob­rabiarkl (schemat działania pokazany jest na rys. 358a) opiera się na zu­pełnie innych zasadach niż konstrukcja zwykłych tokarek. Ruch imaka jest kierowany przez dwie korby, których promienie i położenia są do­kładnie takie same, jakie ma wykorbienie wału. Kierunek posuwu po­przecznego całego zespołu, tj. obydwu korb oraz imaka, pokazany jest strzałką p. Ruch obrotowy dwóch wałów z korbami prowadzącymi i obra­bianego wału jest zsynchronizowany za pomocą kół zębatych. Wszystkie trzy wały mają jednakową liczbę jednakowo rozmieszczonych wykorbień. Na rys. 358b pokazane są ustawienia noża przy różnych położeniach obra­bianego czopa korbowodowego. Obrabiarki pracujące na opisanej zasadzie budowane są jako półauto­maty specjalne z napędem dwustronnym. Wał zamocowuje się za skrajne czopy główne i podpiera się podtrzymką na środkowym czopie głównym. Bardziej wydajną jeszcze odmianą tych tokarek są półautomaty dwuwrze. cionowe, na których obrabia się jednocześnie dwa wały (rys. 359). W jed­nym ustawieniu (górnym) przeprowadza się toczenie ramion, a w drugim (dolnym) — toczenie czopów. Obrabiarki takie wyróżniają się wprawdzie dużą mocą i sztywnością, jednak mogą być stosowane do toczenia stosun­kowo niedużych wałów.