A A A

Toczenie i szlifowanie wałów

Toczenie wałów korbowych można podzielić na dwie główne grupy operacji: a)toczenie czopów głównych i planowanie przylegających do nich płaszczyzn ramion oraz toczenie końców wału; b)toczenie czopów korbowych i planowanie płaszczyzn sąsiednich ramion. Obróbkę tokarską wałów korbowych wykonuje się na tokarskich pół­automatach wielonożowych określonego przeznaczenia. Obrabiarki do obróbki tokarskiej czopów wałów odznaczają się szczególnie sztywną kon­strukcją. Czopy i ramiona toczy się na tych obrabiarkach posuwem pro­mieniowym przy użyciu szerokich noży kształtowych oraz stycznych noży do planowania. Obrabiarki te wyposażone są w przednie i tylne suporty z posuwem poprzecznym (promieniowym). W celu zmniejszenia skręcania obrabia­nych wałów ruch obrotowy nadaje się im albo z obu końców, przy wrzecienniku i koniku (przy toczeniu środkowych części wału) lub przez obra­canie środkowych ramion (przy toczeniu czopów skrajnych i końców wału). W ten sposób moment obrotowy przekazywany jest na wał w nie­dużej odległości od miejsc obróbki. Czopy główne i końcowe wału toczy się zakładając wał w kłach. Dla wałów sześciokorbowych przyjmuje się zwykle następującą kolejność obróbki czopów głównych i końców wału. I. Planowanie płaszczyzn czołowych ramion 3,' 4 i 5 czopa głównego oraz toczenie 4 czopa głównego Operację tę wykonuje się zwykle na obrabiarce z podwójnym napę­dem (np. model 187). Wał ustawia się w kłach i wprawia w ruch obrotowy z dwóch stron za pomocą uchwytów wysięgowych. Na rys. 257 i 258 przedstawiono schemat ustawienia obrabiarki przy takiej operacji. Na tylnym suporcie umieszczono pięć noży — cztery do planowania czół ramion i toczenia ich zaokrągleń i jeden do toczenia czwartego czopa. Na suporcie przednim umieszczono dwa noże do planowania ramion czwar­tego czopa i cztery noże do toczenia powierzchni walcowych czterech ramion środkowych. Obróbkę rozpoczyna się od planowania czół ramion. W miarę zbli­żania się noży do osi obrotu szybkość skrawania zmniejszyłaby się przy stałych obrotach i wykorzystanie narzędzi nie "byłoby całkowite. Dlatego przewidziano automatyczne, stopniowe zwię­kszanie liczby obrotów wrzeciona tych obrabia­rek w celu zachowania stałej szybkości skrawa­nia przy zmniejszaniu się średnicy obróbki w czasie planowania ramion. Ponadto przy zbliżaniu się noży do środka części, głębokość skrawania dla noży planują­cych powiększa się z powodu skosów kuźni­czych (rys. 259). Wzrasta ona o wielkość At = — ta — ix Wraz ze zwiększeniem głębokości skrawania rosną opory skrawania. Toteż w celu lepszego wykorzystania mocy obrabiarek i po­lepszenia jakości obróbki, jednocześnie ze sto­pniowym zwiększeniem liczby obrotów, stosuje się na takich półautomatach tokarskich również stopniowe zmniejszanie posuwu na każdy obrót wrzeciona. Wspomniane obrabiarki, model 187, pracują według następującego cyklu automatycznego: c)Szybki dosuw narzędzia do położenia, w którym rozpoczyna się skrawanie. d)Włączenie pierwszego (maksymalnego) posuwu (s = 0,5l,0 mm/obr). Obroty wrzeciona dla przyjętej szybkości skrawania (v = 810 m/min) wynoszą n = 10 obr/min. W tych warunkach planuje się ramiona na długości równej w przybliżeniu połowie promienia. e)Przełączenie na drugi posuw i drugi zakres liczby obrotów do czasu rozpoczęcia pracy przez nóż do toczenia czopa (s = 0,30,5 mm/obr, V = 10 m/min i n = 20 obr/min). f)Przełączenie na trzeci (minimalny) posuw i na trzeci zakres liczby obrotów (s = 0,080,15 mm/obr, v = 10 m/min, n =; 4050 obr/min). g)Zatrzymanie posuwu po osiągnięciu żądanego wymiaru półfabry­katu oraz dalsze obracanie wału przy unieruchomionych nożach (56 obrotów wału) w celu usunięcia skutków ugięcia wału w czasie obróbki, otrzymania okrągłego przekroju czopa i wygładzenia obrobionych po­wierzchni. II. Wstępne szlifowanie czopa środkowego w celu dalszego osadzenia go w podtrzymce wykonuje się zwykle przed przystąpieniem do toczenia pozostałych czopów głównych i końców wału. Przy szlifowaniu czopa środkowego wał umieszcza się w kłach i wprawia w ruch obrotowy za pomocą urządzenia zabierakowego chwytającego za skrajne ramię. Szlifowany czop podpiera się zwykle nastawną podtrzymką. Przy szlifowaniu czopa zwykle osiąga się dokładność wg 3 klasy. Po obróbce tokarskiej osiąga się dokładność wg 5 klasy. Do szlifowania czopów wałów korbowych stosuje się szlifierki o sztywnej budowie. Przy obróbce stosuje się promieniowy posuw tarczy. III. Planowanie wszystkich pozostałych ramion od strony czopów głównych, toczenie 1, 2, 3, 5, 6 i 7 czopa, końca wału i jego kołnierza. Do tej operacji stosuje się zwykle półautomaty tokarskie typu 186 z na pędem pośrodku maszyny. Obróbkę wykonuje się obracając wał przez pokręcanie dwóch środkowych ramion, na których zostały przefrezowane występy dla ich uchwycenia. Wał zakłada się w kłach i podtrzymuje otwartą podporą pod środkowym szlifowanym czopem. W ten sposób zapewnia się wielopodporowe uchwycenie wału. Ustawienie tej obrabiarki do obróbki wału o sześciu wykorbieniach przedstawiono na rys. 260. Podobnie jak opisana poprzednio (typu 187) obrabiarka ta jest wyposażona w dwa suporty posuwające się na przeciw siebie. Liczba obrotów wrzeciona i wielkość posuwu zmienia się wg trzech zakresów. Roboczą strefę obrabiarki, model 186, z napędem pośrodku przedstawiono na rys. 261. Dokładność obróbki po tej operacji nie przekracza zwykle 5 klasy. Przed przystąpieniem do drugiej części tokarskiej obróbki wału, do toczenia czopów korbowych, należy przygotować dostatecznie dokładne bazy — czopy główne. W niektórych zakładach stosuje się wstępne szli­fowanie wszystkich czopów głównych i końców wału przed toczeniem czopów korbowych. Jednakże przy szlifowaniu zdejmuje się zazwyczaj znaczne naddatki. Dlatego nie jest ono w danym przypadku wydajną metodą obróbki. Wy­dajność tych operacji obniża się jeszcze wskutek tego, że szlifuje się często kolejno po jednym czopie, aby uniknąć znacznych sił odkształcających wał i dużych wymiarów maszyny przy szlifowaniu kilkoma tarczami. Do obróbki natomiast krótkich i sztywnych wałów we wstępnych operacjach znajdują obecnie zastosowanie wielotarczowe szlifierki z dwie­ma lub trzema tarczami ściernymi do jednoczesnej obróbki dwóch lub trzech czopów głównych, co znacznie zwiększa wydajność operacji. W przodujących zakładach przed szlifowaniem stosuje się drugie toczenie jednocześnie wszystkich czopów głównych i końców wału. Do operacji tych stosuje się obrabiarki model 186. Wprowadzenie trzeciej operacji toczenia czopów głównych umożliwia otrzymanie wymiarów wg 3 klasy dokładności, co niekiedy prowadzi do całkowitego wyeliminowania szlifowania czopów głównych przed obróbką cieplną. Po trzeciej operacji toczenia czopów głównych i końców wału uzy­skuje się również dokładne odległości między obrzeżami czopów a opo­rowym obrzeżem pierwszego czopa (lub obrzeżem ostatniego czopa), które stanowi podstawę do ustalenia osi podłużnej wału w stosunku do kadłuba. W tym celu planuje się obrzeża wszystkich czopów jednocześnie zespołem noży do planowania. Przed tą operacją zwykle szlifuje się obrzeże opo­rowe pierwszego czopa wału, wg którego bazuje się wał dokładnie na obrabiarce w kierunku podłużnym. Przy toczeniu i planowaniu wykań­czającym opiera się wał o to obrzeże i o sprężynujący kieł we wrzecienniku obrabiarki. Obrabiarki ustawia się w sposób analogiczny do przedsta­wionego na rys. 260. W niektórych zakładach, w których stosowane jest drugie toczenie czopów, wykonuje się jednak wstępne szlifowanie, dzięki czemu zmniejsza się pracochłonność dalszych robót szlifierskich w wyniku zmniejszenia naddatku. Na rys. 262 i 263 przedstawiono inny sposób obróbki tokarskiej czo­pów głównych i końców wału o sześciu wykorbieniach. W tym przypadku w pierwszej operacji toczy się wstępnie przedni koniec 3, 4 i 5 czopa głów­nego i planuje ich ramiona oraz obrabia kołnierz (rys. 262a). W operacji drugiej wstępnie toczy się 1, 2, 6 i 7 czop główny, planuje ich ramiona oraz toczy wygładzaj ąco czwarty czop główny (przygotowanie go do pod­parcia przez podtrzymkę (rys. 262b). Do tych dwóch operacji stosuje się półautomaty tokarskie, w których wał jest napędzany pośrodku za po­średnictwem występów na 2 i 5 ramieniu korbowym. Trzecią operację wykonuje się w sposób analogiczny do trzeciej ope­racji tokarskiej wg omówionego poprzednio sposobu obróbki. Toczy się powtórnie wszystkie czopy i końce wału (oprócz czwartego czopa usta­wionego na podtrzymce, rys. 263). Przy stosowaniu tej metody nie szlifuje się czwartego czopa. Wadą jej jest konieczność stosowania bardziej skomplikowanych i kosztownych obrabiarek z dwoma napędami pośrodku maszyny. Przy analizie obu omówionych odmian obróbki okazało się, że można je uważać za równoważne z punktu widzenia wskaźników technicznoeko­nomicznych. Czopy korbowe można toczyć wg dwóch metod: h)obrabia się czopy korbowe i ich ramiona parami rozmieszczonymi na jednej osi obrotu (na przykład najpierw 1 i 6, następnie 2 i 5 i w koń­cu 3 i 4); i)obrabia się jednocześnie wszystkie czopy korbowe i przylegające do nich czołowe płaszczyzny ramion. Przy stosowaniu pierwszej metody toczenie czopów korbowych wału o sześciu wykorbieniach jest wykonywane w trzech operacjach. Przy stosowaniu drugiej metody wszystkie czopy korbowe można obrobić jed­nocześnie w jednej operacji. Do obróbki według pierwszej metody można wykorzystać obrabiarki, model 187, z napędem dwustronnym. W tym przypadku wał ustawia się w położeniu, przy którym osie dwóch czopów podlegających obróbce po­krywają się z osią obrotu wrzeciona. Przyrządy do ustawiania i mocowania wału mają kształt garnkowy. Są one podobne do przyrządów stosowanych przy toczeniu środkowych czopów głównych. Przy ustawianiu w tych przyrządach oś czopów głów­nych jest przesunięta względem osi obrotu wrzeciona o wielkość promie­nia korby (rys. 264). Przy drugiej metodzie obróbki stosuje się obrabiarki określonego przeznaczenia, model 137. Liczba roboczych suportów obrabiarki odpo­wiada liczbie obrabianych czopów korbowych. Wał ustawia się według skrajnych czopów głównych, podpierając na podtrzymkach środkowe czo­py główne. Jest on ustawiany we właściwym położeniu kątowym przy pomocy specjalnych ustalających krzywek odpowiednio do przefrezowanych płaszczyzn na dwóch skrajnych ramionach wału. Wał obraca się dokoła osi czopów głównych, a suporty poruszają się wraz z obrabianymi czopami, jakby naśladując ruch korbowodów zamo­cowanych na tych czopach. Na suportach znajdują się po dwa imaki no­żowe, jeden do planowania ramion, drugi do toczenia czopów; noże mają posuw promieniowy. Na rys. 265 przedstawiono schemat ustawienia obrabiarki, model 137 przy toczeniu wszystkich czopów korbowodowych wału o czterech wykobieniach. Na rys. 266 przedstawiono zasadniczy schemat roboczych ruchów suportu i jego napędu. Obrabiarka jest wyposażona w dwa prowadzące wały korbowe, obracające się synchronicznie wraz z wałem obrabianym i sterujące ruchami suportów. Jednoczesne toczenie wszystkich czopów korbowych odbywa się zwy­kle z posuwami mniejszymi niż przy obróbce tokarskiej czopów głównych. Jest to spowodowane dążeniem do zmniejszenia odkształceń (skręcenia) wału. W ostatnich czasach w radzieckich fabrykach wyprodukowano dwuwrzecionowe obrabiarki do jednoczesnego toczenia wszystkich czopów korbowych i ich ramion. Na tych obrabiarkach obrabia się dwa wały jed­nocześnie. Na jednym wrzecionie tych obrabiarek planuje się ramiona, a na drugim przetacza czopy. Wał obrabia się w dwóch ustawieniach. Naj­pierw ustawia się go w górnej pozycji, a potem w dolnej. Omawiane obra­biarki odznaczają się dużo większą mocą i sztywnością, przy czym pra­cują wg cyklu automatycznego. Mają one dwa zakresy liczb obrotów i po­suwów. Jednakże ich stosowanie jest ograniczone do obróbki stosunkowo małych wałów. Schemat ustawienia takiej obrabiarki przedstawiono na rys. 267. W niektórych zakładach czopy korbowe toczy się tylko jeden raz przed obróbką cieplną, przy czym szlifowanie następuje po tej obróbce. Powierzchnia czopów przed obróbką cieplną jest obrabiana w tym przy­padku wg 5 klasy dokładności. Wały te są odkształcane w czasie poprzed­ niej obróbki tokarskiej (skręcenie wału i odchylenia od równoległości osi czopów) i z trudnością poddają się prostowaniu. Zmusza to do zwiększenia naddatków na szlifowanie zahartowanych wałów, co jest związane z po­większeniem pracochłonności obróbki. W większości zakładów zwykle czopy korbowe wstępnie szlifuje się przed obróbką cieplną. Usuwa to w znacznym stopniu błędy obróbki tokarskiej oraz zapewnia uzyskanie właściwej grubości utwardzonej warstwy na czopach. Czopy korbowe szlifuje się na szlifierkach określonego przeznaczenia z napędem dwustronnym. Wał ustawia się tak samo, jak przy toczeniu czopów korbowych, tj. na skrajnych czopach głównych, przy użyciu przy­rządów zaopatrzonych w zapadki w celu zapewnienia wymaganego kąto­wego położenia wału. Ustawienie kątowe odbywa się wg płaszczyzn ustawczych lub wg otworów w kołnierzu (rys. 268 i 269). Oś czopów głównych jest wówczas przesunięta względem osi obrotu wrzeciona o wielkość pro­mienia korby, czyli oś szlifowanej pary czopów pokrywa się z osią obrotu wrzeciona. Po zakończeniu szlifowania jednej pary czopów wał obraca się dla obróbki drugiej pary czopów. Ponieważ przy szlifowaniu poprzecznym nacisk tarczy ściernej na wał jest znaczny, więc dla uniknięcia ugięcia wału obrabiane czopy opiera się o nastawne podtrzymki (rys. 270). Na nowoczesnych półautomatach szlifierskich stosuje się automatycz­ny cykl pracy, podczas którego odbywa się doprowadzenie tarczy ścier­nej, szlifowanie, przerwanie posuwu promieniowego po uzyskaniu wła­ściwego wymiaru, obrócenie wału przy ustalonym położeniu tarczy ścier­nej (wyiskrzenie) i zatrzymanie obrabiarki. Przy operacjach wstępnych często stosuje się szlifierki do wałków z ręcznym posuwem tarczy ściernej, wykorzystując odchylne sprawdzia­ny czujnikowe do mierzenia czopa bez zatrzymania obrabiarki. Do wstępnego szlifowania czopów stosowane są również dwutarczowe szlifierki do wałków, na których obrabia się parami czopy położone na jednej osi (rys. 270). Wygładzające szlifowanie czopów głównych i korbowych nie różni się zasadniczo od szlifowania wstępnego. Przy szlifowaniu wygładza­jącym zwykle nie stosuje się obrabiarek wielotarczowych z powodu oba­wy nierównomiernego zużycia równolegle pracujących ściernic i więk­szych odkształceń wałów, co mogłoby obniżyć dokładność obróbki. Naddatki na wstępne szlifowanie czopów wahają się, w zależności od dokładności obróbki tokarskiej, a mianowicie: naddatek na szlifowanie wstępne w granicach od 0,2 do 0,4 mm, a na szlifowanie wygładzające od 0,1 do 0,15 mm na stronę.