Размещено на http://www.allbest.ru/

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МОРСКОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Реферат

На тему: Обработка коленчатых валов и роторов винтовых компрессоров

Выполнил Поляков Н.А.

Преподаватель: Ива А.А.

Санкт-Петербург 2015



Оглавление

• ИЗГОТОВЛЕНИЕ КОЛЕНЧАТЫХ ВАЛОВ
• Назначение коленчатых валов, условия работы, конструктивные особенности
• Материал и способы получения заготовок
• Изготовление коленчатого вала
• Контроль изделия
• ИЗГОТОВЛЕНИЕ РОТОРОВ ВИНТОВЫХ КОМПРЕССОРОВ
• Назначение роторов, конструктивные особенности, условия работы
• Материал и способы получения заготовок
• Изготовление ротора винтового компрессора
• Оборудование и инструмент, применяемые при обработке роторов
• Методы контроля роторов винтовых компрессоров
• Список используемой литературы


ИЗГОТОВЛЕНИЕ КОЛЕНЧАТЫХ ВАЛОВ

Назначение коленчатых валов, условия работы, конструктивные особенности

Кривошипно-шатунный механизм компрессора, состоящий из коленчатого вала, шатуна, крейцкопфа или поршня, служит для преобразования вращательного движения коленчатого вала в возвратно-поступательное движение крейцкопфа или поршня, а также для передачи усилия с коленчатого вала на поршень цилиндра для производства работы -- сжатия газов.

Коленчатый вал является наиболее нагруженной деталью компрессора, так как всю мощность от двигателя он передает шатунам и масляному насосу. Коленчатый вал во время работы испытывает переменные динамические нагрузки, поэтому он должен быть достаточно жестким, чтобы под действием рабочих нагрузок обеспечивать необходимую точность движения перемещающихся частей, обладать высоким сопротивлением усталости. Трущиеся поверхности коленчатого вала должны иметь высокую износостойкость.

Коленчатые валы отличает ряд конструктивных особенностей, обусловливающих специфику их обработки (рис. 1):

цилиндрические поверхности не имеют общей оси -- коренные шейки 1 н 4 расположены на одной оси, а шатунные 2 и 3 -- на других осях;

наличие сравнительно больших плоских поверхностей, не являющихся поверхностями вращения; наличие различного числа колен, расположенных под определенными углами. Коленчатые валы компрессоров разных типов можно разбить на три технологические группы:

1) коленчатые валы первой технологической группы имеют следующие параметры: диаметр шатунной шейки 30--85 мм; длина коленчатого вала 25--1000 мм; масса коленчатого вала 3--50 кг;

2) вторая технологическая группа: диаметр шатунной шейки 90--130 мм; длина коленчатого вала 1000--2000 мм; масса коленчатого вала 75 -- до 250 кг;

3) третья технологическая группа: диаметр шатунной шейки 130--300 мм; длина вала 2000--6000 мм; масса вала 400--6000 кг

Рис 1 Коленчатый вал унифицированного поршневого компрессора П110

Производство коленчатых валов различных технологических групп отличается технологией изготовления, применяемым оборудованием, методами термической обработки, подъемно-транспортными средствами.



Материал и способы получения заготовок

коленчатый вал ротор компрессор

Коленчатые валы изготовляют из высококачественной углеродистой стали марок 40 и 45 или легированной стали марки 40Х. Марку стали выбирают так, чтобы обеспечивались высокая пластичность и возможность закалки трущихся поверхностей. В связи с низкими литейными свойствами стали и недопустимостью каких-либо пороков н материале (свойственных стальному литью) заготовки коленчатых валов получают обработкой давлением.

В единичном и мелкосерийном производствах для коленчатых валов третьей технологической группы заготовками являются поковки. Форма и размеры поковок значительно отличаются от формы и размеров готовых коленчатых валов. Поковки выполняют на мощных парогидравлических прессах.

В серийном и крупносерийном производствах заготовки валов второй технологической группы получают горячей штамповкой. Штамповка заготовок включает в себя предварительную и окончательную штамповку, обрезку облоя на обрезном прессе, горячую правку в штампах подмолотом. Поковки коленчатых валов подвергают термической обработке для получения, определенного качества материала.

Штампованные заготовки подвергают нормализации для снятия внутренних напряжений. Режим нормализации: загрузка в печь при 450 °С; нагрев в течение 8 ч до 950 °С; выдержка в печи в течение 3 ч при температуре 950 °С; охлаждение с печью в течение 3 ч до 640 °С; охлаждение на воздухе.

После термической обработки заготовки очищают от окалины.

Окопки небольших размеров очищают от окалины путем дробеструйной обдувки, а на крупных поковках окалину снимают пневматическими молотками. Для испытания механических свойств материала поковок припуск на длинном конце вала увеличивают на 60--100 мм (для изготовления образцов). При испытании образцов производят проверку на ударную вязкость, предел текучести, относительное удлинение и твердость.

Очень малые коленчатые валы (например, для компрессоров домашних холодильников) изготовляют непосредственно из прутка, т. е. резанием без предварительной обработки давлением.

Весьма перспективно изготовление коленчатых валов из модифицированного литейного чугуна марки ВЧ 50-1,5, так называемого высокопрочного чугуна. Проведены экспериментальные исследования по применению чугунных коленчатых валов для компрессоров средней мощности. Длительные испытания компрессора с литым коленчатым валом показали целесообразность его применения. Литые чугунные коленчатые валы имеют существенные преимущества по сравнению с коваными к штампованными стальными

1) возможность получения более рациональных конструктивных форм, например, пустотелых шеек и щек, что помимо облегчения вала позволяет значительно снизить трудоемкость получения масляных каналов;

2) более высокий коэффициент использования металла за счет меньшего количества снимаемой стружки; например, на литых чугунных автомобильных коленчатых валах снимается стружки в 3 раза меньше, чем на штампованных стальных; помимо экономии металла снижаются затраты труда на обработку;

3) шатунные шейки коленчатых валов из высокопрочного чугуна можно не подвергать термической обработке, так как антифрикционные свойства этого чугуна настолько высоки, что износ шеек без термической обработки меньше, чем у закаленных стальных;

4) меньше чувствительность чугуна к концентрации напряжений.

Литые чугунные коленчатые валы широко применяют в автотракторной промышленности.

Перспективным направлением является применение сборной конструкции коленчатого вала. Коренные и шатунные шейки изготовляют отдельно, затем собирают путем запрессовки в соответствующие отверстия пластинщек. В этом случае весьма упрощаются как заготовительные процессы, так и процессы механической обработки.

Изготовление коленчатого вала

Изготовление коленчатого вала рассмотрим на примере коленчатого вала унифицированного поршневого компрессора П110.

Основные поверхности и анализ технологичности конструкции коленчатого вала (см. рис. 1). Коленчатый вал -- двухопорный, колена расположены под углом 180°.

На концах вал имеет центровые отверстия, являющиеся искусственными технологическими базами для основных операций.

Для облегчения обработки размеры канавок под призматические шпонки в основном унифицированы. Это позволяет обрабатывать все пазы одной фрезой. Шпоночная канавка (на правом конце вала) не может быть унифицирована, что объясняется иными условиями работы сопрягаемой с ней шпонки.

Внутренние резьбы предназначены для установки заглушек на свободных концах масляных каналов. Все внутренние резьбы имеют одинаковые диаметр и шаг. Это позволяет сверлить отверстия сверлом одного диаметра, нарезать резьбы одним метчиком. На собранном компрессоре участок вала 080 мм с отверстием под масляный канал находится внутри корпуса сальника, куда масло нагнетается насосом, а затем через систему масляных каналов подается к трущимся поверхностям шатунных шеек и нижних головок шатунов. Шатунные шейки испытывают во время работы трение и потому для повышения износостойкости их подвергают поверхностной закалке на глубину 3 ± 0,5 мм до твердости HRC 52--62, параметр шероховатости поверхности шатунной шейки Ra 0.32 мкм.

Коренные шейки сопрягаются с внутренними кольцами подшипников качения и потому не испытывают трения. Диаметральные размеры 090кб коренных шеек унифицированы. Параметр шероховатости их поверхности Ra -- 1.25 мкм.

Правый (длинный) конец вала имеет конический участок, сопрягаемый со шкивом-маховиком. Коническое сопряжение позволяет лучше центрировать шкив маховик, чем цилиндрическое сопряжение с зазором. Применение же посадки с натягом затрудняет снятие шкива маховика, которое часто производят при ремонте.

Анализ технических требований. Посадочные поверхности шатунных шеек (см. рис. 1) обрабатываются по квалитету 7, коренных шеек -- по квалитету б, с параметром шероховатости поверхности соответственно Ra - 0,32... 1,25 мкм.

Предъявляются повышенные требования к точности геометрической формы коренных и шатунных шеек. Овальность и конусность допускаются в пределах 0,5 допуска на диаметральный размер, что составляет величину порядка 0,01 --0,02 мм. Пели допустить большие отклонения от геометрической формы коренных и шатунных шеек, то это приведет к ускоренному износу подшипников качения и вкладышей нижних головок шатунов. Значительная овальность конусного участка будет вызывать расшатывание шкива на валу, а на участке 0 80 мм -- нарушение герметичности сальника.

Строгие требования предъявляются к точности взаимного расположения обеих коренных шеек 0 90кб и конусного участка. Допуск радиального биения коренных шеек относительно оси коленчатого вала 0,03 мм. других участков -- 0,05 мм. Биение коренных шеек приводит к ускоренному изнашиванию подшипников. Назначаются также допуски параллельности оси шатунных шеек осям коренных шеек в пределах 0,02 мм на 100 мм длины. Невыполнение этого требования приводит к расшатыванию шатуна на коленчатом валу, а за ним всей шатунно-поршневой группы. Биение торцов (связанных размерами 301 ± 0,2; 315--0,33 и 80$}.⁵змм) в пределах 0,03--0,06 мм на диаметре 100 мм.

Назначаются также допуски расположения боковых поверхностей шпоночных пазов: допуски параллельности относительно оси и симметричности относительно диаметральной плоскости вала 0,03--0,05 мм на 100 мм длины. Коленчатые валы компрессоров П110, П220, П165 предельно унифицированы. Эго позволяет использовать при изготовлении коленчатых валов указанных компрессоров одинаковое оборудование и практически ту же оснастку.

Материал и вид заготовки коленчатого вала. Коленчатый вал компрессора НПО изготовляют из стали 45.

Заготовка получена горячей штамповкой. Противовесы отштампованы за одно целое с валом. Масса заготовки 98 кг. Коэффициент использования металла 0,78. Общий припуск на коренные шейки составляет 15 мм на диаметр. а на шатунные шейки-- 10 мм.

Общий припуск на длину вала составляет 40 мм. т. е. по 20 мм на каждый конец (объясняется округленной формой концов штампованной заготовки).

Для выравнивания и улучшения структуры, а также для устранения внутренних напряжений заготовки вала до начала механической обработки подвергают нормализации. Затем очищают от окалины в дробеструйной камере.

Выбор маршрута обработки и оборудования. На маршрут обработки коленчатого вала в большой степени влияет наличие операции термической обработки шатунных шеек. Эху операцию желательно выполнить как можно раньше, потому что после нее в заготовке возникают внутренние напряжения, которые могут привести к изменению взаимного положения поверхностей вала. С другой стороны, термическую обработку следует проводить после токарной обработки шатунных шеек и после сверления Ь них масляных каналов. В противном случае выполнение этих операций станет невозможным из-за высокой твердости закаленного слоя.

Таким образом, маршрут обработки вяла можно разбить на два этапа. Первый этап -- обработка заготовки до термической обработки шатунных шеек, а именно: подрезка торцов, сверление центровых отверстий, токарная обработка коренных и шатунных шеек, сверление отверстий под масляные каналы в них. Второй этап -- после закалки шатунных шеек: вторичная центровка, так как после закалки центровые отверстия могут потерять точность своей формы; окончание токарной обработки длинного конца вала, сверление отверстий 0 18,4⁺⁰*^аз мм и нарезание в них резьб, нарезание наружных резьб, фрезерование шпоночных канавок, окончательная обработка посадочных шеек вала.

В условиях серийного производства в основном используют универсальное оборудование со специальными приспособлениями. Исключение составляют некоторые операции, например, шлифование шатунных шеек (которое трудно выполнить на станке общего назначения).

Рис. 2. Искажение положения деталей шатунно-поршневой группы вследствие отклонения от параллельности осей шатунных и коренных шеек



Рис 3. Схемы фрезеровании торцов и зацентровки на фрезерно-центровальном станке 1-- фрезерование торцов; позиция 2 -- сверление центровых отверстый

По мере увеличения объема производства компрессоров, что стало возможным благодаря унификации компрессоров и их деталей, целесообразно применение специализированных станков, многорезцовых гидрокопировальных полуавтоматов, агрегатных станков. Так, изготовление коленчатых валов производится из механизированной поточной линии, в которой все оборудование расположено по ходу технологического процесса, усовершенствована транспортировка заготовок с одной операции на другую. На всех операциях применяется высокопроизводительное оборудование и специальные приспособления, позволяющие обеспечить требуемое качество и точность деталей.

Проектирование основных операций механической обработки. На первых операциях механической обработки обрабатываются поверхности, которые впоследствии используются как базовые для большинства операций. Для коленчатого вала такими базами являются центровые отверстия.

Операция выполняется на двустороннем фрезерно-центровальном станке 73CI, заранее настроенном на заданные размеры (рис. 3).

Коленчатый вал устанавливается в призмы 1 по поверхностям коренных шеек с фиксацией в осевом направлении по упору 2. Торцы обрабатываются фрезами с твердосплавными пластинками, а центровые отверстия -- сверлами из быстрорежущей стали Р18.

Автоматический цикл работы станка состоит из следующих этапов: подвод стола с заготовкой к фрезам, рабочая подача инструментального шпинделя (фрезерование), отвод стола от фрез в исходную позицию, подвод сверлильных шпинделей к заготовке, рабочая подача сверлильных шпинделей (сверление), отвод сверлильных шпинделей в исходное положение, выключение станка.

Одновременное фрезерование двух торцов обеспечивает их параллельность. Кроме того, использование данного станка позволяет получить центровые отверстия с осями, перпендикулярными торцам. Особенностью обработки на фрезерно-центровальном станке является получение заготовок с одинаковой глубиной центровых отверстий, что позволяет при последующей токарной обработке на универсальных станках обеспечить требуемую точность линейных размеров. При использовании в последующем гидрокопировальных автоматов точность зацентровки по глубине не имеет значения.

Далее следуют операции предварительного обтачивания короткого н длинного концов вала с подрезкой торцов (рис. 4).

Выполняется операция на гидрокопнровалыюм полуавтомате 1Б732. Для выполнения операции обтачивания применяют также многорезцовые гидрокопировальные полуавтоматы типа 1719, 1Н713, 1722, 1723.

Рис. 4. Схема обтачивания ступеней вала с подрезкой торцов на гидрокопировальном полуавтомате

Заданные размеры получаются автоматически, поэтому заготовку необходимо базировать в продольном направлении по торцу А, для чего передний центр станка должен быть плавающим (подпружиненным). При поджатии заготовки задним центром она вместе с передним центром перемещается влево, пока поверхность А не коснется шпинделя. Для ускорения закрепления заготовки на станке пиноль задней бабки перемещается и закрепляется гидравлическим устройством.

Обтачивание поверхностей осуществляется резцом, установленным в гидрокопировальном суппорте. Резец с помощью гидравлического следящего устройства воспроизводит на заготовке форму установленного на станке копира. По окончании обработки резец быстро отводится от заготовки и переходит в исходное положение.

Подрезка торцов выполняется с помощью переднего подрезного суппорта. Полуавтоматы имеют достаточно большую мощность главного привода и большую жесткость, что позволяет применять более форсированные режимы резания, чем на универсальных станках.

В серийном и мелкосерийном производствах для обтачивания ступеней вала применяют станки с программным управлением.

Токарные станки с программным управлением (16К20ПУ, 1Б732ФЗ и др.) оснащают одним или двумя суппортами с поворотными резцедержателями, револьверной головкой и суппортом. В зависимости от выбранной схемы возможна последовательная, параллельная и параллельно-последовательная обработка.

На этих станках по программе меняется лишь подача, частота вращения шпинделя не регулируется, се устанавливают по диаметру средней шейки вала.

В единичном производстве для этих операций применяют универсальные токарные станки.

После обработки коренных шеек коленчатого вала обрабатываются шатунные шейки.

Предварительное обтачивание шатунных шеек выполняется на специальном многорезцовом станке МК-857. На данной операции базовыми поверхностями являются обработанные на предыдущей операции коренные шейки.

Специализированная наладка, применяемая для обработки шатунных шеек, показана на рис. 5. Она состоит из планшайбы /, навинчиваемой на шпиндель станка и являющейся ведущей, и планшайбы 4 -- ведомой, вращающейся на бронзовой втулке, закрепленной на шпинделе задней бабки. Коренные шейки обрабатываемого коленчатого вала устанавливают во втулках кронштейнов 3, привернутых к планшайбам болтами.

Рис. 5. Специализированная наладка для обработки шатунных шеек коленчатых валов 1-Ведущая планшайба; 2-угунные противовесы ; 3-втулки кронштейнов;4- Ведомая планшайбы ; уравновешивания приспособления к планшайбам прикреплены чугунные противовесы 2.

Обтачивание шатунных шеек в мелкосерийном и единичном производствах (рис. 6) выполняется на универсальных токарных станках с помощью специальных приспособлений (центросместителей).

Вращение заготовке вместе с центросместителями 4 и 5 сообщается специальной планшайбой, навинченной на шпиндель. На планшайбе размещаются передний центр 2, кулачки 3,



Рис. 6. Схема обтачивания шатунных шеек на токарном станке с помощью центросместателя 1-противовес; 2-передний центр; 3-кулачки4 4,5- центростремители

Центросместители обеспечивают совмещение оси, обрабатываемой (сначала одной, потом другой) шатунной шейки с осью шпинделя.

Шатунные шейки валов третьей технологической группы обрабатываются на специализированных станках. Вал устанавливается на призмы коренными шейками и во время обработки остается неподвижным. Обработка шатунных шеек осуществляется резцами, закрепленными на суппортах, расположенных на вращающейся кольцевой планшайбе.

Следующая операция перед термической обработкой шатунных шеек -- сверление отверстий в них на радиально-сверлильном станке 2М55.

Коленчатый вал устанавливают в поворотное приспособление; установочными базами являются коренные шейки. На шатунную шейку устанавливают кондуктор и сверлят 4 отверстия в одной шейке, затем коленчатый вал поворачивают на 180° и сверлят отверстия в другой шатунной шейке. На этом завершается первый этап обработки коленчатого вала. Далее выполняют операцию термической обработки шатунных шеек. Поскольку здесь требуется местная поверхностная закалка с отпуском, нагрев ведут токами высокой частоты.

Коленчатый вал устанавливают на специальном станке в горизонтальном положении. Шатунные шейки закаливают с помощью разъемных кольцевых индукторов, состоящих из двух половин (рис. 7), образующих замкнутый контур, по которому пропускается электрический ток высокой частоты. К источнику этого тока индуктор подключается шинами 5 и 7, изолированными друг от друга диэлектриком 6. Для обеспечения лучших условий передачи тока основные части половинок индуктора соединены с шинами 5 и 7 набором гибких пластин 8 из тонких полос меди. Другие концы 3 н 4 половин индуктора во время термической обработки плотно прижаты друг к другу прижимом. По окончании термической обработки этот прижим снимается, обе половины индуктора раскрываются, поворачиваясь вокруг шарниров 9, индуктор отводится в сторону, а затем ставится в другую шейку. Применение кольцевых индукторов позволяет автоматизировать управление процессом. В качестве охлаждающей среды применяют воду, которая подается по трубкам 10 и 1 в камеры А и Б, а отводится вода через трубку 2 из камеры А и многочисленные мелкие отверстия из камеры Б.

Твердость шатунных шеек проверяют до окончательного шлифования не менее чем в двух точках. Глубину закаленного слоя проверяют на образцах для партии коленчатых валов 50 шт.

После термической обработки вала, перед тем как приступить к окончательной обработке ступеней вала, производят растачивание центровых отверстий.



Рис. 7 „ Индуктор для термической обработки шатунных шеек 2 труба отвода воды; 3,4 концы индуктора; 5,7 шины тока; 6 диэлектрик; 8 набор гибких пластин; 9 шарнир; 10,1 трубки подачи воды

Операцию выполняют на универсальном токарно-винторезном станке мод. 16К20 за два установа. Обработка производится специально заточенным резцом Назначение операции состоит как в исправлении формы центрового отверстия, которая могла быть искажена вследствие больших нагрузок при выполнении черновых операций, так и в исправлении положения центровых отверстий, которое могло измениться в результате действия внутренних напряжений при термической обработке. Применение резца, а не конического зенкера объясняется тем, что резец, являясь однолезвийным инструментом, меньше отжимается под действием сил резания, чем зенкер.

Последующие токарные операции завершают обработку короткого и длинного концов вала. Выполняется чистовое обтачивание на станках тех же моделей, что и при черновом обтачивании, и при тех же схемах обработки (см. рис. 4), но при других режимах резания.

После чернового обтачивания всех посадочных шеек вала производится сверление трех отверстий 0 18,4 мм и одного 0 10 мм. Операцию выполняют на агрегатно-сверлильном станке с помощью сверлильных силовых головок. Коленчатый вал базируется коренными шейками в призмах и закрепляется. Схема сверления приведена на рис. 8.

Рис. 8. Схема одновременного сверления отверстий и коленчатом валу унифицированного поршневою компрессора ППО

В мелкосерийном производстве эти операции выполняют на специальном станке дли глубокого сверления.

Сочетание поворотного стола со сменными, прикрепляемыми к нему кондукторами позволяет значительно упростить конструкцию и обслуживание кондукторов в тех случаях, когда отверстия расположены с разных сторон заготовки, тем самым расширяя технологические возможности станка. В этой операции сверлят все оставшиеся отверстия (см. рис. 1), зенкуют фаски в трех отверстиях 0 18,4 мм, нарезают в них резьбу М20Х 1,5--7Н на длину / = 15 мм. В связи с унификацией резьб нарезание производят без смены метчика. При зенковашш фасок и нарезании резьб планки с кондукторными втулками должны быть откинуты или вынуты кондукторные втулки. Для нарезания глухих резьб применяют предохранительные патроны.

Следующая операция -- нарезание наружных резьб на трех участках вала. Операцию выполняют на токарно-винторезном станке резьбовым резцом при установке вала в центрах.

Шпоночные пазы в зависимости от их вида фрезеруют дисковыми или концевыми фрезами. Установку коленчатого вала производят в двух призмах с базированием по коренным шейкам, или в центрах -- с базированием по центровым отверстиям.

Одну операцию выполняют на фрезерно-шпоночном станке, где фрезеруют два шпоночных паза шириной 10 мм каждый концевой фрезой. Вторую операцию выполняют на вертикально-фрезерном станке (рис. 9), где фрезеруют канавку шириной 12 мм под сегментную шпонку на конусном участке вала. Обрабатывают канавку дисковой фрезой. Совместить эти две операции в одну нецелесообразно в связи с тем, что канавки обрабатываются различными инструментами.

Одно из основных требований, предъявляемых к фрезерованию шпоночных канавок, -- обеспечение параллельности их боковых плоскостей к оси вала -- выполняется благодаря наличию установочных шпонок 1 в основании (плите) 3 приспособления, расположенных в одном из пазов стола, и точному положению базовых плоскостей призм 2 относительно этих шпонок.

Последующие операции -- шлифование коренных, шатунных шеек и конусного участка коленчатого вала.

Шлифование коренных шеек к конусному участку вала выполняют на круглошлифовальном станке в две операции -- предварительное и окончательное шлифование. В качестве базовой поверхности приняты центровые отверстия. Шлифование может производиться методом продольной или поперечной подачи. Обработка с поперечной подачей (врезное шлифование) отличается высокой производительностью, особенно при обработке набором кругов, когда одновременно шлифуют несколько шеек

Рис 9. Схема Фрезерования шпоночного паза

Рис. 10. Схема шлифования ступеней вала на круглошлифовальиом станке

Одновременное шлифование шейки и торца производят на торцешлифовальных станках ХШ-10-Н157, ЗТ16Е с наклоном круга. Для повышения производительности труда на шлифовальных операциях предусматривают устройства для контроля размеров в процессе обработки и выключения подачи при достижении заданного размера. Шлифование шатунных шеек и галтелей выполняют на специальных круглошлифовальных станках ХШ-2-02, ХШ-2-01 (рис. 11). Эти станки от обычного круглошлифовального отличаются тем, что они оборудованы устройством, по назначению своему аналогичным центросместителям.

Рис 11 Схема шлифования шатунных шеек на специальном кругошлифовальном станке

Это устройство является частью станка, в связи с чем станок становится специализированным.

Последняя операция -- отделочная.

При окончательной обработке шатунных шеек с целью получения требуемого параметра шероховатости Ra =0,32 мкм применяются различные методы отделочной обработки шатунных шеек: полирование, суперфиниширование, микродоводка.

Полирование шеек производят абразивной пастой, метод малопроизводителен. Весьма перспективным является метод косоугольной микродоводки. Метод заменил полирование шеек и галтелей. Для микродоводки применяют абразивные бруски Э9М20СТЗК, помещенные в специальной головке.

Обработку производят на токарно-винторезном станке при снятом резцедержателе. Частота колебаний абразивных брусков 50 Гц при угле наклона их к обрабатываемой оси детали 10--15°. В процессе обработки применяют смазочно-охлаждающую жидкость (80 % керосина и 20 % веретенного масла), подача которой на обрабатываемую поверхность центробежным эмульсионным насосом составляет 10--12 л/мин. Применение СОЖ позволяет снимать большой слой металла и удалять стружку из зоны обработки.

Отделочной операцией является также суперфиниширование шатунных шеек. При суперфинишировании шатунных шеек параметр шероховатости поверхности Ra -- 0,16 мкм.

Особенности изготовления валов третьей технологической группы. Из-за больших размеров, массы и из-за малых объемов производства заготовки коленчатых валов получают ковкой без колен. Колена вырезают, как показано на рис. 42. Вначале сверлят несколько отверстий 1 (диаметром 40--50 мм, кратным размеру А), затем дисковой пилой прорезается паз 2. Механическая обработка валов отличается применением универсальных станков, приспособлений режущего и измерительного инструмента, а также необходимостью использования транспортных средств большой грузоподъемности (до 20 т). Много времени занимает разметка и выверка заготовки. Единственной операцией, которая выполняется на специализированном станке, является обработка шатунных шеек и прилегающих к ним поверхностей щек. Заготовка во время обработки неподвижна.

Главное движение совершают резцы, закрепленные на суппортах, расположенных на вращающейся кольцевой планшайбе. Подача может осуществляться как вдоль вала, так и в радиальном направлении -- к оси вращения резцов.



Рис. 12. Схема образования шатунных шеек на больших коленчатых валах

Рис. 13. Центросместитель для обработки шатунных шей 1-Корпус; 2,3-подпружиненные ползуны; 4-затяжная гайка; 5,6-пробки с центровыми гнездами; 7-стопорный винт;

В качестве установочных баз на большинстве этапов технологического процесса обработки коленчатого вала используют центровые отверстия, выполненные на первой операции. Однако в некоторых операциях в качестве базовых используют и другие поверхности, например, поверхности коренных шеек в операциях фрезерования плоскостей под противовесы. При обработке отверстий под масляные каналы за установочные базы иногда принимают поверхности шатунных шеек.

Отсутствие общей оси цилиндрических поверхностей коренных и шатунных шеек требует применения при обработке последних специальных приспособлений -- центросместителей. Базирование коленчатого вала в центросместителе показано на рис. 6.

Центросместитель (рис. 13) выполнен в Биде жесткого корпуса 1 с центральным отверстием диаметром, равным диаметру коренной шейки вала. Коренная шейка устанавливается в центросместитель с небольшим зазором. В вертикальной плоскости симметрии центросместителя на расстоянии от центра отверстия, равном расстоянию между осями коренных и шатунных шеек (А), имеются два параллельных отверстия. В отверстиях установлены пробки 5 и б с выполненными в них центровыми гнездами. Фиксация коленчатого вала в отверстия центросместителя производится с помощью двух самоустанавливающихся, подпружиненных ползунов 2 и 3, которые стопорятся винтами 7. Дополнительное усилие закрепления вала обеспечивается при затяжке гайки 4. При обработке шатунных шеек базирование вала с центросместителем производится в зависимости от обрабатываемой шейки по одному из гнезд 5 или 6.

При фрезеровании шпоночных пазов используют приспособление (рис. 14), состоящее из трех автономных узлов: передней стойки 6, задней стойки 12 и ориентирующего упора 10. Узлы устанавливают непосредственно на столе горизонтально-фрезерного станка и закрепляют винтами с Т образной головкой 1. Для более быстрой и точной ориентации передней стойки в ее нижней части размещены направляющие шпонки 8. Коленчатый вал устанавливается в центрах 11 и 9, расположенных соответственно в задней и передней стойках. Центр 11 является неподвижным. Центр 9 установлен на штоке 5 пневматического цилиндра 3. Ориентирующий упор 10 служит для придания коленчатому валу заданного положения относительно оси центров. При установке коленчатого вала поршни 4 и 2 цилиндра 3 находятся в крайнем левом положении. Вал устанавливают в центр 11. Щека вала доводится до соприкосновения с упором 10, после этого поворотом рукоятки 7 подается сжатый воздух в полости, а пневмоцилиндра. Шток 5 с центром 9 начинает перемещаться по направлению к задней стойке. За счет постепенного нарастания давления в полости, а движение штока с поршнем происходит не слишком быстро, что дает возможность не только ввести центр 9 в центровое отверстие вала, но еще раз проверить его угловую ориентацию. После этого вал закрепляется в принятом положении.

После обработки сжатый воздух подается в полость б пневмоцилиндра. Шток перемещается влево и освобождает коленчатый вал, который вынимают из приспособления. Установка на одном штоке двух поршней объясняется стремлением уменьшить радиальные габариты силового узла при тех же усилиях зажима. Для обеспечения требуемой точности обработки вала к приспособлению предъявляются технические требования:

отклонение от параллельности оси контрольного валика, установленного в центрах, опорной плоскости приспособления не должно превышать 0,02 мм на 100 мм длины;

отклонение от соосности (смещение оси) центров не более 0,02 мм.



Рис. 14. Приспособление для фрезерования шпоночных пазов 1-т-образная головка; 4, 3- цилиндры; 5-шток; 6-передняя стойка;8-направляющие шпонки; 11,9- центры; 10-орентирующий упор; 12- задняя стойка

Контроль изделия

В процессе обработки коленчатых валов возникает необходимость производить проверку линейных размеров от основной базы--торца коренной шейки до торцов шатунных шеек. Проверка производится с помощью специального приспособления (рис. 15) с точностью ±0,01 мм.



Рис. 15. Приспособление для контроля линейных размеров валов 9-корпус; 9,10- призмы; 6-индикатор; 7-стойка; 5-винты; 11-резиновая втулка; 4-регулеровочный винт; 2-стойка; 3-пружина

Приспособление настраивается на заданный размер по эталонной детали. Допустимый диапазон измерений 1 мм.

Приспособление состоит из следующих деталей: корпуса 8, к которому крепятся призмы 9 и 10 (9 -- опорная, 10 -- базирующая) рычага /, расположенного в прорези корпуса и насаженного на ось, вместе с которой он качается. Во Бремя промера один конец рычага упирается в торец коренной шейки коленчатого вала, а другой контактирует с наконечником индикатора 6, закрепленного в стойке 7 с помощью винтов .5 через разрезную втулку 11. Регулировкой винта 4, установленного в стойке 2, и воздействием пружины 3 обеспечивается постоянство контакта рычага с торцом проверяемой детали.

Контрольное приспособление для проверки смещения оси шатунных шеек относительно оси коренных шеек (рис. 16) имеет три индикатора, из них два (2 и 3) расположены в одной плоскости, а третий (5) -- под углом 90°. Стрелки индикатора настраивают на нулевое положение, и любое отклонение показывает



Рис. 16. Контрольное приспособление для проверки смещения оси шатунных шеек относительно оси коренных шеек 1,4- опорные базы; 2,3- индикаторы; 5-индикатор по углом 90

Величину смещения осей шатунных и коренных шеек. Приспособление опорными базами 1 ч 4 плотно устанавливается на коренные шейки коленчатого вала.



ИЗГОТОВЛЕНИЕ РОТОРОВ ВИНТОВЫХ КОМПРЕССОРОВ

Назначение роторов, конструктивные особенности, условия работы

Основными деталями винтовых компрессоров (см. рис. 5) являются роторы с винтовой нарезкой специального профиля, подшипники, уплотнения и шестерни связи, синхронизирующие вращение роторов.

Все многообразие профилей роторов, применяемых в компрессоростроении, можно разделить на две основные группы -- роторы с симметричным и асимметричным профилем зуба. К симметричным профилям относят окружные и эллиптические профили (рис. 17). Недостатком винтовых компрессоров с роторами, имеющими симметричный профиль, является малое давление нагнетания, так как имеет место ограничение по частоте вращения ротора.

Использование роторов с асимметричным профилем позволяет при той же частоте вращения достигать более высокой степени сжатия газа и более высокого КПД- Асимметричные профили могут быть образованы различным сочетанием симметричных профилей. Классическим асимметричным профилем ротора является профиль 4/6. Это означает, что ведущий ротор имеет 4 зубе, ведомый -- 6. Возможны и другие сочетания зубьев.

Основным требованием при проектировании винтовых компрессоров является расчет и обеспечение минимальных зазоров в зацеплении винтовых частей роторов, т. с. необходима повышенная точность изготовления винтовых частей роторов и корпуса.

Материал и способы получения заготовок

Материал для изготовления роторов выбирают с учетом требования обеспечения надежной работы компрессора, наилучших условий обработки, а также с учетом физических свойств сжимаемой среды. Причиной поломки роторов является кратковременный контакт их зубьев вследствие повышения температуры, попадания абразивных или посторонних частиц в рабочую полость. На роторы винтового компрессора действуют переменные силы от давления газа, инерционные силы и крутящие моменты.

Рис. 17. Ротор, ведомый с эллиптическим профилем (с) и ведущий с окружным профилем (б)

В случае резонанса возникают дополнительные напряжения, иногда превышающие напряжения от действующих на роторы сил. Поэтому при выборе материала необходимо наряду со статическими показателями механической прочности учитывать также и динамические показатели: ударную вязкость, предел выносливости, а при работе роторов в области высоких температур явление ползучести.

Основной материал для роторов--стали различных марок, например:

Углеродистая конструкционная качественная--стали 10: 20; 45:

легированная жаропрочная -- (ГОСТ5632--72) -- стали 4Х14Н14В2М; 4Х12Н8Г8МФБ; легированная с заданным коэффициентом теплового расширения (ГОСТ 14081--78) - стали 36Н; ЗЗНК; 47ХНР.

Роторы небольших воздушных компрессоров изготовляют из обычных конструкционных сталей.

При выборе материала роторов следует учитывать, что с повышением температуры изменяются механические свойства сталей, характеризующие прочность и пластичность. У конструкционной стали с малым содержанием легирующих элементов предел прочности до температуры 300- 350 °С практически не меняется, а предел текучести снижается на 15--20 %.

Пластичность и вязкость с понижением температуры обычно уменьшаются, что приводит к уменьшению ударной вязкости.

Важнейшим фактором, влияющим на химическую стойкость материала роторов, является содержание кислорода и серы в сжимаемой газовой среде. При нагревании в воздухе или в кислороде стали подвергаются окислению с образованием окалины. С повышением содержания хрома их сопротивление окислению повышается.

При выборе материалов для изготовления роторов необходимо учитывать физические свойства сталей и сплавов. На рис. 18

Рис. 18. Зависимость средних коэффициентов линейного расширения сталей и сплавов от температуры

1 хромомарганцовая; 2 хромоинкелевая {N1 < 20 %); 3 -- хромоинкелевая (Ni >> 20 %): 4 -- углеродистые низколегированные; б -- легированная на основе W; 6 -- хромистые коррозионно-стойкие стали: 7 -- силаны на основе W; 8-- сплавы на основе Zr

даны средние коэффициенты линейного расширения сталей и сплавов в зависимости от температуры. Различие коэффициентов линейного расширения материалов ведущего и ведомого роторов, а также материалов корпуса и ротора необходимо учитывать при совместном использовании разных материалов. Материалы должны подбираться так, чтобы при эксплуатации винтового компрессора выдерживались соответствующие величины зазоров, особенно зазоров в зацеплении винтовых частей роторов.

В качестве за готовок для изготовления роторов обычно используют поковки, получаемые горячей объемной штамповкой. Поковки после предварительной обработки поверхностей (очистки от окалины и т. д.) проверяют с помощью ультразвукового дефектоскопа или другим способом на отсутствие внутренних дефектов. При этом наличие внутренних пороков металла типа трещин и неметаллических включений в поковках не допускается. Поковки должны иметь твердость НВ 174-217.

В некоторых технически обоснованных случаях допускается изготовлять заготовки для роторов из круглого проката по ГОСТ 2590--71 в нормализованном состоянии с механическими свойствами согласно ГОСТ 1050 74.

Изготовление ротора винтового компрессора

Основные поверхности и анализ технологичности конструкции ротора. На рис. 19 показан ведущий ротор винтового компрессора ИВ К. Основными поверхностями ротора являются поверхности шеек вала по подсадки подшипников, торцы вала, шпоночные пазы, винтовые поверхности профиля, поверхности технологических буртиков, для нарезания винтовой части ротора и др. На концах вала имеются центровые отверстия, являющиеся. технологическими базами для многих операций механической обработки.

К точности размеров, формы, взаимного расположения, а также к шероховатости основных поверхностей роторов винтовых компрессоров предъявляются высокие требования, так как от этих факторов в основном зависят величины зазоров между рабочими органами и, следовательно, эффективность работы винтового компрессора в целом. Отметим, что, например, у маслозаполненных винтовых компрессоров зазоры составляют ~0,08 мм.

Точность размеров основных поверхностей (см. рис. 19) лежит в пределах квалитетов 6--7 ГОСТ 25346--82 (СТ СЭВ 145--75). Параметр шероховатости большинства поверхностей не более.

Ra= 1,25/7-275 мкм. Точность геометрической формы посадочных поверхностей ротора 0jQd=Q,02 мкм, но не более 0,5 допуска на диаметральные размеры.

Требования к точности взаимного расположения поверхностей: допуск. радиального биения посадочных шеек ротора не более 0,03mm;.

Ряс. 19. Ведущий ротор винтового компрессора UBK

Отклонение от перпендикулярности торцовых поверхностен винта относительно посадочных поверхностей под подшипники качения (поверхности М и Я, см.-рис. 19)._не.брлее 0,01 мм;

отклонение от симметричного положения уплотнительного усика' относительно оси зуба и относительно оси впадины не более (5^02 мм.)

Несоблюдение этих требований может привести к перераспределению зазоров между профилями в зацеплении винтовых частей роторов, а также между винтовыми частями и расточками корпуса что приведет к касанию винтовых частей ведомого и ведущего роторов при работе компрессора и выходу последнего из строя.

После фрезерования роторов для снятия внутренних напряжений производят их термическую обработку. Каждый изготовленный ротор подвергается динамической балансировке на опорных поверхностях М и Я, при этом дисбаланс не должен превышать 5 г-см. Снятие металла при балансировке должно осуществляться только с торцов винта, при этом сама балансировка ротора осуществляется в сборе со шпонкой после выверки зазоров в зацеплении роторов в соответствии со сборочным чертежом. После окончательной обработки ротора необходимо произвести контроль качества металла с помощью магнитной дефектоскопии. При этом все данные механической обработки, балансировки и контроля качества роторов следует занести в паспорт ротора для дальнейшего их подбора.

Технологический процесс изготовления роторов. Маршрут обработки роторов винтовых компрессоров, предшествующий процессу нарезания винтовых поверхностей, по существу не отличается от маршрута обработки деталей класса валов, рассмотренных ранее. Вначале обрабатывают базовые поверхности, обычно на фрезерно-центровочном станке ФЦ-2. При этом заготовку устанавливают в приспособление таким образом, чтобы центр заготовки располагался на одной высоте по всей ее длине. Фрезеруют одновременно два торца, выдерживая заданный осевой размер, затем производят одновременно сверление центровых отверстий с двух сторон ротора. Далее производят черновую и получистовую токарную обработку цилиндрических поверхностей ротора, включая и цилиндрическую поверхность винтовой части ротора. В зависимости от программы выпуска компрессоров токарные операции могут выполняться на универсальных токарно-винторезных станках, например, мод. 16К20, либо на токарных станках с ЧПУ 16К20ФЗ, либо на гидрокопировальных полуавтоматах мод. 1722. Заготовка устанавливается в центрах, вращение ее осуществляется с помощью поводкового патрона. Обработку основных цилиндрических поверхностей обычно выполняют за два установа.

В некоторых случаях после черновой токарной обработки производят окончательную подрезку торцов заготовки и окончательную

Рис. 20. Схема фрезерования технологического буртика

обработку центровых отверстий. Для о того отводят задний центр, а к обработанной цилиндрической шейке подводят люнет. Далее последовательно подрезают торец и осуществляют зацентровку. Деталь переустанавливают и аналогичные действия проводят для обработки второго торца и отверстия.

Получистовая обработка может выполняться на токарных станках с ЧПУ, например, на токарно-центровом полуавтомате мод. 1Б732МФЗ.

Следующий этап процесса -- фрезерование технологического буртика с одной стороны ротора (рис. 20). Буртик, образованный на приводном конце ротора парой параллельных плоскостей, используется при нарезании винтовых поверхностен роторов для передачи большой мощности при обработке резанием с помощью поводкового устройства. Конструкции буртиков могут быть различными, но обрабатывают буртики, используя одно и то же оборудование. Операцию выполняют на горизонтально-фрезерном станке. Заготовка устанавливается в приспособление с базированием своими цилиндрическими шейками в призмы. Такая схема базирования обеспечивает параллельность оси заготовки столу станка. Для обработки буртика используют набор из двух дисковых фрез одного диаметра, закрепленных в шпинделе станка.

Далее проводят предварительное шлифование цилиндрической поверхности винтовой части ротора. При этом обеспечивается параметр шероховатости поверхности Ra = 2,5 мкм. Обработку выполняют на кругло шлифовальном станке, например, мод. ЗМ150. Заготовку устанавливают в центрах.

Следующий наиболее важный этап технологического процесса связан с формированием заданного профиля зубьев ротора, от точности выполнения которых зависит надежность винтового компрессора в эксплуатации.

Для изготовления винтовых поверхностей роторов используют методы без снятия стружки и со снятием стружки. К первым относятся литье, прессование выдавливанием, прокатка (в том числе поперечно-винтовая прокатка).

Методы изготовления без снятия стружки используют лишь для формирования винтовых поверхностей на этапе получения заготовки ротора.

При обработке винтовой части роторов наибольшее распространение получил метод фасонного фрезерования с использованием дисковых фрез. Основные преимущества этого метода: простота расчета и изготовления фрез, высокая производительность резания, точность и экономичность обработки роторов, возможность использования твердосплавного инструмента и т. д.

В современном компрессор строения для нарезания зубьев винтовых роторов применяют специальные фрезерные станки, например, станки «Холройд» (Англия) или станки фирмы «Боле» (ФРГ), а также строгальные станки, например, фирмы «Адольф Волдрих» (ГДР). Фрезерные станки позволяют обрабатывать роторы диаметром от 100 до 875 мм.

При обработке на станках «Холройд» деталь устанавливают в станке по центровым отверстиям. Технологическим буртиком фиксируют ее положение с помощью специального поводкового патрона. Патрон снабжен фиксирующим устройством, обеспечивающим точный поворот детали на 90°. Вначале нарезают предварительную канавку на заданный шаг спирали. Канавка получается от совмещения вращательного движения заготовки и перемещения ее вдоль оси. После изготовления первой канавки заготовку поворачивают на 90° и фрезеруют вторую канавку, образуемую аналогично первой. За четыре положения заготовки (каждое положение соответствует повороту на 90°) производится предварительная нарезка зубьев ротора. Во избежание деформаций заготовки и узлов станка при обработке деталь поддерживается с помощью люнетов. Фрезерование роторов диаметром до 200 мм производят в направлении подачи, а роторов больших диаметров -- против подачи. После черновой обработки винтовой поверхности ротора на том же оборудовании фрезеруется винтовой паз прямоугольного профиля, расположенный на винтовой поверхности симметрии каждого зуба. Этой операцией завершаются этапы черновой и получнетовой обработки ротора.

Далее производят чистовую токарную обработку основных цилиндрических поверхностей ротора. Повторяются соответствующие операции предварительных этапов. Используют то же оборудование. Выполняется правка центровых гнезд. На рис. 21 показана схема токарной операции, выполняемой на токарноцентровом полуавтомате с ЧПУ мод. 16К20ФЗ. Схематично показаны траектории движения резцов, цифрами обозначены, но мера опорных точек.

Рис.21. Токарная обработка цилиндрических поверхностей токарно-центровом полуавтомате с ЧПУ

Настройка резцов проводится в соответствии с настроечными размерами Wx и Wz относительно точки ЛГ. Обработка цилиндрических поверхностей, расположенных с одного и другого конца ротора относительно его винтовой части, может осуществляться в одной операции за два установа или за две самостоятельные операции.

После чистовой токарной обработки цилиндрических поверхностей, используя их в качестве основных технологических баз, набором цилиндрических фрез обрабатывают «квадрат», расположенный на месте технологического буртика. Деталь устанавливают в призмы. Операция выполняется аналогично рассмотренной выше. На этом же этапе технологического процесса выполняется обработка пазов под стопорные шайбы, а также шпоночных пазов. Обработка лазов под стопорные шайбы производится на вертикально-фрезерном станке, например, мод. 6540 концевой фрезой Заготовку устанавливают в специальное делительное приспособление. Основные базовые поверхности -- плоскости квадрата и центровые отверстия на противоположной стороне ротора.

Шпоночные пазы для установки призматических шпонок обрабатывают на шпоночно-фрезерном станке, например, мод. 692М. Заготовка базируется в призмах по цилиндрическим поверхностям шеек.

Рис. 22. Схема фрезерования винтовой части ротора

Точность диаметральных размеров обеспечивают в пределах 7-го квалитета. Параметр шероховатости поверхности Ra = 1,25 мкм. Заготовку устанавливают в центрах. Обработку выполняют за два установа. Кроме точности выполнения линейных и диаметральных размеров после шлифования контролируют:

овальность посадочных поверхностей ротора -- не более 0,01 мм;

конусность посадочных поверхностей ротора -- не более 0,01 мм в пределах поверхности;

биение поверхностей относительно оси центров -- не более 0,02 мм;

биение торцовых поверхностей посадочных шеек ротора относительно оси центров -- не более 0,02 мм.

Далее выполняют операцию чистовой нарезки зубьев ротора. На рис. 52 дана схема фрезерования ротора на станке фирмы «Боле» (ФРГ). Заготовка своими обработанными посадочными шейками укладывается на бронзовые втулки опор 2, расположенных слева и справа относительно винтовой части ротора. Вращение передается заготовке с помощью самоцентрирующего плоского поводкового устройства / с твердосплавным центром. Осевое положение ротора фиксируется за счет поджима ротора к поводковому устройству задним центром, для чего задняя бабка снабжена гидравлическим устройством. После нарезания одной винтовой канавки проводится деление и затем обрабатывается следующая канавка и т. д. Существуют двух и трехшпиндельные станки для обработки винтовой части. Такие станки позволяют одновременно обрабатывать число роторов, равное числу шпинделей. По окончании чистовой нарезки зубьев ротора производят окончательное фрезерование паза под усик на профиле зуба. Обработка осуществляется за один установ детали.

Посадочные шейки ротора еще раз обрабатывают на круглошлифовальном станке дня ликвидации их возможных повреждений на предыдущих операциях. Заготовку при этом устанавливают в центрах станка.

После этого на резьботокарном станке нарезают наружную резьбу на цилиндрических концах ротора. Эта резьба может быть обработана и другими методами, например, резьбофрезероваиием.

...