Технологічні відомості про корпусні деталі

Технологічні відомості про корпусні деталі

1. Службове призначення деталей, конструктивні види

Корпусні деталі представляють собою базові деталі. На них встановлюють різні деталі та складальні одиниці, точність відносного положення яких повинна забезпечуватись як в статиці, так і процесі роботи машини під навантаженням. У відповідності з цим корпусні деталі повинні мати потрібну точність, бути достатньо жорсткими і вібростійкими, що забезпечує потрібне відносне положення з'єднувальних деталей і вузлів, правильність роботи механізмів і відсутність вібрації.

Конструктивне виконання корпусних деталей, матеріал і необхідні параметри точності визначають, виходячи зі службового призначення деталей, вимог до роботи механізмів і умов їх експлуатації. При цьому враховують також технологічні фактори, пов’язані з можливістю отримання потрібної конфігурації заготовки, можливості обробки різанням і зручності складання, яке починають з базової корпусної деталі.

Корпусні деталі у загальному випадку можна поділити на групи (рис. 1). Деталі цих груп мають певну спільність службового призначення, що означає наявність сукупності однакових поверхонь та ідентичне за формою конструктивне виконання. Це, в свою чергу, визначає особливості технологічних рішень, що забезпечують досягнення потрібних параметрів точності при виготовленні деталей кожної групи.

1. Корпусні деталі коробчатої форми у вигляді паралелепіпеда, габарити яких мають однаковий порядок. До цієї групи відносять корпуси редукторів, корпуси коробок швидкостей, коробок подачі шпиндельних бабок (рис. 1, а). У більшості випадків основними базами таких корпусів є плоскі поверхні, а допоміжними — головні отвори і торці, що призначені для базування валів і шпинделів.

Конструкція та розміри корпусів визначаються умовами розміщення в них необхідних деталей і механізмів. Вони мають стінки, ребра і перегородки, які забезпечують підвищення їх жорсткості. З цією ж ціллю бобишки і приливи, на яких розташовані отвори, мають висоту приблизно 2,5…3 товщини стінки і діаметр в межах 1,4…1,6 діаметра отвору. Корпуси коробчастої форми можуть бути суцільні та рознімні, площина рознімання може проходити по осях головних отворів.

Рис. 1. Групи корпусних деталей: а — коробчастого типу (суцільні та рознімні); б — з гладкими внутрішніми циліндричними поверхнями; в — корпуси складної просторової геометричної форми; г — корпусні деталі з напрямними поверхнями; д — деталі типу кронштейнів, косинців

2. Корпусні деталі з гладкими внутрішніми циліндричними поверхнями, протяжність яких перевищує їх діаметральні розміри. До цієї групи відносять блоки циліндрів, двигунів і компресорів, корпуси різних циліндрів і золотників, пневмоі гідроапаратуру (рис. 1, б), корпуси задніх бабок, що забезпечують базування висувної пінолі та заднього центра. У відповідності зі службовим призначенням до внутрішніх циліндричних поверхонь висуваються підвищені вимоги по точності діаметральних розмірів і точності геометричної форми. Ці циліндричні поверхні звичайно працюють на зношування. Тому до них висуваються високі вимоги щодо шорсткості та зносостійкості.

3. Корпусні деталі складної просторової геометричної форми. До них відносять корпуси парових і газових турбін, центробіжних насосів, колекторів, трійників, вентилів, кранів (риc. 1, в). Складна просторова форма і геометричні розміри таких корпусів призначені для формування потрібних потоків руху газів або рідини. До цієї групи відносять також складні за формою корпусні деталі ходової частини машини: картер заднього моста, корпус поворотного важеля тощо.

4. Корпусні деталі з напрямними поверхнями: столи, супутники, каретки, полозки, супорти, повзуни, планшайби (рис. 1, г). В процесі роботи ці деталі здійснюють зворотно-поступальний або обертовий рух по напрямних поверхнях, забезпечуючи точне відносне переміщення оброблюваних головок і різального інструмента. Такі корпуси входять у склад несучої системи більшості верстатів. Жорсткість цих деталей досягається внутрішніми перегородками і ребрами. Відношення висоти плоских столів, супутників, полозок до ширини знаходиться у межах 0,1…0,18.

5. Корпусні деталі типу кронштейнів, косинців, стояків плит і кришок (рис. 1, д). Ця група об'єднує найбільш прості за конструкцією корпусні деталі, які виконують функції додаткових опор для забезпечення потрібної точності відносного положення окремих механізмів, валів, зубчастих коліс.

Корпусні деталі мають основні базуючі поверхні звичайно у вигляді площини або комбінації площин, за допомогою яких вони приєднуються до деталей — основами (станинами, рамами чи іншими корпусними деталями) і зберігають правильне відносне положення в машині.

Як допоміжні бази, за допомогою яких забезпечують правильне відносне положення в машині інших приєднуваних до них деталей, можуть бути використані поверхні отворів (для встановлення опор, валів, шпинделів, черв’яків) і площини, а також їх комбінації.

У більшості корпусних деталей є також різні дрібні та різьові кріпильні отвори. Вони призначені для підведення мастильних матеріалів до поверхонь, що труться, і для фіксації досягнутого положення приєднуваних складальних одиниць.

Робота машини та її механізмів означає формування розмірних зв’язків, що забезпечують виконання службового призначення. У розмірних зв’язках машини чи окремих вузлів корпусна деталь бере участь розмірами і відносними поворотами своїх поверхонь. Ці розмірні та кутові параметри деталі безпосередньо визначають точність положення одного комплекту допоміжних баз відносно другого або точність положення допоміжних баз відносно основних баз деталі. У відповідності з цим до точності геометричної форми, розмірів і відносних поворотів базуючих поверхонь корпусних деталей висуваються підвищені вимоги.

корпусний деталь матеріал обробка

2. Технічні вимоги до корпусних деталей

До корпусних деталей висувають комплекс технічних вимог, які визначаються в кожному конкретному випадку, в першу чергу, виходячи зі службового призначення деталі. Дотримання технічних вимог означає формування потрібних фізико-механічних властивостей матеріалу деталі, одержання необхідної міцності та вібростійкості, забезпечення потрібної геометричної точності деталі та створення умов для зручності виконання механоскладальних і експлуатаційних робіт. Технічні вимоги, що стосуються параметрів геометричної точності деталі, дотримуються в результаті обробки різанням на різних етапах технологічного процесу виготовлення корпусної деталі.

В залежності від конструктивного виконання та складності до корпусних деталей висуваються такі технічні вимоги, що характеризують різні параметри їх геометричної точності:

1. Точність геометричної форми плоских базуючих поверхонь. Вона регламентується як прямолінійність поверхні в заданому напрямку на певній довжині і як площинність поверхні в межах її габаритів. Для поверхонь розміром до 500 мм відхилення від площинності nf паралельності звичайно знаходяться в межах 0,01…0,07 мм, а у відповідальних корпусів — 0,002…0,005 мм.

2. Точність відносного повороту плоских базуючих поверхонь. Граничні відхилення від паралельності чи перпендикулярності однієї площини поверхні відносно іншої складають 0,015/200…0,1/200, а для деталей підвищеної точності - 0,003/200…0,01/200.

3. Точність відстані між двома паралельними площинами. Для більшості деталей вона знаходиться в межах 0,02…0,5 мм, а у корпусних деталей підвищеної точності - 0,005…0,01 мм.

4. Точність діаметральних розмірів і геометричної форми отворів. Діаметральні розміри головних отворів, які виконують в основному роль баз під підшипники, відповідають 6…11 квалітетам. Відхилення геометричної форми отворів — некруглість у поперечному перерізі та конусоподібність чи зігнутість у поздовжньому обмежують в межах 1/5…½ допуску на діаметр отвору.

5. Точність відносного кутового положення осей отворів. Відхилення від паралельності та перпендикулярності осей головних отворів відносно плоских поверхонь складають 0,01/200…0,15/200, граничні кутові відхилення осі одного отвору відносно осі іншого — 0,005/200…0,01/200.

6. Точність відстані від осей головних отворів до базуючої площини для більшості деталей складає 0,02…0,5 мм, точність відстаней між осями головних отворів — 0,01…0,15 мм, співвісність отворів — в межах 0,002…0,05 мм.

7. Параметр шорсткості плоских базуючих поверхонь R_a = 2,5…0,63 мкм, параметр шорсткості поверхонь головних отворів R_a = 1,25…0,16 мкм, а для відповідальних деталей — до R_a = 0,08 мкм.

Наведені параметри точності є загальними для всього різноманіття різних за конструкцією корпусних деталей машин.

У багатьох випадках допустимі відхилення регламентуються відповідними стандартами. У конкретних же випадках, на всі розміри корпусних деталей, що входять в розмірні ланцюги машини, вузла чи механізму, відхилення необхідно визначати аналітично на підставі вибраних методів рішення тих розмірних ланцюгів, ланками яких є відповідні відстані, розміри чи координати положення поверхонь корпусних деталей.

3. Матеріал і заготовки

Матеріал. Марку матеріалу для виготовлення корпусних деталей вибирають, виходячи із службового призначення корпуса та умов його роботи. При цьому враховують вплив властивостей матеріалу на такі конструктивні параметри, як міцність та жорсткість конструкції, вібростійкість, зносостійкість окремих поверхонь, габарити і масу деталі. Одночасно необхідно враховувати технологічні фактори, які визначають методи одержання заготовки, оброблюваність матеріалу і пов’язані з цим грошові затрати. Як матеріал для виготовлення різних корпусних деталей застосовують, головним чином, сірий чавун, рідше вуглецеву сталь, використовують також кувальний чавун, леговану сталь і сплави кольорових металів.

Сірий чавун є основним конструктивним матеріалом для виготовлення корпусних деталей. При відносно невисокій вартості він має добрі ливарні властивості, що дозволяє отримувати виливки складної конфігурації. Сірий чавун добре обробляється і має непогані фізико-механічні властивості, які можна змінювати у потрібному напрямку за допомогою модифікації чавуну і термічної обробки. Виливки з сірого чавуну мають високу циклічну в’язкість, що сприяє демпфіруванню коливань. Корпусні деталі металорізальних верстатів, корпуси сільськогосподарських і підйомно-транспортних машин, корпуси різних стаціонарних редукторів, центробіжних насосів виготовляють з сірого чавуну марок СЧ15, СЧ18, СЧ21.

Для малонавантажених деталей типу кришок, плит, піддонів застосовують чавун СЧ12. Корпусні деталі з напрямними, до яких висуваються підвищені вимоги щодо зносостійкості, виготовляють з сірого чавуну СЧ21 і модифікованого чавуну марок СЧ32, СЧ35. Модифікування чавуну сприяє отриманню необхідної форми графіту, зокрема, шароподібного, створенню однорідної структури і підвищенню його міцності. Воно здійснюється шляхом введення в чавун присадок феросиліцію, сілікоалюмінію, церію, магнію і тощо.

Виливки прецизійних верстатів повинні мати однорідну безпористу структуру і мати високі фізико-механічні властивості, рівномірну нормовану твердість, зносостійкість та добру оброблюваність.

Для одержання тонкостінних виливок застосовують чавуни з підвищеним змістом фосфору, який сприяє поліпшенню ливарних властивостей, а також високим змістом вуглецю (до 3,6%) і кремнію (до 2,8%).

Плити супутників роблять зі сталей 30Л, 40Х, 12ХН3А, 20Х3ВМФ. Корпусні деталі ходової частини машин, що працюють під великим навантаженням, виконують з сірого чавуну СЧ21, СЧ24, а також з кувального чавуну К4 35−10. Для одержання підвищеної міцності картери задніх мостів автомобілей великої вантажопідйомності виготовляють з ливарних сталей 40Л, 40ЛК. Кувальний чавун і ливарні сталі застосовують також для виготовлення корпусних деталей сільськогосподарських і дорожніх машин, які піддаються вібраціям, ударним і знакозмінним навантаженням. Блоки циліндрів, головки блоків різних двигунів роблять з чавуну марок СЧ21, СЧ24 і алюмінієвих сплавів.

Корпуси високонапірних насосів, компресорів виготовляють з чавунів підвищеної міцності СЧ24, СЧ28 або сталевого лиття, корпуси парових турбін, що працюють при температурі 250…400 єС і високому тиску — з модифікованих чавунів підвищеної міцності або вуглецевої сталі 30Л. Для корпусів парових турбін застосовують також леговані (молібденові та хромомолібденові) сталі. Корпуси електродвигунів відливають зі сталі 15Л. Корпусні деталі, що працюють стикаючись з агресивним середовищем, кислотами, лугами, морською водою, виготовляють з корозійностійких матеріалів, зокрема, легованих хромистих чи хромонікелевих сталей 12Х18Н9Т, 20Х23Н13, а також бронзи і ливарної латуні ЛК80−3Л. Для корпусних деталей малої маси широко застосовують алюмінієві та магнієві сплави АЛ4, АЛ8, АЛ10 В, АЛ13. Одержання з них точних виливок під тиском дозволяє значно зменшити трудомісткість обробки деталей різанням. Корпусні деталі з легких сплавів широко використовують в авіації та транспортному машинобудуванні.

Зварені корпусні деталі редукторів, зварені деталі типу кронштейнів, косинців у більшості випадків виготовляють з листової маловуглецевої сталі Ст3, Ст4. Штампозварені картери задніх мостів автомобілів роблять з листової сталі 35, 40. У порівнянні з литими картерами вони мають менші габарити і масу, що дозволяє отримувати більш високий коефіцієнт використання металу.

Заготовки. Заготовки корпусних деталей виготовляють литтям або зварюванням.

Виливані заготовки одержують литтям у формувальну суміш, у кокіль, в оболонкові форми, під тиском, для дрібних і легких деталей застосовують лиття за виплавлюваними моделями. Зварені заготовки одержують різанням або штампуванням окремих елементів з листового чи профільного прокату з наступним зварюванням.

Лиття у формувальну суміш є найпоширенішим способом одержання заготовок корпусних деталей внаслідок його універсальності та відносно незначних початкових затрат. Вибір того чи іншого методу формування залежить від конструктивних форм і розмірів виливки, потрібної точності та серійності виробництва.

Ручне формування застосовують для одержання різних виливок в одиничному і серійному виробництвах і при виготовленні великих деталей.

Формування в ґрунт застосовують переважно в одиничному виробництві для одержання виливок середніх і великих розмірів, формування в опоках — у всіх випадках, коли є необхідні парні опоки.

Машинне формування по металевих моделях застосовують для одержання дрібних і середніх виливок в серійному і масовому виробництві.

Лиття в кокіль або в металеву форму застосовують в серійному і масовому виробництві для заготовок з кольорових сплавів, чавуну і сталі.

Литтям в кокіль виготовляють заготовки розмірами до 1,5 м, вагою звичайно — до 85 кг.

Лиття під тиском застосовують для одержання заготовок корпусних деталей з кольорових сплавів (цинкових, магнієвих, алюмінієвих, мідних). Литтям під тиском можуть бути одержані заготовки складної форми, фасонні, тонкостінні з отворами різних розмірів, внутрішніми і зовнішніми різями. Заготовки, одержані литтям під тиском, мають високі механічні властивості та гарний зовнішній вигляд.

В деяких випадках для одержання невеликих тонкостінних виливок корпусних деталей застосовують лиття в оболонкові форми. Цим способом одержують виливки заготовок з різних матеріалів розмірами до 500…700 мм і вагою до 30 кг.

Всі заготовки необхідно піддавати термічній обробці. Вид термічної обробки і режими визначають в залежності від матеріалу виливки, її призначення, конструктивної форми і технічних вимог. Виливки з сірого чавуну, як правило, піддають низькотемпературному відпалюванню для зняття внутрішніх напружень, підвищення в’язкості, запобігання жолоблення і створення тріщин при механічній обробці та експлуатації.

4. Основні способи базування

Клас корпусних деталей багатий на різні схеми базування. Найбільш поширеними з них є такі:

1. Базування за трьома взаємно-перпендикулярними поверхнями (базування в координатний кут). Переваги — простота пристрою. Недолік — неможливість забезпечення правильності розташування на деталі осей симетрії, якщо такі є.

2. Базування за площиною і двома класними отворами під пальці (один циліндричний, другий — зрізаний). Переваги — простота пристрою і можливість забезпечення правильного розташування осей симетрії. Недолік — необхідність в додатковій та точній обробці базових отворів, навіть якщо такі отвори не передбачені в конструкції деталі.

3. Базування за двома площинами і одним отвором (під ромбічний палець). Перевага — простота пристрою. Недолік — застосувати можна лише для деталей, у яких на осі симетрії розташований точний отвір.

Всі вказані схеми базування є повними, тобто позбавляють заготовку шести ступенів вільності. На практиці зустрічаються також й інші схеми, які у більшості випадків є комбінацією розглянутих вище.

Базування деталей, що мають складну просторову форму, утруднене необхідністю багаторазового використання як баз необроблених поверхонь. В цих випадках рекомендується використовувати пристрої супутника, який повинен бути сконструйованим так, щоб всі оброблювані поверхні мали вільний доступ для обробки. В цьому випадку деталь на всіх операціях обробляється у супутнику без відкріплення її між операціями (схема базування повинна бути повною).

5. Варіанти технологічного маршруту

Корпусні деталі характеризуються багатоваріантністю обробки. Складна корпусна деталь може мати сотні різних варіантів обробки. Тому говорити про типовий маршрут можна тільки відносно до тієї чи іншої групи деталей, оскільки маршрути обробки кожної з груп дуже відрізняються один від одного. Не прив’язуючись до конкретної групи корпусних деталей, можна лише розглянути два варіанти етапів, по яких може будуватись маршрут обробки кожної конкретної корпусної деталі. При цьому кожний етап складається з декількох операцій.

Розглянемо ці варіанти.

Варіант 1 (базується на принципі концентрації операцій та переходів)

1. Розмітка заготовки

2. Чорнова і чистова обробка всіх плоских поверхонь

3. Повторна розмітка

4. Чорнова і чистова обробка основних отворів

5. Третя розмітка

6. Обробка допоміжних отворів

7. Фінішна обробка плоских поверхонь

8. Фінішна обробка основних отворів Переваги варіанта: простота, комплексність, мінімальний шлях до досягнення кінцевої мети, висока продуктивність та низька собівартість, незначна кількість верстатів, незначні виробничі площі.

Недоліки варіанта: неможливість забезпечення високої точності обробки та можливість жолоблення деталі після її виготовлення і навіть в процесі експлуатації.

Даний варіант побудови маршруту може бути застосований тільки для деталей, до яких не висуваються високі вимоги по точності.

Варіант 2 (базується на принципі диференціації операцій та переходів).

1. Розмітка заготовки

2. Чорнова обробка всіх плоских поверхонь

3. Повторна розмітка

4. Чорнова обробка всіх основних отворів

5. Старіння

6. Третя розмітка

7. Чистова обробка всіх плоских поверхонь

8. Чистова обробка всіх основних отворів

9. Четверта розмітка

10. Обробка допоміжних отворів

11. Фінішна обробка плоских поверхонь

12. Фінішна обробка основних отворів Переваги варіанта: можливість забезпечення високого ступеня точності деталей.

Недоліки варіанта: велика трудомісткість, більш висока собівартість, необхідність у великій кількості обладнання та додаткових виробничих площах.

Варіант застосовується для деталей з підвищеними вимогами щодо точності та прецизійних деталей. Обидва варіанти закінчуються обов’язковим миттям і сушінням деталей.

Використана література

1. Проектирование технологии / Под ред. Ю. М. Соломенцева. — М.:М., 1990. — 416 с.

2. Руденко П. А. Раздел 3. Технология изготовления машин: Конспект лекцій. — Чернишов, 1986. — 159 с.

3. Технология машиностроения (специальная часть) / Гусев А. А., Ковальчук Е. Р., Колосов И. М. и др. — М.:М., 1986. — 480 с.

4. Якимов О. В., Гусарев В. С., Якимов О. О., Линчевський П. А. Технологія автоматизованого машинобудування. — К. 1994. — 400 с.