Текст
                    В. К. Ярошевич, А. С. Савич,
В. П. Иванов
Технология
производства и ремонта
автомобилей
Беларусь
Допущено Министерств
в качестве учебного п
обеспечивающих п
по Специальное тям~
«Техническая эксплуатация автомобилей», «Автосервис»
Минск
« Адукацыя i выхаванне»
'2008


УДК 629.33.078(075.8) ББК 39.33-08я73 Я77 Рецензенты: кафедра ремонта машин Белорусского госу¬ дарственного аграрного технического университета (зав. кафед¬ рой В. С. Ивашко, д-р техн. наук, проф.); зав. кафедрой техни¬ ческой эксплуатации автомобилей Брестского государственного технического университета С. В. Монтик, канд. техн. наук, до¬ цент. Ярошевич, В. К. Я77 Технология производства и ремонта автомобилей : учеб. по¬ собие / В. К. Ярошевич, А. С. Савич, В. П. Иванов. — Минск : Адукацыя i выхаванне, 2008. — 640 с. : ил. ISBN 978-985-471-239-0. Изложены основы технологии автомобилестроения, освещены вопросы базирования и закрепления заготовок при обработке на ме¬ таллорежущих станках, точности обработки, технология изготовле¬ ния деталей и принципы проектирования технологических процес¬ сов механической обработки. Рассмотрены процессы сборки и испы¬ тания автомобилей и их составных частей, а также современные тенденции развития технологии производства автомобилей. Описаны процессы потери автомобилем работоспособности, тех¬ нология типовых ремонтных процессов, способы восстановления и упрочнения деталей, сборки и испытания агрегатов и автомобилей. Приводятся основы управления качеством ремонта автомобилей, ре¬ сурсосбережения и охраны окружающей среды. Учебное пособие предназначено для студентов вузов, осуществ¬ ляющих подготовку инженеров по специальностям «Техническая экс¬ плуатация автомобилей», «Автосервис», «Автомобилестроение» и др. Может быть использовано учащимися колледжей соответствующих специальностей, инженерно-техническими работниками авторемонт¬ ного производства. УДК 629.33.078(075.8) ББК 39.33-08я73 ISBN 978-985-471-239-0 © Ярошевич В. К., Савич А. С., Иванов В. П., 2008 © Оформление. РУП «Издательство “Адукацыя i выхаванне”», 2008
Оглавление Введение 7 Раздел I. Основы технологии производства автомобилей .... 15 1. Основные понятия и определения в технологии производства автомобилей 16 1.1. Система разработки и постановки на производство автомобильной техники 16 1.2. Производственный и технологический процессы 17 1.3. Структура технологического процесса 17 1.4. Типы производств и их характеристика 20 2. Получение заготовок автомобильных деталей 23 2.1. Требования к заготовкам 23 2.2. Основные методы изготовления заготовок 24 2.3. Экономическое обоснование выбора заготовки 36 3. Базирование деталей и точность механической обработки 38 3.1. Основные принципы выбора баз и погрешности базирования 38 3.2. Факторы, влияющие на точность обработки 42 3.3. Методы обеспечения точности обработки 46 3.4. Достижимая и экономическая точность обработки 48 4. Качество поверхностей деталей 51 4.1. Геометрические характеристики поверхности 51 4.2. Физико-механические свойства поверхностного слоя 55 4.3. Формирование качества поверхности технологическими методами 56 5. Технология изготовления деталей автомобилей 60 5.1. Методы обработки типовых поверхностей деталей 60 5.2. Припуски на обработку резанием 73 5.3. Приспособления для обработки резанием 79 5.4. Технология изготовления деталей на станках с числовым программным управлением и в гибких производственных системах 90 6. Технология изготовления типовых деталей 99 6.1. Изготовление корпусных деталей 99 6.2. Технология изготовления валов 113 6.3. Изготовление зубчатых колес 125 7. Основы проектирования технологических процессов изготовления деталей автомобилей 142 7.1. Разработка технологических процессов обработки деталей . . 142 7.2. Расчет режимов обработки и нормирование технологических операций 148 8. Технология сборки и испытания автомобилей 162 8.1. Технология сборки 162 8.2. Испытания деталей, агрегатов, автомобилей 171 3
9. Основные направления развития автомобильного производства 179 9.1. Выбор рациональных методов организации и управления производственными процессами 179 9.2. Совершенствование методов создания оптимальной конструкции автомобиля 180 9.3. Обеспечение высокого качества автомобилей при их производстве 183 9.4. Повышение качества сборочных процессов 186 Раздел II. Технология ремонта автомобилей 189 10. Общие положения по ремонту автомобилей 190 10.1. Ремонт автомобилей в их жизненном цикле 190 10.2. Ремонтный фонд автомобиля 196 10.3. Требования к отремонтированным автомобилям 204 11. Основы организации авторемонтного производства 207 11.1. Производственный процесс ремонта автомобилей 207 11.2. Авторемонтные предприятия и подразделения 214 11.3. Техническая документация 218 11.4. Организация производства 221 11.5. Технологическая и организационная подготовка авторемонтного производства 227 11.6. Обеспечение послеремонтной надежности автомобилей ... 230 12. Приемка автомобилей в ремонт, их разборка и очистка .... 235 12.1. Приемка автомобилей в ремонт 235 12.2. Разборка и очистка автомобилей 240 13. Определение технического состояния деталей 264 13.1. Виды дефектов и их характеристика 264 13.2. Способы и средства определения дефектов 265 13.3. Сортировка деталей ремонтного фонда 275 14. Способы восстановления деталей 280 14.1. Структура и содержание процесса восстановления деталей 280 14.2. Классификация способов восстановления деталей 283 15. Восстановление деталей слесарно-механической обработкой .... 287 15.1. Особенности обработки резанием восстанавливаемых деталей 287 15.2. Восстановление деталей способом ремонтных размеров . . 289 15.3. Восстановление деталей способом дополнительных ремонтных деталей 292 16. Восстановление деталей способом пластического деформирования 297 16.1. Сущность процесса пластического деформирования . . . 297 16.2. Способы пластического деформирования для восстановления изношенных поверхностей 299 16.3. Восстановление формы деталей 304 16.4. Восстановление механических свойств деталей 305 4
17. Восстановление деталей сваркой и наплавкой 308 17.1. Общая характеристика процессов сварки и наплавки.... 308 17.2. Газовая сварка и наплавка 311 17.3. Электродуговая сварка и наплавка 313 17.4. Восстановление сваркой деталей из серого и ковкого чугуна 319 17.5. Восстановление сваркой деталей из алюминиевых сплавов 323 17.6. Восстановление деталей автоматической наплавкой' под флюсом 325 17.7. Восстановление деталей сваркой и наплавкой в среде защитных газов 331 17.8. Восстановление деталей вибродуговой наплавкой 335 17.9. Перспективные способы наплавки 340 18. Восстановление деталей напылением 345 18.1. Сущность процесса и виды напыления 345 18.2. Напыляемые материалы 352 18.3. Структура и свойства напыленных покрытий 354 18.4. Технологический процесс напыления 356 19. Восстановление деталей электрохимическими и химическими покрытиями 359 19.1. Сущность процесса электрохимического осаждения металлов 359 19.2. Хромирование деталей 361 19.3. Интенсификация процесса восстановления деталей хромированием 368 19.4. Восстановление деталей железнением 372 19.5. Восстановление деталей электроконтактным способом ... 376 19.6. Защитно-декоративные покрытия 379 19.7. Восстановление деталей химическим способом 380 20. Восстановление деталей припеканием металлических порошков 385 20.1. Сущность способа и его разновидности 385 20.2. Получение пористых и самосмазывающихся покрытий 387 20.3. Индукционное припекание металлических порошков.... 389 20.4. Восстановление деталей различной формы электроконтактным припеканием 395 21. Электрофизическая обработка 402 21.1. Электроискровая обработка 402 21.2. Электромеханическая обработка 409 21.3. Лазерная обработка 412 22. Применение синтетических материалов при ремонте автомобилей 419 22.1. Виды и свойства материалов 419 22.2. Изготовление деталей и нанесение покрытий 422 22.3. Закрепление дополнительных ремонтных деталей и заделка трещин 425 22.4. Клеевые композиции 427 5
22.5. Герметизация стыков и стенок 429 23. Проектирование технологических процессов восстановления деталей 434 23.1. Разработка и оптимизация технологического процесса . . . 434 23.2. Пример выбора и оптимизации технологического процесса 438 23.3. Техническое нормирование труда 441 23.4. Унификация технологических процессов 451 23.5. Технологическая документация 455 24. Восстановление типовых деталей автомобилей 462 24.1. Обоснование классов восстанавливаемых деталей 462 24.2. Восстановление корпусных деталей 462 24.3. Восстановление деталей класса «полые цилиндры» .... 466 24.4. Восстановление деталей класса «круглые стержни» . .. 469 24.5. Восстановление деталей класса «некруглые стержни» . . . 475 25. Ремонт узлов и приборов систем автомобилей 478 25.1. Ремонт топливной аппаратуры 478 25.2. Ремонт электрооборудования .. . 487 25.3. Ремонт гидравлических систем 495 26. Ремонт рам, кузовов и кабин 503 26.1. Ремонт рам грузовых автомобилей 503 26.2. Технологический процесс ремонта кузовов и кабин . . . 506 26.3. Технология выполнения окрасочных работ 512 27. Комплектование, сборка и обкатка автомобилей 529 27.1. Сборочные комплекты агрегатов 529 27.2. Балансировка деталей и сборочных единиц 537 27.3. Сборка агрегатов 546 27.4. Обкатка агрегатов 558 27.5. Общая сборка, обкатка и испытания автомобилей 568 28. Обеспечение качества ремонта автомобилей 574 28.1. Качество и технический уровень продукции 574 28.2. Показатели качества и методы его оценки 576 28.3. Информация о качестве отремонтированных автомобилей 577 28.4. Мероприятия, обеспечивающие качество автомобилей. . . . 578 28.5. Система качества ремонта автомобилей 582 29. Ресурсосбережение и охрана окружающей среды 592 29.1. Ресурсосбережение в авторемонтном производстве .... 592 29.2. Снижение вредного влияния производства на окружающую среду 604 30. Совершенствование авторемонтного производства 615 30.1. Опыт ремонта автомобилей за рубежом 615 30.2. Совершенствование специализации, структуры и организации производства 623 30.3. Совершенствование процессов и средств ремонта 631 Заключение 635 Список литературы 637 6
Введение Слово «технология» (образованное от двух греческих слов techne — искусство, мастерство, умение и logos — слово, учение) означает науку, систематизирующую совокупность процессов об¬ работки или переработки материалов в определенной отрасли производства, а также научное описание способов производства. В состав технологии также включается и технический контроль изделий. Дать будущим специалистам автомобильного транспорта зна¬ ния, позволяющие научно обоснованно и в соответствии с тех¬ нико-экономической целесообразностью решать вопросы как из¬ готовления, так и ремонта автомобилей, — главная задача дис¬ циплины «Технология производства и ремонта автомобилей». Указанная дисциплина — комплексная, включает изучение ос¬ новных вопросов технологии изготовления автомобилей и их ка¬ питального ремонта и является основной профилирующей дис¬ циплиной в системе подготовки инженеров-механиков по специ¬ альностям 1-37 01 06 «Техническая эксплуатация автомобилей» и 1-37 01 07 «Автосервис». Рассмотрим кратко историю развития автомобилестроения и этапы его становления в Беларуси. История возникновения ав¬ томобиля насчитывает уже более 125 лет. До этого на протяжении веков верным спутником человека был конь. Уже появились железные дороги, а на вокзал ездили на лошадях. Первые конструкции «самобеглых колясок» были с паровыми двигателями. Измерять мощность двигателя в лоша¬ диных силах стали с тех пор, когда английский изобретатель Джеймс Уатт установил паровой двигатель на пивоваренном за¬ воде для привода насоса, заменив труд одной лошади. От паро¬ вых автомобилей осталось лишь слово «шофер» (по-французски означает «кочегар»). Кто является «отцом» автомобиля — неизвестно, на эту роль претендуют более ста человек. Первые автомобили появились в 1885—1886 годы в Германии, Дании, Англии, Франции, США. В 1900 году в мире было 8 тысяч автомобилей, в 1910 — 468 тысяч (в 50 раз больше). Первый автомобиль в Россию «приплыл» на пароходе из Франции. В 1891 году его купил редактор «Одесского листка» В. В. Навроцкий. Первый российский автомобиль создали в 7
189& году отставной лейтенант военно-морского флота Е. А. Яков¬ лев и фабрикант конных экипажей П. А. Фрезе. Серийное про¬ изводство впервые было налажено на Русско-Балтийском вагон¬ ном заводе в Риге. С 1909 по 1915 год было выпущено 1200 ав¬ томобилей, достаточно надежных и высокого качества. Первый автомобиль на дорогах Беларуси появился в 1895 году — его приобрел Ковенский округ путей сообщения. По его примеру приобрели автомобили и другие ведомства. Были они и в частных руках — два у Радзивиллов в Несвиже, два — у Пас- кевичей в Гомеле. В Минском уезде автомобилем владел кресть¬ янин Г. Д. Раков, а в Витебском — другой крестьянин Г. А. Те¬ рехов имел «Бенц». Обычно приводятся данные, что перед Первой мировой вой¬ ной в Беларуси было 250—300 автомобилей. В 1912 году для армейских нужд было заказано за границей 400 автомобилей, а в 1913—1914 годы — еще 4700. Однако Первая мировая война не стала «войной моторов», но показала, что военные конфлик¬ ты также не могут обойтись без автомобиля. Прошел еще добрый десяток лет, не способствовавший раз¬ витию автомобильной отрасли в Беларуси, — революция, граж¬ данская война, интервенция, разруха. В 1924 году Экономический совет БССР утвердил устав об¬ щества «Белавтопромторг», в задачи которого входила покупка и продажа автомобилей, тракторов, мотоциклов и велосипедов. В этом же году в Минск прибыло 10 автобусов АМО (Автомо¬ бильное московское общество) для пассажирских перевозок. К концу 1928 года в БССР было 139 легковых автомобилей (68 марок), 97 грузовых (43 марки) и 144 специальных (38 ма¬ рок). Именно с первой пятилетки (с 1928—1929 годов) отсчиты¬ ваются первые шаги становления автомобильной отрасли. Начи¬ нается активное строительство предприятий (завод Октябрьской революции имени Кирова, Борисовская бумажная фабрика, Го¬ мельский завод сельскохозяйственных машин, Могилевский за¬ вод искусственного шелка, Бобруйский деревообрабатывающий комбинат). При строительстве нельзя было обойтись без автомо¬ бильной техники. К 1935 году количество автомобилей достигает 2000 единиц, а перед войной в 1941 году по статистическим данным была 21 тысяча различных автомобилей (82 % грузовиков, из них 95 % — ГАЗ-MM и ЗИС-5). С 1919 до 1939 года руководство автотранспортом БССР осу¬ ществляется народными комиссарами внутренних дел и коммуналь-
ного хозяйства. В 1939 году создается Народный комиссариат ав¬ томобильного транспорта. Первым комиссаром стал Борис Никола¬ евич Степанов. К тому времени уже действовали Могилевский ав¬ торемонтный завод, Минская авторемонтная станция с пропускной способностью 2120 текущих и 4500 профилактических ремонтов в год. Автотранспортные и авторемонтные предприятия, автобусные станции, специальные учебные заведения, краткосрочные курсы, снабженческие учреждения — неполный перечень звеньев цепи, именуемой Наркоматом автомобильного транспорта БССР. Но 22 июня 1941 года началась Великая Отечественная вой¬ на. Транспорт и в этих условиях выполнил свою роль, эвакуи¬ руя военные и гражданские объекты, доставляя боеприпасы и продовольствие, спасая раненых и перебрасывая войска. После освобождения Беларуси создается сначала Гомельский, а затем еще шесть автотрестов — Барановичский, Брестский, Ви¬ тебский, Гродненский, Минский и Могилевский, в состав кото¬ рых вошли 53 автохозяйства. Наркомат приступил к проектиро¬ ванию авторемонтного завода в районе г. Минска на базе быв¬ ших мастерских в деревне Красное Урочище. С марта 1946 года Наркомат автотранспорта преобразован в Министерство автомобильного транспорта БССР. В 1950 году было введено первое «Положение о техническом обслуживании и ремонте автомобилей». В период оккупации немцы создали под Минском автосбороч¬ ный завод и на нем через 3 месяца после освобождения уже шла сборка и ремонт автомобилей различных марок. Так рождался Минский автозавод (МАЗ) — будущий гигант автостроения Бе¬ ларуси. В 1946 году МАЗ выпустил свою первую собственную продукцию — более тысячи двухосных прицепов. В 1947 году на¬ чался выпуск первых самосвалов, а через 4 года — серийный вы¬ пуск автомобилей МАЗ-200. Шестидесятые годы XX века стали переломными в автомо¬ бильной отрасли республики. Началось производство тягачей МоАЗ-529Е на Могилевском автомобильном заводе, построенном в 1935 году как авторемонтный. Созданный в 1958 году на базе Жодинского «Дормаша» ав¬ томобильный завод (ныне БелАЗ) выпустил в 1959 году 25-тон- ный карьерный самосвал МАЗ-525, а в 1961 году — 27-тонный самосвал БелАЗ-540. В июле 1961 года в Минске создается Научно-исследователь¬ ская лаборатория автомобильного транспорта (НИЛАТ), зарож¬ дается отраслевая автотранспортная наука. 9
В ряду гигантов отечественной автомобильной индустрии — МАЗ, БелАЗ, МоАЗ, агрегатный завод в Барановичах, завод «Ав¬ тогидроусилитель» в г. Борисове, заводы карданных валов и ав¬ тоагрегатов в г. Гродно, шинный комбинат в г. Бобруйске. Впос¬ ледствии большинство из них вошло в производственное объеди¬ нение «БелавтоМАЗ», созданное в 1975 году. В 1993 году создано Министерство транспорта и коммуника¬ ций Республики Беларусь, в которое вошли три департамента — автомобильного транспорта, гражданской авиации, железнодо¬ рожного транспорта. В 1993—1994 годы на МАЗе начался выпуск автобусов: МАЗ-101, 103, 104, 105, 152. Более скромный белорусский ав¬ тобус «Нёман-ЛиАЗ-5256» начал выпускаться в г. Лиде на опытном заводе «Нёман». Здесь идет сборка автобусов из ликин- ских кузовов, ишимбайских мостов, львовских коробок передач, двигателей КамАЗ. Первый автобус был выпущен в 1994 году. Грузовые автомобили выпускают Могилевский автомобиль¬ ный завод и Минский завод колесных тягачей. Последний ранее входил в МАЗ и выпускал в основном военную продукцию. В на¬ стоящее время Минский завод колесных тягачей (МЗКТ) явля¬ ется предприятием, специализирующимся на выпуске дорожных и внедорожных автомобилей большой грузоподъемности и при¬ цепной техники к ним, а также специальных колесных шасси под монтаж самого разнообразного оборудования для предприя¬ тий и транспортных организаций строительного, нефтегазового и машиностроительного комплексов. Это автомобили-самосвалы дорожного и внедорожного типа грузоподъемностью до 27 т с ко¬ лесной формулой 6x6, 8x4, 8x8; седельные и балластные тя¬ гачи, автопоезда грузоподъемностью до 250 т; специальные ав¬ томобильные шасси под монтаж кранового, бурового и другого технологического оборудования грузоподъемностью до 80 т; при¬ цепы и полуприцепы. Могилевский автозавод известен своими полноприводными автомобилями-самосвалами для бездорожья, а также автопоезда¬ ми для работы в подземных рудниках и тоннелях, автобетоно¬ смесителями на шасси МАЗ и дорожно-строительными машинами. Производственная программа БелАЗа довольно обширна — от БелАЗ-540 до 180—250-тонных грузовиков. Завод работает под за¬ каз и по заявкам потребителей поставляет технику любой модифи¬ кации. Ведется работа над самосвалом грузоподъемностью 400 т. Специалисты БелАЗа, как и их коллеги на МАЗе, МЗКТ, по¬ стоянно работают над созданием новых, оригинальных конструк- 10
дий. Замечательные возможности и высокое качество способству¬ ют устойчивому спросу и их экспорту во многие страны мира, в том числе и в самые передовые автомобильные державы. В процессе эксплуатации автомобиля из-за изнашивания де¬ талей, а также коррозии и усталости материала рабочие свойства его постепенно ухудшаются. В автомобиле появляются отказы и неисправности, которые устраняют при техническом обслужива¬ нии (ТО) и ремонте. Ремонт представляет собой комплекс опера¬ ций по восстановлению технически исправного состояния авто¬ мобиля. Необходимость ремонта автомобилей обусловлена преж¬ де всего неравнопрочностью их составных частей. Создать равно¬ прочный автомобиль с равномерным изнашиванием деталей и одинаковым сроком их службы невозможно. Поэтому в процессе эксплуатации поддержание автомобилей в технически исправном состоянии осуществляется периодическим проведением ТО и при необходимости текущего ремонта (ТР), который выполняют пу¬ тем замены отдельных деталей и агрегатов. При длительной эксплуатации автомобили достигают такого состояния, когда их ремонт в условиях автотранспортных пред¬ приятий (АТП) становится экономически нецелесообразным. В этом случае они направляются в капитальный ремонт (КР) на авторемонтное предприятие (АРП). Капитальный ремонт должен обеспечивать полный (или близ¬ кий к полному) ресурс автомобиля или агрегата путем восстанов¬ ления и замены любых деталей, включая базовые. У автомобилей базовой деталью является рама, у агрегатов — корпусная деталь, например, блок цилиндров двигателя, картер коробки передач. Основным источником экономической эффективности КР ав¬ томобилей является использование остаточного ресурса их дета¬ лей. Около 70—75 % деталей автомобилей, поступивших в КР, могут быть использованы повторно без ремонта или после не¬ большого ремонтного воздействия. Себестоимость капитального ремонта обычно не превышает 60—70 % стоимости новых изде¬ лий, при этом достигается значительная экономия металла и энергетических ресурсов. Высокая эффективность централизован¬ ного ремонта обусловила развитие авторемонтного производства, которое всегда занимало значительное место в промышленном потенциале нашей страны. История развития авторемонтного производства тесным обра¬ зом связана с историей развития отечественного автомобиле¬ строения. В 1935 году был построен первый авторемонтный за¬ вод в г. Могилеве. В последующие годы были созданы заводы в 11
Минске, Борисове, Гомеле, Гродно, Бресте, Полоцке, Слониме и др. Однако практика директивного снижения нормативов трудо¬ емкости ремонта без соответствующего повышения уровня меха¬ низации и автоматизации технологических процессов привела к снижению качества ремонта из-за уменьшения объемов восстанов¬ ления деталей и отказа от выполнения ряда технологических операций. В результате повысились затраты потребителей на поддержание работоспособности автомобилей. Мировая практика характеризуется многообразием форм ре¬ монта машин, среди которого отчетливо проявляются три основ¬ ных направления: 1) все виды ремонтных работ выполняются предприятиями или объединениями, эксплуатирующими технику; 2) ремонтные работы осуществляются организациями, которые не производят и не эксплуатируют технику; 3) выполнение ре¬ монтных работ берут на себя машиностроительные предприятия. В развитии авторемонтного производства нашей страны до конца 1990-х годов преобладало первое направление. Различные министерства и ведомства, эксплуатирующие автомобили, созда¬ вали свои сети АРП, в которых преобладали предприятия по КР полнокомплектных автомобилей. Развитие этого вида ремонта наносило вред применению других видов, в частности ремонта по техническому состоянию, который позволяет сокращать объемы ремонтных воздействий за счет большего использования остаточ¬ ного ресурса деталей и соединений. При капитальном ремонте полнокомплектные автомобили на длительный срок выбывают из эксплуатации. Стремление сокра¬ тить простои во время КР привело к практике строительства АРП в местах высокой концентрации автомобильного парка с це¬ лью максимального их приближения к поставщикам ремонтного фонда. Потери времени и затраты средств на их транспортиров¬ ку в ремонт при этом невелики, но получаемый эффект целиком поглощается высокой себестоимостью и низким качеством ремон¬ та на универсальном предприятии с небольшой производственной программой. Одной из прогрессивных тенденций в отечественной практике ремонта явилось распространение агрегатного метода при ТР ав¬ томобилей. Он осуществляется путем замены неработоспособных агрегатов новыми или заранее отремонтированными, взятыми из оборотного фонда. При ремонте автомобилей агрегаты в зависи¬ мости от их технического состояния подвергаются ТР или КР. Агрегатный метод отделяет процессы индустриального ремонта агрегатов от работ по их снятию и установке в эксплуатацион¬ 12
ных условиях, чем сокращает простой автомобилей в ремонте и способствует централизации работ как по капитальному, так и по текущему ремонту агрегатов. Постоянная и целенаправленная работа заводов-изготовите- лей по повышению ресурса рам и кабин и приближению его к сроку службы автомобиля привела к резкому сокращению сферы применения КР полнокомплектных автомобилей. В последнее время он неуклонно снижается, а для грузовых автомобилей пер¬ спективных моделей (МАЗ, КамАЗ, ЗИЛ) предусмотрен КР толь¬ ко агрегатов. Эта тенденция развития авторемонтного производ¬ ства вызывает изменение функций авторемонтных заводов, кото¬ рые становятся преимущественно предприятиями по КР агре¬ гатов. Организационно-техническая перестройка АРП в последние годы ускорилась в связи с изменением социально-экономических условий хозяйствования. Наряду с развитием традиционных ве¬ домственных и самостоятельных АРП некоторые производствен¬ ные объединения автомобильной промышленности (например, КамАЗ) создали и развивают фирменные системы обслуживания и ремонта автомобилей новых моделей. Автоцентры КамАЗа в зоне своего действия обеспечивают предприятия запасными час¬ тями, производят сбор и доставку ремонтного фонда и отремон¬ тированных изделий, в зависимости от производственных воз¬ можностей выполняют централизованное техническое обслужива¬ ние и текущий ремонт автомобилей, оказывают техническую по¬ мощь транзитным автомобилям, контрольно-диагностические, инженерно-коммерческие и другие услуги. Дальнейшее эффективное развитие АРП базируется на идеях и принципах, которые порождаются интеграционными процесса¬ ми заводов-изготовителей новой техники с предприятиями, вы¬ полняющими услуги по централизованному ТО и ремонту этой техники. Необходимость систематизации и углубления знаний о ремон¬ те автомобилей повышает роль научных исследований в этой об¬ ласти. В 1930-х годах под руководством проф. В. В. Ефремова была разработана планово-предупредительная система техничес¬ кого обслуживания и ремонта автомобилей. В дальнейшем зна¬ чительный вклад в формирование теоретических и практичес¬ ких основ ремонта автомобилей внесли профессора В. И. Казар- цев, К. Т. Кошкин, Н. Н. Дорожкин, Л. В. Дехтеринский, В. А. Шадричев, М. А. Масино, В. П. Суслов, В. С. Ивашко и многие другие ученые. 13
Большое внимание уделяется подготовке специалистов по ре¬ монту автомобилей. В 1946 году в Белорусском политехническом институте была организована кафедра «Ремонт и эксплуатация автомобилей». За более чем 60-летнюю историю кафедрой подго¬ товлено более 6 тыс. инженеров, специализирующихся в облас¬ ти технической эксплуатации, ремонта автомобилей и автосерви¬ са. Среди выпускников кафедры министр и его первый замести¬ тель в Министерстве транспорта и коммуникаций Республики Бе¬ ларусь (В. Г. Сосновский и Н. П. Верховец). На кафедре работают или работали известные ученые и спе¬ циалисты в области ремонта автомобилей — член-корреспондент НАН Беларуси, лауреат Государственной премии Республики Бе¬ ларусь д-р техн. наук, профессор Н. Н. Дорожкин (восстановле¬ ние и упрочнение деталей напылением, активированной дуговой металлизацией, припеканием и другими методами порошковой металлургии), д-р техн. наук, профессор В. К. Ярошевич (импульс¬ ные технологии восстановления в ремонтном производстве — ин¬ дукционные, магнитно-импульсные, электроконтактные), канд. техн. наук, доцент В. С. Апанасенко (информационные техноло¬ гии в производстве и проектировании авторемонтных предприя¬ тий), доцент А. С. Савич (организация авторемонтного производ¬ ства, восстановление ответственных автомобильных деталей), канд. техн. наук, доцент В. И. Титков (восстановление прецизи¬ онных соединений в автомобилях, электролитические и химичес¬ кие процессы в АРП), доцент А. В. Казацкий (ремонтопригод¬ ность автомобилей, диагностирование технического состояния ремфонда, восстановительные технологии). Более 35 лет выпускает специалистов по ремонту и эксплуа¬ тации автомобилей Белорусско-Российский университет (г. Моги¬ лев), где работают известные среди специалистов ученые канд. техн. наук, доцент Н. В. Вепринцев, канд. техн. наук, доцент В. П. Лобах, канд. техн. наук, доцент Н. А. Коваленко. Немно¬ гим более пяти лет создана кафедра технической эксплуатации автомобилей в Брестском техническом университете. Значительные работы в области ремонта автомобилей прово¬ дятся в Полоцком государственном университете под руковод¬ ством д-ра техн. наук, профессора В. П. Иванова, прошедшего путь от механика автобазы до технического директора авторемонт¬ ного завода. В. П. Иванов — специалист в области ремонтно¬ восстановительного производства, автор 15 книг (монографий, учебников и учебных пособий). 14
Раздел I Основы технологии производства автомобилей
Основные понятия и определения в технологии производства автомобилей Система разработки и постановки на производство автомобильной техники Новая автомобильная техника разрабатывается, как пра¬ вило, в соответствии с научно-техническими программами, ко¬ торые определяются на длительный срок. В них приведены на основании разработок научно-исследовательских, конструктор¬ ских и других организаций перспективные технические сред¬ ства, в которых нуждается народное хозяйство для выполне¬ ния технологических процессов в производстве. В документах по каждой подлежащей разработке машине приведены основ¬ ные параметры (грузоподъемность, мощность двигателя, рас¬ ход топлива на 100 км и др.), важнейшие эксплуатационные показатели (производительность, эксплуатационные затраты и т. п.). Отдельные образцы автомобилей могут создаваться предпри¬ ятиями инициативным способом (так называемые инициативные разработки). Стадии разработки и постановки на производство автомобилей, разрабатываемых по государственным программам или инициативным разработкам, как правило, одинаковые и в общем случае предусматривают: ♦ разработку исходных требований; ♦ разработку технического задания на проектирование; ♦ разработку конструкторской и эксплуатационной докумен¬ тации; ♦ изготовление, испытание опытных образцов и приемку ре¬ зультатов разработки; ♦ постановку изделий на производство. Отдельные из указанных работ можно совмещать, а также менять их последовательность в зависимости от специфики про¬ дукции и организации производства. 1 1.1. 16
1.2. Производственный и технологический процессы Основные понятия и определения. Производственным процес¬ сом называется совокупность действий людей и орудий производ¬ ства, необходимая на данном предприятии для изготовления из¬ делий, т. е. совокупность всех этапов, которые проходят материа¬ лы и полуфабрикаты на пути их превращения в готовое изделие. Производственный процесс включает подготовку средств про¬ изводства и организацию обслуживания рабочих мест; получе¬ ние и хранение материалов, полуфабрикатов и комплектующих изделий; все стадии изготовления деталей, включая механичес¬ кую, термическую и иную обработку; сборку сборочных единиц; транспортировку материалов, заготовок, деталей, сборочных единиц, агрегатов и автомобилей; технический контроль на всех стадиях производства; испытание, регулировку, окрашивание и упаковку готовой продукции, а также другие действия, связан¬ ные с изготовлением изделий. Технологическим процессом называется часть производствен¬ ного процесса, непосредственно связанная с изменением формы, размеров, качества поверхностей деталей и физических свойств объекта производства (материала, заготовки, детали). Средствами выполнения технологического процесса являются технологическое оборудование, технологическая оснастка и специальные устройства. Обычно технологический процесс рас¬ сматривается применительно к изделию, а производственный про¬ цесс — применительно к предприятию. 1.3. Структура технологического процесса Элементы технологического процесса. Технологический про¬ цесс изготовления детали состоит из операций, установов, пози¬ ций, переходов, ходов. Операция является основным элементом при проектировании и планировании технологического процесса и определении стоимости обработки. Технологической операцией называется законченная часть технологического процесса, выполняемая на одном рабочем мес¬ те непрерывно над одним или несколькими одновременно обра¬ батываемыми объектами производства одним рабочим или груп¬ пой их. Операции технологического процесса выполняются на рабочих местах с помощью различных технических средств. Рабочим местом называют элементарную единицу структуры предприятия, на которой размещены исполнители работы, обслу¬ 17
живаемое технологическое оборудование, часть конвейера и пред¬ меты труда. Технологическим оборудованием называются средства техноло¬ гического оснащения, в которых для выполнения части техноло¬ гического процесса размещаются материалы или ааготовки, сред¬ ства воздействиям них, а также технологическая оснастка (стан¬ ки* печи, гальванические ванны, испытательные стенды). При выполнении операции заготовку обычно размещают на стайке и закрепляют несколько раз, т. е. осуществляют с не¬ скольких установов. Установом называется часть операции, при выполнении ко¬ торой обрабатываемая заготовка не изменяет своего положения, будучи закрепленной на станке или в приспособлении. Например, обработка вала с двух сторон в центрах выполняется с двух уста¬ новов. . ... Обрабатываемая заготовка или базовая деталь собираемой сборочной единицы, закрепленная в приспособлении, может за¬ нимать. вместе с ним несколько последовательных положений (позиций) относительно инструмента или неподвижной части оборудования для выполнения определенной части операции. Позицией называется фиксированное положение детали, не¬ изменно закрепленной относительно инструмента или станка, для последовательной ее обработки во время одной операции (на¬ пример, четырехпозиционная обработка детали на сверлильном станке с поворотным столом (рис. 1.1)). Позиция 2 Рис. 1.1. Обработка детали на сверлильном станке: позиция 1 — установка заготовки; позиция 2 — сверление; позиция 3 — зенкерование; позиция 4 — развертывание 18
Операция может состоять из нескольких переходов. Переходом называется законченная часть операции, характе¬ ризуемая постоянством (неизменностью) обрабатываемой поверх¬ ности, режущего инструмента и режима работы станка (частоты вращения детали, подачи). Обработка нескольких участков по¬ верхности детали одновременно несколькими, инструментами ус¬ ловно принимается за один переход. При изменении обрабатыва¬ емой поверхности или инструмента, илцк .режима работы станка появляется новый переход. Переход может быть выполнен за один или несколько ходов. > , v ' Ход — это часть перехода, осуществляемая при одном рабо¬ чем перемещении инструмента в направлении подачи. За один ход снимается один слой металла постоянной или переменной толщины. ....... ,| Технологический процесс обработки детали может быть пост¬ роен по принципу дифференциации (раздробления) или концентрации операций. < Технологический процесс с дифференциацией операций состо¬ ит из ряда простых операций с малым количеством переходов и применяемых инструментов в каждой из них. • < - Технологический процесс с концентрацией операций состоит из сложных операций каждая из которых включает обработку многих поверхностей заготовки большим числом инструментов. Концентрация операций в технологическом процессе может осуществляться последовательным, параллельным и смешанным способами. При последовательной концентрации входящие в на¬ стройку инструменты работают последовательно, т. е/ переходы выполняются последовательно один за другим во время одной операции. Параллельная концентрация операций технологичес¬ кого процесса предусматривает одновременвую обработку w скольких поверхностей заготовки входящими в наладку инстру¬ ментами. В крупносерийном и массовом производстве применяют так¬ же смешанный способ построения технологического процесса об¬ работки деталей. Степень концентрации и дифференциации операций техноло¬ гического процесса определяется конструктивно-технологически¬ ми факторами: размерами и массой детали, программой выпуска, применяемыми способами и трудоемкостью обработки детали на станке, имеющимся оборудованием и др. Дифференциация опера-1 ций технологического процесса обеспечивает высокую гибкость производства при частой смене выпускаемых изделий, так как 19
простое оборудование и оснастка способствуют сокращению сро¬ ка подготовки к выпуску новых изделий. Параллельная концен¬ трация операций сокращает трудоемкость изготовления изделия, повышает точность обработки и производительность труда. При малых объемах производства характерна последовательная кон¬ центрация операций технологического процесса. 1.4. Типы производств и их характеристика Характеристика производств. В соответствии с ГОСТ 14i004—83 тип производства определяется регулярностью, ста¬ бильностью, номенклатурой и объемом выпуска изделий. Произ¬ водственные процессы в машиностроении могут быть организова¬ ны по принципу единичного, серийного и массового производства. Единичное производство отличается широкой номенклатурой изготавливаемых изделий и малым объемом их выпуска, причем повторяемость этих изделий заранее не планируется. Характерными признаками единичного производства являются: ♦ применение .универсального оборудования и технологичес¬ кой оснастки; ♦ построение технологического процесса изготовления дета¬ лей по.принципупоследоватедьной концентрации; •;* групповое расположение оборудования ло типам станков; ♦ использование рабочих высокой квалификации; ♦ низкая производительность труда и высокая себестоимость продукции; . ♦ гибкость производства (возможность частой перестройки на изготовление новых изделий). К единичному производству можно отнести изготовление опыт¬ ных образцов машин, производство уникального оборудования (мощ¬ ные гидротурбины, крупные металлорежущие станки и пр.). Серийным называется такое производство, которое характе¬ ризуется ограниченной номенклатурой изделий, изготавливаемых периодически повторяющимися партиями через определенные промежутки времени, и сравнительно большим объемом выпуска. В зависимости от количества деталей в партии, их конструктив¬ но-технологических особенностей и трудоемкости изготовления различают мелко-v средне- и крупносерийное производство. Серийное производство характеризуется следующими призна¬ ками: ♦ наличием заранее обусловленной повторяемости партий де¬ талей; 20
♦ дифференциацией технологических процессов изготовления деталей; ♦ применением как универсального, так и специализирован¬ ного оборудования, специальных приспособлений и инструмен¬ тов; ♦ использованием рабочих более низкой квалификации; ♦ расположением оборудования как по групповому признаку, так и по ходу технологического процесса обработки деталей; ♦ более высокой производительностью труда за счет специа¬ лизации рабочих. Серийное производство обладает более высокими технико-эко- номическйми Показателями по сравнению с единичным, так как эффективнее используется оборудование и технологическая осна¬ стка, значительно уменьшается подготовительно-заключительное время, приводящееся на одно изделие. К серийному производству относятся авторемонтные заводы. Массовым называется производство, которое характеризует¬ ся узкой номенклатурой и большим объемом выпуска изделий, изготавливаемых в течение продолжительного времени, т. е. пу¬ тем выполнения нд рабочих местах одних и тех же постоянно повторяющихся операций. Отличительные признаки массового производства следующие: ♦ широкое применение высокопроизводительных станков, автоматов и автоматических линий; ♦ применение специальной технологической оснастки; ♦ использование рабочих невысокой квалификации; ♦ расположение оборудования по технологическому процессу изготовления детали. Характерной особенностью массового производства является поточный метод выполнения работ в сборочных и механообраба¬ тывающих цехах. Некоторые детали могут изготавливаться крупными партиями непоточным методом. Широкому примене¬ нию поточного метода и автоматизации производства способству¬ ют унификация и стандартизация изделий машиностроения, спе¬ циализация производства, сужение номенклатуры изделий и уве¬ личение объема их выпуска. В крупносерийном производстве в целях повышения загрузки оборудования в механических цехах находят применение много¬ номенклатурные переменно-поточные линии для обработки груп¬ пы конструктивно подобных деталей. Переход от обработки од¬ ной детали к другой сопровождается переналадкой оснастки без снятия ее со станка с минимальными затратами времени. 21
Переменно-поточные линии позволяют использовать в серий¬ ном производстве методы массового производства, что повышает загрузку оборудования и эффективность его использования. В соответствии с ГОСТ 14.004—83 критерием оценки серий¬ ности является коэффициент закрепления операций Кзл, кото¬ рый представляет собой отношение числа всех технологических операций, выполненных или подлежащих выполнению в течение месяца, к числу рабочих мест: *3.0 =у. (1.1) где п0 — суммарное число технологических операций, выполнен¬ ных за месяц; Р — число рабочих мест, на которых выполня¬ ются различные операции. Согласно ГОСТ 14.004—83 принимают следующие значения коэффициента К3 0: ♦ для мелкосерийного производства Кза= 21—40; ♦ для среднесерийного производства Кзл= 11—20; ♦ для крупносерийного производства K3Q= 1—10; ♦ для массового производства Кзл= 1.
Получение заготовок автомобильных деталей « 2.1. Требования к заготовкам Выбор способа получения заготовок. Одна из главных задач в машиностроении — применение малоотходного производства заготовок. Выбор способа получения заготовок деталей является важным этапом в разработке технологического процесса изготовления дета¬ лей. От правильного выбора заготовки зависят трудоемкость и сто¬ имость обработки детали, а также ее эксплуатационные свойства. Способ изготовления заготовки определяется назначением и конструкцией детали, условиями ее работы, материалом, техни¬ ческими требованиями в отношении точности обработки, про¬ граммой выпуска изделий и экономической целесообразностью, а также производственной возможностью заготовительных цехов. Выбрать заготовку — значит установить способ ее получения, наметить припуски на обработку каждой поверхности, рассчитать размеры и указать допуски на неточность изготовления. Основные требования к заготовкам сводятся к следующему: ♦ форма и размеры заготовки должны в максимальной степе¬ ни приближаться к параметрам готовой детали; ♦ физико-механические свойства материала заготовки не дол¬ жны вызывать затруднений при механической обработке; ♦ материал заготовки должен иметь свойства, обеспечиваю¬ щие требуемые эксплуатационные качества детали; ♦ толщина дефектного слоя заготовки и объем снимаемого при обработке металла должны быть минимальными, однако необходи¬ мо, чтобы припуски были достаточными для последующей обработки; ♦ поверхности, принимаемые за черновые базы, должны быть по возможности чистыми и гладкими. Основными показателями, характеризующими экономичность выбранного метода изготовления заготовки, являются коэффици¬ енты использования металла г|м и съема металла Кс: (2.1) где дд — масса детали, кг; Q3ar — масса заготовки, кг. 23
Практические значения коэффициента т|м для некоторых де¬ талей: 1. Чугунное литье, в земляные формы по металлическим моделям: корпусные детали т|м= 0,8—0,9; гильзы, втулки Т|м=0,5 0,6; 2. Штамповка: рычаги и вилки Г)м= 0,80—0,95; гладкие валы и зубчатые колеса Т1М = 0,35—0,55. 2.2. Основные методы изготовления заготовок Изготовление заготовок литьем. Литьем в автомобилестрое¬ нии преимущественно изготавливаются корпусные детали (голов¬ ки, блоки и гильзы цилиндров, картеры различных агрегатов и узлов), ступицы колес, коленчатые и распределительные валы. Литье заготовок из черных и цветных металлов осуществля¬ ется различными способами (табл. 2.1). Таблица 2.1 Характеристика способов получения заготовок литьем Способы литья Точность (квалитет) Шероховатость поверхности Ra, мкм В земляные формы: ♦ по деревянным моделям с машин¬ ной формовкой 15 20—5 ♦ по металлическим моделям с ма¬ шинной формовкой 14 20—5 В постоянные металлические формы (кокили) 12—14 20,0—2,5 Центробежный 13—15 40—10 Под давлением 11 — 12 5,00—0,63 В оболочковые формы 13 10,0—2,5 По выплавляемым моделям 12 10,0—2,5 Литьем в земляные формы с машинной формовкой по метал¬ лическим или деревянным моделям отливают заготовки из серо¬ го, ковкого и модифицированного чугуна, стали, цветных метал¬ лов и сплавов. Формы для заливки жидким металлом создаются в специаль¬ ной формовочной смеси с помощью моделей будущих отливок и эле¬ ментов литниковой системы (рис. 2.1). Основными компонентами формовочных и стержневых смесей являются кварцевый или цир¬ кониевый песок, глина, 1,5—3,0 % дополнительных связующих 24
(сульфитно-спиртовая барда, битум, канифоль, жидкое стекло, тер¬ мореактивные смолы). На современных поточно-механизированных и автоматизированных линиях засыпка формовочной смеси в верх¬ нюю и нижнюю опоки и ее уплотнение осуществляются параллель¬ но. Затем модель извлекается из формы, устанавливаются литей¬ ные стержни, происходит сборка формы и заливка ее металлом. Основным показателем технологических возможностей литья в земляные формы является минимальная толщина стенки заготов¬ ки, которая для серого чугуна составляет 5 мм, ковкого — 7 мм, для стали — 7 мм, для бронзы — 3 мм. Этот способ литья не обеспечивает высокой точности разме¬ ров и формы заготовки, но позволяет получать детали сложной формы при относительно невысокой стоимости литых заготовок. Рис. 2.1. Заливка металла в опочную форму: 1 — подопочная плита; 2 — нижняя опока; 3 — стержень; 4 — верхняя опока; 5 — заливочный ковш; 6 — литниковая система; 7 — верхняя полуформа; 8 — скобы для скрепления опок; 9• — нижняя полуформа С целью повышения производительности изготовления отли¬ вок датской фирмой «DISA» разработаны технология и оборудо¬ вание для безопочной формовки. Литье в постоянные металлические разъемные (рис. 2.2) формы (кокили) происходит следующим образом. Перед залив¬ кой металла на рабочую поверхность наносят пульверизатором разделительный слой (огнеупорную краску), а затем кокиль по¬ догревают до температуры 200—400 °С. Способ эффективен при 25
литье заготовок сложной конфигурации, так как за счет умень¬ шения припусков сокращается объем последующей механической обработки. Производительность способа в 2—3 раза выше по сравнению с литьем в земляные формы. Рис. 2.2. Конструкции кокилей: а — с вертикальным разъемом; б — с горизонтальным разъемом; 1 — гнездо для заливки металла; 2 — литниковая система Литье в кокиль чаще выполняется из цветных сплавов и реже из чугуна и стали. Высокая температура их плавления вы¬ зывает интенсивное изнашивание кокиля. При центробежном литье металл заливают во вращающую¬ ся форму (рис. 2.3). Формирование отливок осуществляется под действием возникающих при вращении центробежных сил до полного затвердевания металла. а б Рис. 2.3. Центробежное литье: 1 — центробежная изложница; 2 — расплавленный металл 26
Таким способом получают заготовки, имеющие форму тел вращения с внутренними цилиндрическими поверхностями (гиль¬ зы цилиндров, втулки). Отливки имеют более высокую плотность металла по наружной поверхности и более точный ее профиль. Применение этого способа позволяет снизить расход металла из- за меньшей материалоемкости литниковых систем и уменьшить массу заготовки до 40 %, вследствие чего снижаются трудоем¬ кость и себестоимость последующей механической обработки. Возможно также получение комбинированных заготовок. Литье заготовок под давлением — наиболее производитель¬ ный способ получения литых заготовок, при котором жидкий ме¬ талл подается в пресс-форму под давлением 100 МПа. Этапы тех¬ нологического процесса литья заготовок под давлением с холод¬ ной камерой прессования приведены на рис. 2.4. I этап II этап Рис. 2.4. Схема литья под давлением В прессовальную камеру 1 подают расплавленный металл (I этап), который под д^ствием поршня 2 заполняет полость ме¬ таллической пресс-формы (II этап). После затвердевания метал¬ ла извлекается стержень 4 и раскрывается пресс-форма (III этап), из которой выталкивателем 3 удаляется отливка (IV этап). 27
Литье под давлением применяют для изготовления заготовок из цветных сплавов со сложными тонкими стенками (блоков цилин¬ дров легковых автомобилей, корпусов масляных насосов). Проч¬ ность деталей, полученных литьем под давлением, на 20—-30 % выше, чем в земляные формы, производительность — 200—400 отливок в час. Заготовки имеют незначительные припуски на ме¬ ханическую обработку. Особенности литья в оболочковые формы, которые изготавли¬ ваются из песчано-смоляной смеси, состоящей из 90—95 % квар¬ цевого песка и 5—10 % термореактивной фенолоформальдегид- ной смолы, следующие. При помещении металлической полумо- дели, подогретой до температуры 150—200 °С, в формовочную смесь образуется корка (оболочка) толщиной 5—15 мм. Для от¬ верждения корки модель помещают в лечь при температуре 300—350 °С. Затем модель извлекают и получают две полуфор- мы, при соединении которых образуется оболочковая форма. Форму изготавливают из двух или более частей. На рис. 2.5 приведен один из вариантов технологического процесса изготовления оболочковой формы. Нагретая модель 1 (рис. 2.5, а) помещается в бункер 2, в котором находится фор¬ мовочная смесь 3. После поворота модельной плиты с бунке¬ ром на 180° формовочная смесь насыпается на нее и выдержива¬ ется на нагретой модельной плите до образования оболочки (рис. 2.5, б). Затем плита возвращается в исходное положение а в Рис. 2.5. Технология изготовления оболочковой формы 28
(рис. 2.5, в), а полученная оболочка прокаливается в печи. Образованная таким образом твердая оболочка 4 снимается с модели специальным выталкивателем 5 (рис. 2.5, г). Заливка металла может осуществляться в форму, составленную из двух оболочек, при расположении формы как в горизонтальном, так и в вертикальном положении. В последнем случае для предох¬ ранения формы от преждевременного разрушения ее помещают в опоку 6 и засыпают чугунной дробью 7 (рис. 2.5, д). Выбив¬ ка отливок из формы происходит на специальных вибрацион¬ ных установках. Стоимость оболочкового литья в 2 раза выше по сравнению с литьем в земляные формы, но объем механической обработки на 30—50 % меньше, а расход формовочных материалов в 10 раз ниже. Процесс литья в оболочковые формы легко авто¬ матизируется, что значительно улучшает условия труда. Спо¬ соб применяется для получения отливок сложных деталей (чугунных коленчатых и распределительных валов двигателей). Последовательность процесса литья по выплавляемым моде¬ лям приведена на рис. 2.6. Формовочная смесь из легкоплавких а б в г Рис. 2.6. Изготовление формы при литье по выплавляемым моделям 29
материалов (температура плавления 50—70 °С), состоящая из воска, стеарина, а также других материалов (парафин, синте¬ тический церезин, буроугольный воск), подается под давлением в пресс-форму 2 (рис. 2.6, а). После затвердевания состава по¬ лученную модель извлекают из пресс-формы и собирают в бло¬ ки 3 (рис. 2.6, б). Блок моделей покрывают жаропрочным сло¬ ем 4 при многократном окунании в специальную смесь, состоя¬ щую из маршаллита и связующего состава (жидкого стекла или этилсиликата) (рис. 2.6, в). После чего блок моделей обсыпают в несколько слоев мелким кварцевым песком 5 (рис. 2.6, г) и просушивают на воздухе или в парах аммиака 6 (рис. 2.6, д). Затем выплавляют состав из полученной оболочковой формы и производят формовку ее в опоке путем засыпки кварцевым пес¬ ком 5 (рис. 2.6, е) с последующим прокаливанием в печи 7 при температуре 850—950 °С (рис. 2.6, ж). Готовую форму 8 зали¬ вают жидким металлом (рис. 2.6, з). После охлаждения отлив¬ ки извлекают из формы, очищают и отделяют от литниковой системы. Описанный способ позволяет получать заготовки сложной формы высокой точности (11-й, 12-й квалитеты) с шероховатос¬ тью поверхности Ra = 10,0—2,5 мкм (шлицевые валики, зубча¬ тые колеса, крыльчатки насосов и др.). Способ применяется для получения заготовок из высоколегированных сталей и труднооб¬ рабатываемых сплавов; Для повышения точности и качества отливок в НИИТавто- проме разработан усовершенствованный метод литья заготовок по выплавляемым моделям с бестигельной плавкой и заливкой форм в вакууме. Сущность процесса заключается в том, что мер¬ ная цилиндрическая заготовка заданного химического состава и размеров помещается в керамическую форму непосредственно пе¬ ред установкой на одну из рабочих позиций, после чего происхо¬ дит ее индукционная плавка с последующей заливкой расплава в рабочую часть формы. Установка обеспечивает полную автома¬ тизацию процесса плавки и заливки форм в. вакууме, что обеспе¬ чивает повышение производительности в 2—3 раза и увеличение выхода годных отливок (в 2,0—2,5 раза). Изготовление заготовок пластическим деформированием ме¬ талла. В автомобильной промышленности применяются различ¬ ные способы получения заготовок методом пластического дефор¬ мирования металла (табл. 2.2). 30
Таблица 2.2 Характеристика способов получения заготовок пластическим деформированием металла Способы пластического деформирования Точность, квалитет Шероховатость поверхности Ra, мкм Свободная ковка 17 и ниже До 80 Ковка с подкладными штампами 14—17 80 Штамповка на молотах и прессах 13—14 80—20 Объемная штамповка на горизон¬ (безоблойная 9—11) 13—14 80—20 тально-ковочных машинах Вальцовка на ковочных вальцах 14—15 80—20 Холодная высадка на автоматах 10—12 5,0—1,25 Поперечно-винтовая прокатка 14—15 40—J.0 Радиальное обжатие на ротацион¬ 10—11 До 0,4 но-ковочных машинах Штамповка выдавливанием 9—11 80—20 Свободная ковка осуществляется с подогревом углеродистых сталей до температуры 1100—1250 °С. Полученные заготовки имеют большие припуски на обработку резанием, точность их низкая, а дефектный слой весьма значительный. Заготовка, выполненная свободной ковкой, может быть улуч¬ шена по форме и размерам путем обжатия ее на подкладном штампе. Применение подкладных штампов целесообразно при размере партии 50—200 заготовок. Горячая объемная штамповка осуществляется на молотах или штамповочных прессах с открытыми и закрытыми штампа¬ ми при подогреве металла до температуры пластического дефор¬ мирования. Однако штамповка на молотах нерациональна, так как окончательная форма заготовок получается за несколько уда¬ ров, что вызывает смещение верхнего штампа относительно ниж¬ него и увеличение припуска на обработку резанием. Наибольшее распространение в автомобильной промышленно¬ сти получила объемная штамповка на кривошипных горяче¬ штамповочных прессах. Штамповка на них требует точного рас¬ чета объема металла, необходимого для изготовления отдельных заготовок. Горячая штамповка широко применяется для изготовления за¬ готовок стальных коленчатых и распределительных валов, поворот¬ ных цапф, зубчатых колес коробок передач и задних мостов, кресто¬ вин карданного вала и дифференциала, шатунов и других деталей. 31
При штамповке на горизонтально-ковочных машинах (ГКМ) конструктивные формы заготовок должны допускать разделение штампов на три части с двумя перпендикулярными плоскостями разъема х—х и у—у. Схема штамповки на FKM приведена на рис. 2.7. Материал подается на расчетную длину, после чего под¬ вижная часть матрицы 2 смыкается с ее неподвижной частью 1. Затем пуансон 3, перемещаясь в горизонтальной плоскости, уда¬ ряет по выступающей части заготовки до заполнения матрицы металлом по всему контуру. Стойкость штампов составляет 10 20 тыс. заготовок. Способ является высокопроизводительным при изготовлении Заготовок, имеющих форму тел вращения. Рис. 2.7. Схема штамповки на горизонтально-ковочной машине Вальцовкой на ковочных вальцах называется процесс обра¬ ботки давлением, при котором деформирование заготовки проис¬ ходит во вращающихся секторах — штампах, расположенных на валиках (рис. 2.8). Валики вращаются синхронно и при замы¬ кании образуют профиль заготовки (рис. 2.8, б). Вальцовка при¬ меняется для предварительного или окончательного обжатия за¬ готовок из прутка или полосы (шатуны, ключи, вилки, рычаги). у 7 / J ч4 2 У Р б Рис. 2.8. Схема вальцовки на ковочных вальцах: а — исходное положение; б — вальцовка 32
Процесс вальцовки длится 4—5 с, поэтому после вальцовки можно выполнять последующую штамповку без дополнительно¬ го подогрева. Такое сочетание вальцовки и штамповки повышает произво¬ дительность, снижает расход металла на 10—15 % и обеспечи¬ вает более благоприятное расположение волокон металла, чем при штамповке на молотах и прессах. Холодная объемная штамповка применяется в основном для получения заготовок крепежных деталей и других мелких дета¬ лей (толкателей, клапанов) на специальных холодно-высадочных прессах-автоматах (производительность до 400 шт./мин). Широкое распространение получила электровысадка, обеспе¬ чивающая 11-й, 12-й квалитеты точности, экономию металла (в 2 раза) и меньшую трудоемкость (в 5 раз) по сравнению с меха¬ нической обработкой. Холодная листовая штамповка состоит из формоизменяю¬ щих операций, посредством которых плоская заготовка превра¬ щается в пространственную деталь заданной формы и размеров (гибка, отбортовка, вытяжка). Область применения — изготов¬ ление деталей кузова, дисков колес, поддонов картера, колпаков, крышек и др. Пробивкой отверстий и вырубкой по замкнутому контуру изготавливают плоские детали типа шайб, рычагов, крышек, прокладок. Исходным материалом служат малоуглеро¬ дистая сталь, алюминиевые и магниевые сплавы, неметалличес¬ кие материалы (кожа, картон, резина). Сущность формирования заготовки при поперечно-винтовой прокатке заключается в обжатии ее тремя вращающимися вал¬ ками 2, имеющими радиальное перемещение с помощью поршне¬ вых гидроприводов 1, движениями которых управляет щуп 7, скользящий по копиру 6 (рис. 2.9). Осевое перемещение обрабатываемой заготовки 3 относитель¬ но валков осуществляется механической рукой 4 и поршневым гидроприводом 5. Заготовку предварительно подогревают высоко¬ частотным индуктором, расположенным перед обрабатывающими валками. Способ обеспечивает высокую точность заготовок и эко¬ номию металла до 20—30 %. Заготовки имеют более высокие механические свойства за счет выгодного расположения волокон металла. Поперечно-винтовая прокатка применяется для изготовления заготовок с поверхностями тел вращения (многоступенчатых ва¬ ликов, полуосей и других подобных деталей). 2- 135 33
К насосу ный бак g гид Рис. 2.9. Схема поперечно-винтовой прокатки В гидросистему Схема радиального обжатия заготовки на ротационно-ковоч- ных машинах приведена на рис. 2.10. В головке шпинделя 3 ро¬ тационной машины имеется паз, в котором размещены два пол¬ зуна 4, свободно перемещающиеся в радиальном направлении (рис. 2.10, а). На внутренних торцах ползунов установлен штамп 5, а на внешних торцах — упорные ролики 6. В пазах обоймы 1 свободно расположены ролики 2. При вращении шпинделя (или обоймы) ролики 6, набегая на ролики 2, будут перемещать ползу¬ ны к оси головки на смыкание штампа 5. Удары половинами штампа по поверхности заготовки проис¬ ходят с интервалом 0,7 с. Способ применяется для изготовления точных заготовок из прутка или трубы (ступенчатые валики, оси и другие детали) с предварительным подогревом или в холодном состоянии, обеспе¬ чивает получение заготовок с высокой точностью и высоким ко¬ эффициентом использования металла (0,85—0,95). Рис. 2.10. Радиальное обжатие на ротационно-ковочных машинах: а — поперечное сечение головки; б — схема получения заготовки а б 5 2 4 6 1 3 34
При штамповке холодным выдавливанием металл течет в отверстие матрицы или в зазор между пуансоном и матрицей, в результате чего обеспечивается получение заготовок сложной формы из цветных металлов, сплавов или мягкой стали. Существуют три вида холодного выдавливания: прямое, об¬ ратное и комбинированное (рис. 2.11). При получении заготовок холодным выдавливанием обеспечи¬ ваются незначительные припуски на обработку, а коэффициент использования металла составляет 0,90—0,98. а б в Рис. 2.11. Схемы холодного выдавливания: а — прямое; б — обратное; в — комбинированное; 1 — пуансон; 2 — матрица; 3. — заготовка; 4 — неподвижный пуансон Получение заготовок другими способами. Сортовой металл (прокат) применяют при изготовлении гладких и ступенчатых валов с небольшим перепадом диаметров ступеней, крепежных деталей и деталей фасонного профиля. Исходными материалами служат горячекатаные и холоднотя¬ нутые прутки, полоса, лист, труба, проволока, специальный прокат из стали, цветных металлов и их сплавов. При получе¬ нии заготовок из стального калиброванного прутка 7—9-го ква- литетов точности не требуется механическая обработка по на¬ ружному диаметру (или только финишная обработка). Поэтому при изготовлении заготовок из проката сокращается расход ме¬ талла и объем механической обработки, которая ограничивается сверлением отверстий, снятием фасок и другими нетрудоемкими операциями. 35
Применение синтетических материалов позволяет изготав¬ ливать заготовки сложной формы с точными размерами и хоро¬ шим качеством поверхностей, требующих лишь незначительной механической обработки. Материалами для изготовления заготовок служат текстолит, капрон, волокнит и др. Заготовки получают прессованием или литьем под давлением. Из текстолита изготавливают зубчатые колеса распределительных валов, из капрона — подшипники скольжения, втулки, шайбы; из волокнита — подшипники скольжения, крыльчатки водяного насоса. Благодаря разнообра¬ зию способов получения детали из пластмасс можно изготавли¬ вать комбинированными (на металлическом основании). Применение синтетических материалов обусловливается их ма¬ лой плотностью, антикоррозионными, антифрикционными, тепло- и электроизоляционными свойствами. Замена металлов синтети¬ ческими материалами в условиях крупносерийного и массового производства снижает себестоимость деталей из черных металлов в 1,5—3,5 раза, а из цветных металлов и сплавов — в 5—10 раз. Метод порошковой металлургии заключается в прессова¬ нии смеси порошков (железомедных, медно-графитовых и др.) под давлением 100—600 МПа и последующем их спекании при температуре ниже точки плавления основного компонента. Точ¬ ность заготовок, полученных методом порошковой металлур¬ гии, соответствует 12-му, 13-му квалитетам, расход материалов значительно сокращается (иногда требуется лишь финишная об¬ работка). Материалами для получения заготовок служат порошки алю¬ миния, бронзы, конструкционной, легированной, быстрорежу¬ щей, коррозионно-стойкой сталей и твердых сплавов. Метод порошковой металлургии дает возможность изготавли¬ вать заготовки с заданными физико-механическими свойствами из тугоплавких металлов и сплавов, из сочетаний металлов и не¬ металлов (медь—графит; железо—пластмасса), получать порис¬ тые детали. Для деталей, работающих в условиях трения, заго¬ товки рекомендуется изготавливать с пористостью 8—10 % с последующей пропиткой маслом. 2.3. Экономическое обоснование выбора заготовки Методика расчета экономической эффективности. Способ по¬ лучения заготовки оказывает влияние на технологический про¬ цесс обработки детали и ее технологическую себестоимость. 36
О целесообразности выбранного вида заготовки можно судить лишь после расчета технологической себестоимости детали по сравниваемым вариантам. Предпочтение необходимо отдать той заготовке, которая обеспечивает меньшую себестоимость. При равной технологической себестоимости детали предпочтительным следует считать вариант получения заготовки с более высоким коэффициентом использования металла. При изготовлении детали из проката стоимость изготовления заготовки (S3ar, руб.) определяется следующим образом: где См — цена 1 кг материала заготовки, руб.; С^ — цена 1 т отходов, руб. При получении заготовок литьем или плаетическим деформи¬ рованием металла стоимость заготовки можно определить по формуле где С; — базовая стоимость 1 т заготовок, руб.; Кт, Кс, Kq, Км, Кп коэффициенты, зависящие от класса точности, группы сложности, массы, марки материала и объема производства заго¬ товок. Экономический эффект (Э, руб.) при сопоставлении способов получения заготовок, при которых не изменяется технологичес¬ кий процесс механической обработки, определяется по формуле где S3ar l, S3ar 2 стоимость получения заготовок по сопоставля¬ емым вариантам, руб.; N — программа предприятия для изготов¬ ления деталей, шт. (2.2) / С \ с -i—a тс тс тс V ТС _±от\ 1000 г (^-3) S Э — (S3CLTI — S3ar.2)iV, (2.4)
Базирование деталей и точность механической обработки 3.1. Основные принципы выбора баз и погрешности базирования Способы установки и закрепления заготовки. Точность меха¬ нической обработки детали зависит от способа установки (бази¬ рования и закрепления) заготовки. Под установкой понимается правильная ориентация заготовки относительно режущего инст¬ румента и надежная фиксация ее в данном положении. Правиль¬ ность установки определяется характером и точностью базирова¬ ния заготовки. В соответствии с ГОСТ 21495 76 под базирова¬ нием понимают придание заготовке требуемого положения отно¬ сительно выбранной системы координат. Базой называют исходную поверхность, определяющую по¬ ложение заготовки в процессе обработки ее на станке или ориен¬ тирующую другие детали узла, агрегата при сборке. Базирование необходимо на всех стадиях создания изделия. По назначению различают конструкторские, технологические и измерительные базы. Конструкторские базы — это поверхности, линии или точки на рабочем чертеже детали, относительно которых конструктор за¬ дает размеры и взаимное положе¬ ние других поверхностей, линий или точек. Конструкторскими ба¬ зами на рабочем чертеже служат оси отверстий и валов, оси сим¬ метрии и другие геометрические элементы. Важным вопросом при конструировании является пра¬ вильная простановка размеров на чертеже, которая возможна цеп¬ ным или координатным способом. При цепном способе суммирование ошибок отдельных звеньев размер¬ ной цепи неизбежно (рис. 3.1, а). а Рис. 3.1. Способы простановки размеров: а — цепной; б — координатный 38
При координатном способе (от одной конструкторской базы) ис¬ ключается суммирование ошибок отдельных размеров в процессе измерения детали (рис. 3.1, б). Технологической базой называется поверхность, используе¬ мая для определения положения заготовки в процессе изготовле¬ ния детали. Технологической базой может быть рабочая поверх¬ ность детали или специально созданная поверхность у заготовки для базирования при обработке, которая не выполняет служеб¬ ного назначения у детали (например: центровые отверстия валов, приливы у деталей-корпусов). Измерительной базой называется поверхность, которая ис¬ пользуется для определения относительного положения заготов¬ ки и средств измерения, т. е. от которой производят отсчет раз¬ мера обработки. Базирование связано с частичным или полным лишением сте¬ пеней свободы заготовки в выбранной системе координат. Поэто¬ му установлены следующие разновидности технологических баз: установочная, направляющая (двойная направляющая), опорная (двойная опорная). Установочной базой называют элементы детали, используе¬ мые в процессе обработки для установления взаимосвязи между расположением режущей кромки инструмента и обрабатываемой поверхностью и лишающие заготовку трех степеней свободы: пе¬ ремещения вдоль оси у и поворотов вокруг осей х и 2 (поверх¬ ность I в плоскости хОг, рис. 3.2, а). Направляющая база лишает заготовку двух степеней свободы: перемещения вдоль оси х и поворота вокруг оси у (поверхность II в плоскости уОг, рис. 3.2, а). Двойная направляющая база лишает заготовку четырех сте¬ пеней свободы: перемещений вдоль осей х и у и поворотов вок¬ руг этих осей (рис. 3.2, б). Опорная база лишает заготовку одной степени свободы: перемещения вдоль оси г (поверхность III в плоскости хОу на рис. 3.2, а). Двойная опорная база лишает заготовку двух степеней свобо¬ ды: перемещений вдоль координатных осей х и у (рис. 3.2, в). При проектировании технологических процессов правильное назначение технологических баз способствует повышению точно¬ сти обработки. Поэтому при выборе баз необходимо учитывать следующие положения: ♦ поверхность заготовки или сборочной единицы, принятая за технологическую базу, должна быть обработана с требуемой 39
Рис. 3.2. Схемы базирования деталей: а — призматических; б — валов; в — дисков; 1—6 опорные точки; 1'—6’ — проекции опорных точек на координатные плоскости; I—III — базы детали точностью и шероховатостью; при обработке такой поверхности заготовку базируют по черновым базам (т. е. необработанным по¬ верхностям); ' ♦ при обработке заготовок сложной конструкции (блок ци¬ линдров) черновые базы должны быть гладкими и не иметь ли¬ тейных и штамповочных уклонов; ♦ за черновые базы следует принимать поверхности, располо¬ женные параллельно, перпендикулярно или концентрично техно¬ логической базе, так как при этом упрощается процесс базирова¬ ния и повышается точность обработки технологической базы; ♦ за технологическую установочную базу принимается боль¬ шая по площади поверхность заготовки, что позволяет дальше разнести три опорные точки и повышает устойчивость заготовки в процессе ее обработки; ♦ за направляющую технологическую базу принимается боль¬ шая по длине и меньшая по ширине поверхность заготовки, что 40
дает возможность расположить точки, определяющие направление заготовки, на одной прямой и повысить точность базирования; ♦ для достижения высокой точности обработки необходимо со¬ блюдать принцип совмещения технологической, измерительной и конструкторской баз, поэтому при разработке конструкции детали необходимо предусматривать возможность использования конст¬ рукторской базы в качестве технологической и измерительной; ♦ при проектировании технологических процессов обработки деталей сложной конструкции с большим количеством точных взаимосвязанных поверхностей необходимо соблюдать принцип постоянства технологической базы, который заключается в ис¬ пользовании одной и той же технологической базы при выпол¬ нении всех основных операций обработки заготовки. Пример. Поверхность d обрабатывается с подрезкой торцов в размер а и Ь, заданных от поверхности А (рис. 3.3, а). Обрабаты¬ ваемая заготовка закрепляется в цанговом патроне по поверхности d1 с упором на торец А. Принятая схема базирования обеспечива¬ ет совмещение технологической опорной базы с измерительной ба¬ зой А, что повышает точность обработки. Рис. 3.3. Влияние на точность обработки совмещения баз: а — совпадение технологической и измерительной баз; б — несовпадение баз При обработке паза на глубину а ±6 (рис. 3.3, б) с отсчетом размера от измерительной базы А детали, установленной на столе фрезерного станка базой Б (настройка фрезы выполнена по разме¬ ру Н), допуск замыкающего звена о будет равен алгебраической сумме допусков составляющих звеньев 5 = 8! + 82, так как техноло¬ гическая база В не совпадает с измерительной базой А. В этом слу¬ чае точность обработки снижается, так как на допуск размера а, 41
кроме погрешности настройки, оказывает влияние и колебание размера В, связывающего установочную и измерительную базы. Следовательно, погрешность базирования представляет собой от¬ клонение фактического положения заготовки при базировании от требуемого. Если технологическая база совпадает с измеритель¬ ной, погрешность базирования равна нулю. Погрешность базирования равна нулю для всех размеров, оп¬ ределяющих взаимное положение поверхностей, обработанных при данной установке заготовки. При обработке поверхностей, которые одновременно служат направляющими технологическими базами, погрешность базиро¬ вания также будет равна нулю. Например, при протягивании, развертывании, притирке отверстий, а также при бесцентровом шлифовании поверхность, подвергающаяся обработке, является направляющей для инструмента. Таким образом, для снижения погрешностей базирования не¬ обходимо использовать постоянные базы для различных опера¬ ций обработки. Каждая смена базы вносит новые погрешности, зависящие от неточности взаимного расположения баз. 3.2. Факторы, влияющие на точность обработки Точность изготовления деталей. Это один из основных парамет¬ ров, обеспечивающих высокое качество и надежность автомобилей. Точность является относительным понятием и определяется откло¬ нениями поверхностей и осей детали от взаимного расположения (несоосность, непараллельность, неперпендикулярность, неконцен- тричность), отклонениями от заданной геометрической формы, дей¬ ствительных размеров детали от номинальных значений. Точностью обработки называют степень соответствия вза¬ имного расположения поверхностей детали, ее формы и размеров параметрам, заданным на рабочем чертеже. Точность взаимного расположения поверхностей при обработ¬ ке детали в несколько операций зависит от погрешности базиро¬ вания детали на различных операциях. Точность формы детали оказывает существенное влияние на ра¬ боту сопряженных поверхностей. На нее влияют профиль и уста¬ новка режущего инструмента, вид рабочих движений станка, износ направляющих, неуравновешенность шлифовального круга и др. Точность размера определяется точностью установки режуще¬ го инструмента, длиной прохода и размерами самого инструмен¬ та (мерного или профильного). 42
На точность обработки влияет большое количество факторов, присущих самому процессу обработки, которые можно разделить на статические и динамические. К статическим относятся факторы, вызывающие погреш¬ ности, величина и характер которых не зависят от режимов об¬ работки. К динамическим относятся факторы, вызывающие по¬ грешности в процессе обработки детали, т. е. зависящие от ре¬ жимов обработки. Неточность изготовления и изнашивание деталей станка. Технологическая точность металлорежущих станков регламенти¬ рована ГОСТом. Согласно этому ГОСТу радиальное биение токар¬ ных и фрезерных станков допускается в пределах 0,010—0,015 мм, торцовое биение 0,01—0,02 мм, непрямолинейность и непарал- лельность направляющих станин токарных станков — в преде¬ лах 0,02 мм на длине 1000 мм. Неточность кинематической схе¬ мы станка также влияет на точность обработанной на нем дета¬ ли (например, зубчатого колеса). Неточность изготовления режущего инструмента и приспособ¬ лений. Точность изготовления инструмента существенно сказывает¬ ся на точности обработки при работе мерным и профильным инст¬ рументом, так как эти инструменты копируют профиль и свои раз¬ меры на поверхностях обрабатываемой заготовки. Приспособления изготавливаются с учетом точности изготовления детали. При точ¬ ности обработки по 6—9-му квалитетам допуск на точные размеры приспособления устанавливают в пределах 1/2—1/3 допуска на со¬ ответствующие размеры детали. При более грубой обработке (ниже 9-го квалитета) допуски на детали приспособления составляют 1/5—1/10 допуска на соответствующие размеры детали. Погрешности установки заготовки на станке. Перед обработ¬ кой заготовку необходимо правильно скоординировать относи¬ тельно режущего инструмента и зафиксировать ее в этом поло¬ жении на время выполнения операции. При этом необходимо учитывать жесткость заготовки и величину зажимного усилия, которое может деформировать или сместить заготовку относи¬ тельно режущего инструмента. Поэтому усилие закрепления за¬ готовки, особенно на чистовых операциях, необходимо прини¬ мать с учетом обеспечения заданной точности обработки. Изнашивание и деформация режущего инструмента в про¬ цессе обработки. Изнашивание инструмента характеризуется уменьшением размера в нормальном направлении к обрабатывае¬ мой поверхности, что ведет к изменению размера и формы 43
обрабатываемой поверхности. Наибольшее влияние на изнашива¬ ние инструмента оказывает скорость резания, в меньшей степе¬ ни — подача и глубина резания. Износ инструмента за время его работы между периодически¬ ми переточками (U, мкм) пропорционален пути резания: £/ = *М>, (зл> где U0 — относительный удельный износ (мкм), отнесенный к пути резания , мкм/тыс.м; 1р — путь резания, тыс.м: Jp=vT, (3.2) где v — скорость резания, м/мин; Т — стойкость режущего ин¬ струмента, мин. В начале работы инструмент изнашивается интенсивнее, по¬ этому с учетом начального износа размерный износ определяется по формуле U = U„ + U0(lp-1), (3.3) где [/„ — начальный износ, соответствующий первой 1000 м пути, мкм. Износ лезвийного режущего инструмента можно компенсиро¬ вать периодической подналадкой станка или настройкой инстру¬ мента на размер. Влияние износа абразивного круга на форму детали компен¬ сируется правкой алмазным инструментом, а на размер обработ¬ ки — автоматической подачей (у современных станков). Деформация элементов системы СПИД. Способность техно¬ логической системы «станок—приспособление—инструмент—де¬ таль» (СПИД) противостоять действию силы резания, вызываю¬ щей деформацию элементов этой системы, характеризует ее жест¬ кость. Упругая деформация системы СПИД под действием силы резания Ру, направленной по нормали к обрабатываемой поверх¬ ности, приводит к погрешности обработки. Жесткостью системы СПИД (/, Н/мм) называют отношение составляющей Ру силы резания к смещению режущей кромки ин¬ струмента в направлении действия этой составляющей: j-Py/у, (3.4) где Ру — составляющая силы резания, направленная по норма¬ ли к обрабатываемой поверхности, Н; у — взаимное смещение инструмента и обрабатываемой поверхности, мм; Ру =Ср- tX’ • SY’, (3.5) где t — глубина резания, мм; S — подача, мм/об; Ср, Хр, Yp — коэффициенты, характеризующие условия обработки. 44
Величина, обратная жесткости, называется податливостью системы СПИД (W, мм/Н): (3.6) Следовательно, величина смещения режущей кромки инстру¬ мента у составит: У ~~~~ PyW. ] (3.7) Если податливость системы переменна в точках приложения силы Ру при перемещении инструмента, то имеет место отклоне¬ ние от заданной формы детали (рис. 3.4). Ру/2 В- ш I Р,/2 т Рис. 3.4. Влияние жесткости системы СПИД на точность формы детали: а — нежесткая передняя бабка; б — нежесткая задняя бабка; в — нежесткая передняя и задняя бабки; г — нежесткая деталь Для повышения точности обработки деталей необходимо по¬ вышать жесткость системы СПИД путем применения дополни¬ тельных опор, повышения жесткости закрепления обрабатывае¬ мой заготовки, а также контактной жесткости в сопряжениях отдельных элементов системы СПИД (деталь типа вала считает¬ ся нежесткой, если отношение длины к диаметру более 10). Температурные деформации возникают в обрабатываемой за¬ готовке, режущем инструменте или станке вследствие их нагрева в процессе резания металла и в результате трения подвижных ча¬ стей станка. На поверхности резцов из быстрорежущей стали или с плас¬ тинками из твердых сплавов в зоне резания развивается темпе¬ ратура 700—800 °С, а удлинение резца за счет температурных деформаций достигает 30—50 мкм. 45
Для уменьшения влияния температурных деформаций на точ¬ ность обработки применяют следующие методы: ♦ используют охлаждающую жидкость при обработке; ♦ снижают усилия резания и тепловыделение при отделочной обработке за счет разделения обработки на черновую и чистовую; ♦ применяют многорезцовую обработку (повышается равно¬ мерность распределения теплоты по поверхности обработки); ♦ повышают скорость резания, что улучшает отвод теплоты стружкой. Остаточные напряжения возникают в результате поверхностно¬ го наклепа при изготовлении заготовок методом давления, поверх¬ ностного упрочнения, при термообработке и сварке, механической об¬ работке и др. Остаточные напряжения у заготовки постепенно ста¬ билизируются и находятся в равновесии. При обработке резанием и снятии определенной части напряженного металла (припуска) это равновесие нарушается и происходит деформирование заготовки и перераспределение остаточных напряжений. Для уменьшения влия¬ ния остаточных напряжений на точность обработки применяют ес¬ тественное и искусственное старение заготовок, пропускание через них переменного тока, обстукивание заготовок и другие методы. Технологическая наследственность (копирование погрешностей предшествующей обработки) также влияет на точность обработки. При снятии неравномерного припуска с поверхности заготовки пе¬ ременной будет сила резания Ру, следовательно, переменное смеще¬ ние системы СПИД вызовет погрешность формы детали. Чем бли¬ же форма заготовки к форме детали, тем равномернее снимаемый слой металла и меньше погрешность обработки. Лучшей исправля¬ ющей способности операции можно добиться уменьшением подачи. Неточность средств и методов измерения вынуждает сужать поле допуска для непосредственной обработки, так как отклоне¬ ние размера по чертежу 5 должно включать погрешность обработ¬ ки Д^р и погрешность измерения Аизм.‘ 8 = Добр + Дизм> (3.8) откуда Добр = 8-Дизм. (3.9) Поэтому рекомендуется выбирать средства измерения с таким расчетом, чтобы погрешность измерения была не более 0,1 допус¬ ка исследуемого размера. 3.3. Методы обеспечения точности обработки Метод пробных ходов и промеров. При этом методе, называ¬ емом также методом индивидуального получения размеров, ста¬ 46
ночник подводит режущий инструмент к заготовке и снимает с короткого участка пробную стружку. Толщину снимаемого слоя он определяет как разницу между размерами заготовки и гото¬ вой детали. Измерив обработанный участок и сравнив получен¬ ный размер с требуемым, станочник в случае необходимости вно¬ сит коррективы в глубину резания. Число пробных ходов и кор¬ ректировок инструмента зависит от квалификации станочника и требуемой точности детали. Только убедившись, что полученный размер соответствует нормативно-технической документации, он обрабатывает всю деталь. Метод автоматического получения размеров. При этом мето¬ де станок настраивается таким образом, чтобы требуемые точ¬ ность и форма детали получались автоматически. Влияние станочника на точность обработки в этом случае сводится к ми¬ нимуму. На точность технологического процесса влияют различные факторы, из которых в первую очередь рекомендуется учитывать следующие: неточность станка в ненагруженном состоянии; си¬ ловые деформации системы СПИД; погрешность установки и др. Эти элементарные факторы могут приводить как к систематичес¬ ким, так и к случайным погрешностям. Случайная погрешность изготовления изделия — это составляющая погрешности произ¬ водства продукции, случайным образом принимающая при неиз¬ менных условиях различные модуль и (или) знак. При тех же условиях систематическая погрешность — это со¬ ставляющая, сохраняющая или принимающая закономерно изме¬ няющиеся модуль и (или) знак. Всё зависит от конкретных усло¬ вий. Так, например, если анализируется точность деталей одной партии, то погрешность, возникающая из-за неточности наладки, будет систематической погрешностью, а если анализируют детали из разных партий, то эта погрешность будет выступать как слу¬ чайная погрешность. Суммарная погрешность обработки где Асист.; — систематическая i-я погрешность; ; — случайная j-я погрешность; К, — коэффициент относительного рассеивания j-й случайной погрешности; Т — допуск на анализируемый параметр. где Оу — среднеквадратичное отклонение при j-м законе распреде¬ ления; он — то же при нормальном законе распределения. (3.10) Kj=Oj/a„, (3.11) 47
Суммарную погрешность обработки можно определить, и не анализируя элементарные факторы, а используя вероятностно¬ статистический метод. При этом методе на основании статисти¬ ческих данных устанавливаются закон распределения контроли¬ руемого параметра и его числовые характеристики (математичес¬ кое ожидание и среднеквадратичное отклонение). Полученные ха¬ рактеристики (с учетом процента риска) сравнивают с данными, приведенными в нормативно-технической документации, и дела¬ ют заключение о точности технологического процесса. Но в боль¬ шинстве случаев при использовании только этого метода за¬ труднительно выявить влияние элементарных факторов на точ¬ ность обработки. Поэтому он часто используется совместно с ме¬ тодом расчета влияния элементарных факторов на точность об¬ работки. Иногда метод расчета точности с учетом элементарных факторов называют расчетно-аналитическим. 3.4. Достижимая и экономическая точность обработки Зависимость стоимости от точности обработки. Более высокая точность изготовления деталей способствует повышению надежно¬ сти автомобилей, однако чрезмерное завышение точности приводит к увеличению трудоемкости и стоимости их изготовления. В машиностроении различают достижимую и экономическую точность обработки. Достижимой называют точность, которая может быть полу¬ чена при обработке деталей высококвалифицированным рабочим на станке, находящемся в исправном состоянии при неограничен¬ ных затратах времени и труда. При разработке технологического процесса изготовления де¬ тали с заданной точностью необходимо при назначении оборудо¬ вания и технологической оснастки руководствоваться понятием экономической точности. Стоимость обработки и требуемая точность находятся в об¬ ратно пропорциональной зависимости (рис. 3.5, а). Однако ха¬ рактер этой зависимости различен для разных методов. При любом методе обработки и невысоких требованиях к точ¬ ности машинное время на обработку сокращается. Однако суще¬ ствует некоторое минимальное значение машинного времени, ниже которого оно не может быть ни при каких условиях (если не изменить самого метода обработки). 48
а б Рис. 3.5. Зависимость стоимости от точности обработки (а); обоснование экономического варианта технологического процесса (б): 1 — черновое точение; 2 — чистовое точение; 3 — шлифование Приближенная зависимость полного (калькуляционного) вре¬ мени (Т) обработки от точности будет следующей: т = га+А (ЗЛ2) где Та постоянная для данного метода обработки величина, со¬ ответствующая минимально возможной затрате времени; Айк — постоянные величины; Дв — сумма погрешностей, зависящих от нагрузки и обусловливаемых упругими отжатиями. На рис. 3.5, а приведена постоянная погрешность Аа, свой¬ ственная данному методу обработки. Кривая стоимости (времени) может быть разбита на три участка: А, Б, В. Работа в услови¬ ях, соответствующих участку А, является неэкономичной, так как увеличение стоимости (времени) обработки мало влияет на точность. Получаемая в результате данной обработки точность — достижимая точность. Участок Б кривой отражает возможность повышения точнос¬ ти за счет увеличения времени на обработку. Выбор соответству¬ ющего режима работы на данном участке кривой является тех¬ нико-экономической задачей, решаемой на производстве. 49
Участок В характеризует область гарантированной точности данного метода, потому что даже незначительное увеличение вре¬ мени обработки приводит к резкому снижению погрешности. Требуемая точность обработки может быть обеспечена разны¬ ми технологическими методами, но с различной экономической эффективностью (рис. 3.5, б). Пример. Сравним три различных метода обработки вала. При допуске на обработку Д > целесообразно применить чер¬ новое точение. При Д<Д2 деталь целесообразно шлифовать. При Д2 < Д < Aj — выгоднее чистовое точение. В этом случае величина Д2 соответствует предельной экономической точности обработки на токарном станке. Экономическая точность обработки на заданном уровне раз¬ вития техники — это та точность, для достижения которой зат¬ раты времени и средств при применении данного способа обработ¬ ки не превышают затрат при применении другого сопоставимого способа, пригодного для обработки той же поверхности. Следовательно, понятие «экономическая точность обработки» относительно. Оно применяется лишь при сопоставлении различ¬ ных методов обработки одних и тех же поверхностей. Экономическая точность чистовой токарной обработки на предварительно настроенном станке находится в пределах 7-го, 8-го квалитетов; шлифования — 6-го квалитета. Тонкое шлифо¬ вание, притирка, обработка инструментом из сверхтвердого син¬ тетического материала соответствует 4-му, 5-му квалитетам. Для каждого метода обработки экономическая точность ниже технологически достижимой. Средние значения экономической точности обработки разными методами приведены в справочной литературе по обработке металлов. Экономическая точность об¬ работки изменяется с развитием техники. Новые технологии спо¬ собствуют снижению затрат для обеспечения требуемой точности.
Качество поверхностей деталей 4.1. Геометрические характеристики поверхности Реальная поверхность детали. Качество поверхности деталей машин определяется геометрическими характеристиками и физи¬ ко-механическими свойствами поверхностного слоя. К геометри¬ ческим характеристикам относятся: форма детали; волнистость поверхности; шероховатость, направление неровностей. Рассмотрим схему реальной поверхности детали (рис. 4.1). Отклонение от правильной геометрической формы оценива¬ ется отношением длины неровностей L\ к их высоте hx и харак- - U теризуется величинои —>1000. Величина макронеровностей К (овальность, конусообразность, бочкообразность) обычно составля¬ ет 30—50 % допуска на размер детали. Волнистость поверхности, т. е. наличие закономерно повто¬ ряющихся волнообразных отклонений, характеризуется отноше¬ на нием = 50—1000. Волнистость вызывается вибрациями, воз- h2 никающими в процессе обработки на станках при определенных условиях (неуравновешенность вращающихся частей станка и де¬ тали, неравномерность процесса резания, автоколебания режуще¬ го инструмента). 51
Шероховатость поверхности характеризуется отношением Шероховатость реальной поверхности объясняется как самой природой атомно-молекулярного строения твердого тела, так и следствием механической обработки резанием, в результате кото¬ рой на поверхности остаются следы воздействия режущей кром¬ ки инструмента в виде выступов и впадин. Шероховатость обра¬ зуется в направлении как главного рабочего движения (продоль¬ ная шероховатость), так и в направлении подачи (поперечная шероховатость). Оценка шероховатости осуществляется в направ¬ лении ее наибольшего значения (обычно поперечная шерохова¬ тость в 2—3 раза превышает продольную). Направление неровностей после механической обработки ока¬ зывает существенное влияние на износ при одинаковой шерохо¬ ватости. Поэтому для определенных условий эксплуатации необ¬ ходимо выбирать оптимальную направленность неровностей по¬ верхности по отношению к главному рабочему движению деталей сопряжения. В соответствии с ГОСТ 25142—82 шероховатость поверхнос¬ ти деталей оценивается следующими параметрами: средним ариф¬ метическим отклонением профиля Ra; высотой неровностей про¬ филя Rz; наибольшей высотой неровностей профиля -Rmax; сред¬ ним шагом неровностей Sm; средним шагом местных выступов профиля S; опорной длиной профиля Г|р; относительной опорной длиной профиля tp. На рис. 4.2 приведен профиль реальной поверхности с обо¬ значением элементов параметров шероховатости. Линия I выступов 52 Рис. 4.2. Профиль реальной поверхности
Среднее арифметическое отклонение профиля Ra определяет¬ ся как среднее арифметическое абсолютных значений отклонений профиля в пределах базовой длины I. Расстояние до средней ли¬ нии суммируется без учета алгебраического знака: = или Ra = ^-\\y{x)\lx, (4.1) i=l t о где I — базовая длина (числовые значения базовой длины выбирают из ряда: 0,01; 0,03; 0,08; 0,25; 0,80; 2,5; 8,0; 25 мм); уь — вели¬ чина i-ro отклонения профиля; п — число замеренных отклонений. Параметр Ra изменяется от 100 до 0,008 мкм (всего 42 зна¬ чения). Высота неровностей профиля по десяти точкам Rz — сред¬ нее расстояние между находящимися в пределах базовой длины пятью наибольшими выступами профиля (#,тах) и пятью наи¬ большими впадинами f 5 5 Rz = - 5 ЖтахЬЖпин! • (4-2) 'Vi=l i=1 Параметр Rz находится в пределах от 1600 до 0,025 мкм (всего — 49 значений). Наибольшая высота неровностей профиля -Rmax — расстояние между линией выступов и линией впадин профиля в пределах ба¬ зовой длины. Средний шаг неровностей Sm — среднее арифметическое зна¬ чение шага неровностей профиля Smt в пределах базовой длины: ,4.3) Средний шаг местных выступов профиля S — среднее ариф¬ метическое шага неровностей профиля по вершинам S, в преде¬ лах базовой длины: (4.4) п м Опорная длина профиля г|р — сумма длин отрезков bh отсе¬ каемых на заданном уровне р в материале профиля линией, эк¬ видистантной средней линии, в пределах базовой длины: П P = ifr|- (4.5) 1=1 Относительная опорная длина профиля tp (в процентах) — отношение опорной длины профиля к базовой длине: *р=у-Ю0. (4.6) 53
Шероховатость поверхности может оцениваться качественно или количественно. Качественная оценка шероховатости осуществляется рефлектометрами или пневматическими приборами. Принцип ра¬ боты рефлектометра основан на регистрации гальванометром ве¬ личины микротока, возникающего в фотоэлементе, на который попадает отраженный от исследуемой поверхности луч света. Чем более шероховата поверхность, тем хуже ее отражательные свой¬ ства. Сравнивая показания гальванометра при отражении света от образца и от исследуемой поверхности детали, судят о степе¬ ни соответствия шероховатости детали эталону. Пневматические приборы измеряют расход воздуха, проходя¬ щего через калиброванное отверстие наконечника, который при¬ жимается к исследуемой поверхности. Изменение расхода возду¬ ха отмечается по шкале прибора. Количественная оценка шероховатости поверхности заключается в измерении высоты микронеровностей и осуществ¬ ляется с помощью контактных (электрических) или бесконтакт¬ ных (оптических) приборов. Контактные приборы подразделяются на профилометры и профилографы. Профилометры являются электродинамическими приборами и предназначены для определения численных значе¬ ний параметров высоты микронеровностей. Принцип действия профилометра Киселева КВ-7М заключается в возбуждении ЭДС в результате колебательных движений алмазной иглы, перемеща¬ емой по поверхности детали (рис. 4.3). Величина ЭДС пропорциональна линейным перемещениям индукционной катушки. Профилометры применяются для оцен¬ ки шероховатости с высотой микронеровностей 0,03—12 мкм. Профилографы предназначены для изображения микропрофи¬ ля поверхности (профилограммы) на светочувствительной бумаге или пленке. После обработки профилограммы определяют параметры ше¬ роховатости. Для количественной оценки шероховатости бесконтактным способом применяется двойной микроскоп МИС-11 (конструкции В. П. Линника). Принцип работы прибора состоит в измерении искривления изображения светящейся щели с помощью шкалы, нанесенной на стекло микроскопа. Он предназначен для измерения шерохо¬ ватости Rz от 0,32 до 80 мкм. 54
Рис. 4.3. Схема работы профилометра: 1 — исследуемая деталь; 2 — алмазная игла; 3 — плоские пружины; 4 — индукционная катушка; 5 — постоянный магнит; 6 — усилитель тока; 7 — регистрирующий прибор Для оценки шероховатости поверхности более высокого каче¬ ства с параметром Да = 0,16—0,01 мкм используют интерферен¬ ционные микроскопы. 4.2. Физико-механические свойства поверхностного слоя Глубина н степень наклепа. Физико-механические свойства об¬ работанной поверхности зависят от структуры поверхностного слоя металла и характеризуются глубиной и степенью наклепа, микро¬ твердостью, характером и величиной внутренних напряжений. Поверхностная твердость при механической обработке в ре¬ зультате наклепа может повышаться в 2 и более раз. Глубина наклепанного слоя в зависимости от метода обработки может из¬ меняться от нескольких микрометров до 1 мм (при точении — 0,1—1,0 мм, при протягивании — 0,01—0,05 мм). Для определения глубины и степени наклепа применяются методы: косых срезов; химического травления и электрополиро¬ вания; рентгеноструктурного анализа. Метод косых срезов за¬ ключается в том, что исследуемую поверхность срезают под углом 1,0—2,5°, пересекая поверхностные слои металла на боль¬ шом расстоянии, что позволяет в 30—50 раз растянуть глубину наклепанного слоя. После доводки и травления косого среза замеряют микротвердость. Метод химического травления и 55
4 электрополирования заключается в постепенном удалении по¬ верхностных слоев и периодическом измерении твердости поверх¬ ности до выявления твердости исходного металла. Метод рентгеноструктурного анализа является более точным, так как на рентгенограммах искаженной кристаллической решетки поверхности наклеп выявляется в виде размытого кольца. Микротвердость может быть определена прибором ПМТ-3, с помощью которого в поверхность образца вдавливается алмазный наконечник в виде пирамиды. Давление на исследуемую поверх¬ ность составляет 0,2—5,0 Н в зависимости от материала детали. Характер и распределение остаточных напряжений зависят от скорости резания и подачи, геометрии и затупления режущего инструмента, свойств обрабатываемого материала. Например, при обработке стали 45 в тонких слоях поверхно¬ сти создаются остаточные растягивающие напряжения с последу¬ ющим переходом в сжимающие, изменение знака остаточных на¬ пряжений происходит на глубине 0,01—0,025 мм. При обработ¬ ке других материалов напряжения в разных слоях поверхности слоя имеют различный характер. 4.3. Формирование качества поверхности технологическими методами Обеспечение требуемой шероховатости поверхности. Обычно поперечная шероховатость больше продольной (вдоль действия инструмента, в частности, резца), и поэтому, когда говорят о ше¬ роховатости поверхности, подразумевают поперечную шерохова¬ тость. Эта шероховатость зависит от большого числа факторов: * вида и режима обработки, инструмента, станка, химического со¬ става и микроструктуры обрабатываемого материала и др. Скорость резания в зависимости от материалов по-разному вли¬ яет на шероховатость. С увеличением скорости резания шерохова¬ тость поверхности у хрупких материалов уменьшается. У легко¬ плавких металлов при увеличении скорости шероховатость внача¬ ле уменьшается, а затем резко возрастает из-за значительного на¬ грева и оплавления поверхности. У конструкционных углеродистых сталей шероховатость вначале увеличивается, а затем при достиже¬ нии скорости 20—30 м/мин начинает уменьшаться и при скорос¬ тях более 70 м/мин практически остается постоянной. При шли¬ фовании шероховатость с увеличением скорости уменьшается. В общем случае при увеличении подачи шероховатость увели¬ чивается. При точении углеродистых сталей изменение подачи в 56
диапазоне 0,05—0,10 мм/об практически не влияет на шерохо¬ ватость. При увеличении подачи свыше 0,1 мм/об шероховатость возрастает примерно по закону параболы. При обработке деталей размерным инструментом (зенкер, раз¬ вертки и т. п.) увеличение подачи приводит к незначительному повышению шероховатости. При увеличении подачи при шлифо¬ вании шероховатость возрастает. Глубина резания при обработке лезвийным инструментом практически не оказывает влияния на шероховатость. При шли¬ фовании шероховатость возрастает с увеличением глубины реза¬ ния. В диапазоне глубин 0,005—0,020 мм происходит интенсив¬ ный рост шероховатости, а при глубинах более 0,02 мм этот процесс замедляется. Форма резца оказывает значительное влияние на шерохова¬ тость. Увеличение главного и вспомогательных углов в плане приводит к росту шероховатости. Затупление режущего инстру¬ мента и появление на нем зазубрин приводят к росту шерохова¬ тости: при обработке резцом — на 50—60 %, цилиндрическими фрезами — на 100—115 %, сверлом — на 30—40 %, разверт¬ кой — на 20—30 %. При обработке заготовок абразивным инст¬ рументом шероховатость снижается с уменьшением зернистости. Жесткость системы СПИД оказывает заметное влияние на ше¬ роховатость: с уменьшением ее шероховатость возрастает. Чем боль¬ ше вибрация системы СПИД, тем значительнее высота неровностей. Применение смазочно-охлаждающей жидкости приводит к снижению шероховатости. При использовании минеральных осерненных и растительных масел высота микронеровностей уменьшается на 25—40 %. На шероховатость поверхности оказывает влияние способ по¬ лучения заготовки и ее химический состав. Заготовки с мелко¬ зернистой структурой и повышенной твердостью имеют меньшую шероховатость, чем с крупнозернистой структурой и пониженной твердостью. Заготовки из стали с повышенным содержанием серы и стали с присадкой свинца имеют повышенную шероховатость по сравнению с углеродистыми сталями. Формирование физико-механических свойств. В процессе об¬ работки в поверхностном слое под действием сил резания проис¬ ходит упругое и пластическое деформирование, приводящее к на¬ клепу, одновременно происходит нагрев поверхностного слоя, приводящий к потере упрочнения, т. е. постоянно действует ком¬ плекс силовых и тепловых факторов, и в зависимости от того, какие факторы преобладают, получается упрочнение (наклеп) или разупрочнение поверхностного слоя. 57
Степень и глубина распространения наклепа изменяются в за¬ висимости от вида и режима механической обработки, от геометрии режущего инструмента. Степень наклепа повышается при увеличе¬ нии подачи. Влияние глубины резания на степень наклепа счита¬ ется спорным: одни специалисты считают, что при ее увеличении наклеп возрастает из-за увеличения радиуса закругления лезвия, другие же влияние глубины резания на степень наклепа отрицают. Теоретически увеличение скорости резания должно приводить к снижению твердости поверхности слоя, так как уменьшается время силового воздействия инструмента на деталь и повышает¬ ся температура нагрева поверхностного слоя. Это утверждение верно для металлов, не претерпевающих при резании структур¬ ных изменений. В противном случае при увеличении скорости ре¬ зания рост тепловыделения может вызвать поверхностную закал¬ ку, что приведет к повышению микротвердости поверхностного слоя, но не за счет наклепа, а из-за структурных изменений. Степень наклепа зависит от углов заточки режущего инстру¬ мента. Увеличение отрицательных значений переднего угла (от 15 до 45°) приводит к росту степени наклепа. При увеличении зад¬ него угла в пределах от 3 до 15° глубина наклепа уменьшается. Увеличение радиуса скругления режущей кромки приводит к уве¬ личению степени и глубины наклепа. Аналогичная картина по¬ лучается при изнашивании режущего инструмента. При шлифовании общие закономерности возникновения на¬ клепа сохраняются. Наклеп возрастает с увеличением глубины резания, продольной подачи стола или частоты вращения изде¬ лия, размера и радиуса округления абразивных зерен. Скорость резания или частота вращения абразивного круга действует по тем же зависимостям, что и скорость при точении. При доводке происходит наклеп поверхностного слоя, особен¬ но значительный в режиме полирования. Так, при хонинговании наклеп возрастает на 30—40 %, а при суперфинишировании за¬ каленной стали — на 25—30%. Снижение остаточных напряжений поверхностного слоя. Не останавливаясь на физических процессах образования остаточных напряжений в поверхностном слое, отметим, что виды обработ¬ ки и режимы резания, для которых характерны повышенные силы резания и пластические деформации, вызывают рост оста¬ точных напряжений сжатия и снижение растягивающих напря¬ жений, за исключением обработки пластических металлов, ког¬ да повышение влияния силового поля может привести к усиле¬ нию растягивающих и уменьшению сжимающих напряжений. 58
При точении окончательная степень, глубина распростране¬ ния и характер эпюры остаточных напряжений поверхностного слоя зависят от воздействия каждого из факторов, участвующих в формировании остаточных напряжений. При обработке пластических материалов с увеличением пода¬ чи происходит рост остаточных напряжений растяжения. При точении малопластических материалов с увеличением подачи ра¬ стут сжимающие напряжения. При обработке закаленных сталей при увеличении подачи возрастает температура поверхностного слоя, которая может привести к появлению растягивающих на¬ пряжений. При обработке пластических материалов с повышением ско¬ рости резания возрастают растягивающие напряжения, но если металл воспринимает закалку, то повышение скорости может привести к закалке металла поверхностного слоя, которая сни¬ жает растягивающие напряжения и превращает их в напряжения сжатия. При обработке малопластических материалов увеличе¬ ние скорости приводит к снижению сжимающих напряжений и даже появлению напряжений растяжения. При точении закален¬ ных металлов возможен отпуск поверхностного слоя, который приводит к уменьшению сжимающих напряжений. При уменьшении переднего угла инструмента (от положи¬ тельных значений до отрицательных) возрастают остаточные на¬ пряжения сжатия. Затупление режущего инструмента приводит к возрастанию растягивающих напряжений при обработке плас¬ тических материалов и увеличению сжимающих напряжений при обработке малопластических материалов. При шлифовании возникают большие напряжения в поверх¬ ностном слое и высокая температура в зоне резания. В зависи¬ мости от того, какой фактор будет преобладать, могут получить¬ ся различные эпюры напряжений по знаку и значению. Таким образом, ухудшение охлаждения обрабатываемого материала, увеличение частоты вращения круга, затупление, засаливание круга, повышение его твердости, увеличение глубины шлифова¬ ния и подачи, снижение частоты вращения изделия приводят к тому, что остаточные напряжения растяжения растут, а сжатия снижаются. При доводке в поверхностном слое обычно возникают оста¬ точные напряжения сжатия, соизмеримые по значению с напря¬ жениями, появляющимися при других видах механической обра¬ ботки.
Технология изготовления деталей автомобилей 5.1. Методы обработки типовых поверхностей деталей Характеристика видов обработки. Для достижения заданно¬ го взаимного расположения поверхностей, формы и размеров де¬ талей, их шероховатости и физико-механических свойств при производстве автомобилей применяют различные методы обработ¬ ки: резание лезвийным и абразивным инструментами; поверхно¬ стное пластическое деформирование; электрофизические, электро¬ химические и другие методы. По мере приближения размера об¬ рабатываемой поверхности к заданному размеру по чертежу об¬ работка заготовки может быть нескольких видов: обдирочная, черновая, получистовая, чистовая, тонкая, отделочная. Обдирочная обработка применяется для крупных поковок и отливок 16—18-го квалитетов точности. Она уменьшает погреш¬ ности формы и пространственных отклонений грубых заготовок, обеспечивая 15—16-й квалитеты точности, шероховатость поверх¬ ности Ra > 100 мкм. Черновая обработка выполняется в большом диапазоне точности (12—16-й квалитеты). Шероховатость поверхности Да = 100—25 мкм. Получистовая обработка применяется для заготовок, к точ¬ ности которых предъявляются повышенные требования. Этот вид обработки обеспечивает 11-й, 12-й квалитеты точности. Ше¬ роховатость поверхности Ra = 50,0—12,5 мкм. Чистовая обработка применяется как окончательный вид об¬ работки для тех заготовок, заданная точность которых уклады¬ вается в точность, достигаемую чистовой обработкой (8—11-й квалитеты). Шероховатость поверхности обеспечивается в преде¬ лах Ra = 12,5—2,5 мкм. Тонкая обработка применяется для окончательного формиро¬ вания поверхностей детали и при малых операционных припус¬ ках. Шероховатость поверхности находится в пределах значений Ra = 2,5—0,63 мкм. Отделочная (финишная) обработка используется для полу¬ чения требуемой шероховатости поверхности детали (на точность 60
обработки влияния почти не оказывает). Выполняется, как пра¬ вило, в пределах допуска предшествующей обработки. Отделоч¬ ная обработка обеспечивает получение шероховатости поверхно¬ сти Ra = 0,63—0,16 мкм. В современном автомобилестроении наиболее распространены обработка заготовок лезвийным и абразивным инструментами, которые формируют точность и качество поверхностей деталей. Лезвийным инструментом из сверхтвердых материалов можно об¬ рабатывать заготовки с твердостью до 45 HRC, а абразивным инструментом целесообразно выполнять обработку металлов с бо¬ лее высокой твердостью. Обработка лезвийным инструментом. Обработка лезвийным инструментом используется как процесс чистовой и тонкой обра¬ ботки: тонкое точение, тонкое фрезерование, тонкое развертыва¬ ние, протягивание, прошивание. Сущность тонкого точения заключается в снятии стружки малого по толщине сечения при больших скоростях резания (100—1000 м/мин): для чугунных заготовок скорость резания составляет 100—150 м/мин; для стальных — 150—250 м/мин; для цветных сплавов — до 1000 м/мин. Подача устанавливает¬ ся для предварительного хода — 0,15 мм/об, а для окончатель¬ ного — 0,01 мм/об. Глубину резания принимают 0,2—0,3 и 0,05—0,01 мм соответственно. Малые по толщине сечения стружки не вызывают больших усилий резания и значительных деформаций технологической си¬ стемы СПИД, что обеспечивает 6—8-й квалитеты точности (при об¬ работке цветных металлов и сплавов — 5—6-й квалитеты). Шеро¬ ховатость поверхности у заготовок из черных металлов Ra = 2,50— 0,63 мкм; цветных металлов — Ra = 0,32—0,16 мкм. Тонкое точение применяется перед хонингованием, суперфи¬ нишированием, полированием и выполняется на высокооборот¬ ных станках (10—15 тыс. мин-1). Радиальное биение шпинделя не должно превышать 0,005 мм. Все вращающиеся детали дол¬ жны быть точно отбалансированы. Резцы оснащаются твердыми сплавами, алмазом, эльбором и другими режущими материалами с высокой износостойкостью. Тонкое обтачивание обеспечивает допуск размеров 5—80 мкм, овальность и конусообразность не более 3 мкм. Тонкое фрезерование осуществляется преимущественно торцо¬ выми фрезами при обработке плоских поверхностей. Фрезу уста¬ навливают с уклоном 0,0001, чтобы исключить контакт с по¬ верхностью зубьев, не участвующих в резании. При тонком 61
фрезеровании снимается припуск 0,2—0,5 мм, а отклонение от плоскостности на 1 м длины составляет 0,02—0,04 мм. Шеро¬ ховатость поверхности Ra= 2,5—0,63 мкм. Тонкое развертывание обеспечивает высокую точность и ма¬ лую шероховатость, однако не исправляет положения оси обра¬ батываемого отверстия, поскольку снимает равномерный припуск по всей поверхности. Тонкое развертывание обеспечивает точность, соответствующую 5—7-му квалитетам, Ra— 1,25 0,63 мкм, и чаще всего выполняется после сверления и зенкерования или чернового и чистового растачивания отверстий. Протягивание применяется для обработки внутренних и на¬ ружных поверхностей. При чистовом протягивании цилиндричес¬ ких отверстий обеспечивается точность 6—9-го квалитетов (шеро¬ ховатость поверхности Да = 2,50—0,63 мкм), протягивание на¬ ружных поверхностей обеспечивает точность 11-го квалитета. Про¬ тягивание выполняется на горизонтальных и вертикальных стан¬ ках, универсальных и специальных полуавтоматах и автоматах. Прошивание осуществляется специальным инструментом (прошивкой), который проталкивают через обрабатываемое отвер¬ стие в заготовке с помощью пресса. Обработка абразивным инструментом. Обработка абразивным инструментом включает следующие виды: шлифование, хонинго¬ вание, притирку, полирование, суперфиниширование. Шлифование применяется в машиностроении как метод пред¬ варительной и окончательной обработки цилиндрических, плос¬ ких и фасонных поверхностей по 5—7-му квалитетам точности с шероховатостью Ra = 1,25—0,08 мкм. Обработка осуществляет¬ ся на шлифовальных станках различных типов: кругло- и плос¬ кошлифовальных, бесцентровых, наружно- и внутришлифоваль- ных. Размерное шлифование может выполняться в одну опера¬ цию при снятии припуска 0,2—0,6 мм на диаметр или в две опе¬ рации при снятии припуска 0,6—0,8 мм. Тонкое шлифование ограничивается припуском 0,04—0,08 мм на диаметр. Предварительное шлифование выполняют кругами зернистос¬ тью 40—80, что обеспечивает шероховатость поверхности Ra = 1,25—0,63 мкм; окончательное шлифование — кругами зер¬ нистостью 12—40 (Ra = 0,63—0,16 мкм); тонкое шлифование кругами зернистостью 6—10 позволяет получить шероховатость поверхности Ra = 0,08 мкм. Наружное шлифование деталей, имеющих форму тел враще¬ ния, может выполняться с продольной (рис. 5.1, а) и с попереч¬ ной подачей (рис. 5.1, б). При шлифовании с продольной пода¬ 62
чей обрабатываемая деталь совершает возвратно-поступательное движение относительно шлифовального круга, который после каждого продольного двойного хода имеет поперечную подачу в пределах 0,005—0,200 мм. При шлифовании с поперечной подачей обработка ведется широ¬ ким шлифовальным кругом по всей длине обрабатываемой поверх¬ ности. Этот способ является наиболее эффективным при совмещен¬ ном шлифовании нескольких поверхностей на одном станке. Бесцентровое шлифование наружных поверхностей (рис. 5.1, в) может осуществляться при продольной и поперечной подачах. При бесцентровом шлифовании деталь 2 свободно размещается на специальной опорной линейке 3 со скосами между двумя шли¬ фовальными кругами, один из которых — большего диаметра — является шлифовальным, а другой (меньшего диаметра) — веду¬ щим. Сила трения между ведущим кругом и обрабатываемой де¬ талью больше, чем между последней и шлифовальным кругом, по¬ этому деталь увлекается ведущим кругом во вращение со скорос¬ тью, близкой к его окружной скорости. Ведущий и шлифоваль¬ ный круги вращаются в одном направлении, но с разными окруж¬ ными скоростями: скорость ведущего круга vB K = 20—30 м/мин, а шлифовального иш к = 30—35 м/с. я бег Бесцентровое шлифование с продольной подачей применяется для обработки деталей с гладкой цилиндрической поверхностью, а шлифование с поперечной подачей — при обработке фасонных поверхностей или деталей с буртиками. Для обеспечения про¬ дольной подачи детали оси ведущего и шлифовального кругов ус¬ танавливаются под углом друг к другу а= 1—5°. Глубина реза¬ ния назначается в пределах 0,05—0,10 мм для предварительных проходов и 0,01—0,03 мм для окончательной обработки. При шлифовании с поперечной подачей ведущий круг перемещается к S ^вв Рис 5.1. Схемы шлифования валов: 1 шлифовальный круг; 2 — обрабатываемая заготовка; 3 — нож; 4 — ведущий круг 63
шлифовальному кругу до тех пор, пока не будет получен задан¬ ный диаметр детали. Шлифование внутренних поверхностей выполняют на внутри- шлифовальных или бесцентрово-шлифовальных станках. При обработке отверстий на внутришлифовальном станке обрабатыва¬ емая деталь, закрепленная в патроне, совершает вращательное движение, а шлифовальный круг, кроме вращательного, совер¬ шает возвратно-поступательное продольное и поперечное движе¬ ния, снимая за каждый рабочий ход тонкий слой металла. При этом направления вращения круга и обрабатываемой детали дол¬ жны быть противоположными. Диаметр шлифовального круга составляет 0,8—0,9 диаметра обрабатываемого отверстия. Планетарное шлифование применяется для обработки отверстий больших диаметров. В процессе шлифования деталь неподвижно крепится на столе станка, а шлифовальный круг совершает враща¬ тельное движение вокруг своей оси, а также вращение вокруг оси отверстия и продольное возвратно-поступательное и поперечное движения, осуществляя продольную и поперечную подачи. При бесцентровом шлифовании отверстий деталь с предвари¬ тельно обработанной наружной поверхностью располагается меж¬ ду тремя роликами, один из которых (большего диаметра) явля¬ ется ведущим, а два других (меньшего диаметра) — опорными. Шлифовальный круг располагается в отверстии консольно и со¬ вершает вращательное движение вокруг своей оси и возвратно¬ поступательное движение вдоль оси отверстия. В условиях крупносерийного и массового производства тонкое шлифование осуществляется по полуавтоматическому и автома¬ тическому циклам. Хонингование служит для чистовой обработки отверстий аб¬ разивными брусками и обеспечивает получение высокой точнос¬ ти формы отверстия и низкую шероховатость. Однако хонинго¬ вание не исправляет положение оси отверстия. Хонинговальная головка вместе с брусками совершает вращательное и возвратно¬ поступательное движения, в результате чего на обрабатываемой поверхности образуется сетка мелких следов абразивных зерен, которая способствует удержанию смазки при образовании пар трения в механизмах машин (рис. 5.2). Хонингование осуществляется при малом давлении брусков на поверхность (0,2—-1,5) МПа и низкой температуре в зоне ре¬ зания (50—150 °С). Точность формы отверстий по высоте обеспечивается величи¬ ной выхода брусков из отверстия 1пер (1пср= 1/3—1/4 длины брус- 64
Рис. 5.2. Схема хонингования отверстий: 1 — шпиндель станка; 2 — шарнирное устройство; 3 хонинговальная головка; 4 — гильза; 5 — хонинговальные бруски; а — угол наклона следов абразивных зерен; II, 111 — крайние положения бруска за один двойной ход ка 1бр)- В зависимости от погрешности предшествующей обработки припуск на хонингование составляет 0,005—0,080 мм на диаметр. Окружная скорость хона для чугуна принимается 60—75 м/мин, для стали — 45—60 м/мин. Скорость возвратно-поступательно¬ го движения — 10—20 м/мин. Хонингование обеспечивает 4—6-й квалитеты точности; ше¬ роховатость обработанной поверхности Да = 0,16—0,04 мкм. Хо¬ нингование выполняется с подачей в зону обработки охлаждаю¬ щей жидкости (керосин, смесь керосина с парафином или мине¬ ральным маслом). Алмазное хонингование из-за более высокой износостойкости алмазных брусков обеспечивает большую точность формы отвер¬ стия. С целью повышения износостойкости внутренних поверх¬ ностей используется также алмазное плосковершинное хонинго¬ вание, при котором формируется микрорельеф в виде сетки уг¬ лубленных бороздок, способствующих образованию и удержанию масляной пленки на рабочей поверхности. Для этого обработку ведут в два этапа: вначале крупнозернистыми алмазными брус¬ ками, а затем мелкозернистыми на тех же режимах, но при меньшем удельном давлении на бруски (0,3—0,5 МПа). При хонинговании широко применяются устройства активно¬ го контроля размеров отверстия в процессе обработки. Хонингованием обрабатывают цилиндры двигателей, отвер¬ стия в блоках цилиндров под вкладыши коренных подшипников коленчатых валов и др. 3-135 65
Притирка — один из самых точных методов обработки (точ¬ ность 5-й квалитет и выше). При обработке цилиндрических по¬ верхностей можно получить точность по диаметру до 1 мкм, ше¬ роховатость Ra = 0,1 мкм и ниже. Притиркой можно обрабатывать цилиндрические, конические и фасонные поверхности вручную или на станках. Скорость притира при ручной притирке 2,6 м/мин, а при механической — 10—30 м/мин. Давление инструмента на обрабатываемую поверхность при предварительной притирке 0,2—0,4 МПа, а при окончательной — 0,10—0,15 МПа. Притирка выполняется твердыми и мягкими абразивными ма¬ териалами, а также с помощью химически активных паст. К твердым абразивам относятся электрокорунд, карбид кремния, карбид бора, алмазная пыль. К мягким — крокус, венская из¬ весть, оксид хрома. В качестве связующей среды при притирке применяют минеральное масло, керосин и др. При обработке твердыми абразивными зернами используют притиры, изготовлен¬ ные из чугуна, бронзы, красной меди, свинца и др., на поверх¬ ности которых могут шаржироваться абразивные зерна. При об¬ работке мягкими абразивными зернами применяют притиры из закаленной стали и других твердых материалов. Обработка с помощью химически активных паст ГОИ в зна¬ чительной степени интенсифицирует процесс притирки. В состав пасты ГОИ наряду с мягкими абразивными зернами входят стеа¬ риновая и олеиновая кислоты, которые размягчают вершины микронеровностей, и снятие припуска осуществляется за счет ис¬ тирания размягченного слоя. Полирование выполняется с помощью абразивных зерен, раз¬ мещенных на поверхности мягких полировальных кругов из вой¬ лока, фетра, ремня и других материалов. Полированием дости¬ гают шероховатости поверхности Да = 0,320—0,012 мкм, а при использовании химически активных паст получают зеркальную поверхность. В качестве абразивных материалов при полирова¬ нии применяют электрокорунд, оксид железа, оксид хрома, кар¬ бид кремния. Состав абразивной пасты для полирования черных металлов, %: воск — 25, сало — 4, парафин — 25, керосин — 4, оксид железа — 42. Для цветных сплавов вместо оксида же¬ леза берут оксид хрома. Полирование можно выполнять абразивной лентой на специ¬ альных станках-автоматах. Абразивная лента изготавливается на полотняной или бумажной основе, а производительность процесса зависит от зернистости абразива, скорости относительного переме¬ щения ленты и обрабатываемой детали и силы натяжения ленты. 66
Суперфиниширование — процесс обработки деталей абразивны¬ ми брусками, которые прижимаются к обрабатываемой поверхнос¬ ти с небольшим давлением (0,05—0,30 МПа). Бруски совершают осциллирующие движения, срезая гребешки микронеровностей и снижая шероховатость обрабатываемой поверхности (рис. 5.3). Процесс осуществляется с применением СОЖ (смесь керосина с 10—20 % веретенного или турбинного масла). При суперфиниши¬ ровании припуск на обработку не задается и она выполняется в пределах допуска на размер предшествующей обработки. Рис. 5.3. Суперфиниширование наружной цилиндрической поверхности: 1 — головка; 2— бруски; 3 — обрабатываемая деталь Процесс обеспечивает шероховатость поверхности до Ra = 0,08 мкм, площадь опорной поверхности увеличивается до 70—90 %. Окружная скорость вращения детали при черновой обработке 10—13 м/мин, при чистовой — 26 м/мин. Скорость колебательного движения брусков не превышает 10—20 м/мин. Алмазное суперфиниширование повышает производитель¬ ность в 1,5—2,0 раза за счет повышения давления на 30—50 % по сравнению с обычным суперфинишированием. В автомобиле¬ строении суперфинишированием чаще всего обрабатывают колен¬ чатые валы двигателей. Микрофиниширование является прецизионным процессом, подобным суперфинишированию, при котором снятие припуска осуществляется осциллирующими брусками. Конструкция головки (рис. 5.4) обеспечивает силовое замыкание трех брусков, охватывающих заготовку, что обеспечивает обработку поверхности до микронной точности. Верхняя оправка с бруском имеет принудительное радиальное перемещение от гидравлического привода, а две другие оправки с брусками — синхронное перемеще¬ ние с верхней оправкой. Высокая точность и качество обработки микрофинишированием позволяют в некоторых случаях заменить групповую сборку на сборку с полной взаимозаменяемостью. 67
Обработка поверхностным пла¬ стическим деформированием. Обра¬ ботка деформированием осуществ¬ ляется без снятия стружки, так как основана на деформировании тонко¬ го поверхностного слоя с использо¬ ванием пластических свойств ме¬ талла. В настоящее время имеется большое количество методов обра¬ ботки поверхностным пластическим деформированием (ППД). Калиброванием обрабатывают отверстия с помощью калибрующих оправок (дорнов) или шариков, ко¬ торые проталкиваются через обра¬ батываемое отверстие с установлен¬ ным натягом. Инструменты для калиброва¬ ния изготавливают из твердых сплавов ВК8 или ВК15М. Скорость калибрования 5—10 м/мин для черных металлов и 2—6 м/мин — для цветных металлов. Точность калибрования для тонкостенных заготовок 8—6-й квалитеты и 6-й, 5-й квалитеты — для толсто¬ стенных. Калиброванием можно снизить шероховатость с Ra = 2,50—1,25 мкм до Ra = 1,25—0,16 мкм. Обкатывание и раскатывание представляет собой процесс пластического деформирования микронеровностей с помощью спе¬ циальных инструментов (обкатников и раскатников), у которых рабочими элементами являются ролики или шарики высокой твердости (рис. 5.5). Рис. 5.5. Приспособление для обкатывания наружных цилиндрических поверхностей: 1 — ролик; 2 — державка; 3 — пружина; 4 — корпус Рис. 5.4. Головка для обработки микрофинишированием 68
В результате пластического деформирования снижается шерохо¬ ватость поверхности (с Ra = 2,50—1,25 мкм до Ra = 1,25—0,32 мкм) и изменяются физико-механические свойства, т. е. происходит наклеп (упрочнение) поверхностных слоев металла. При этом точность повышается незначительно, так как процесс осуществ¬ ляется только в границах гребешков микронеровностей. Натяг инструмента принимается в пределах 0,03—0,30 мм в зависимо¬ сти от исходной и требуемой шероховатости. В качестве смазы- вающе-охлаждающей жидкости применяется машинное масло, смесь машинного масла и керосина (1:1) или сульфофрезол. Об¬ работку желательно выполнять за один ход инструмента, чтобы избежать перенаклепа. Алмазное выглаживание осуществляется путем скольжения алмазного инструмента, прижимаемого к обрабатываемой поверх¬ ности под определенным давлением (рис. 5.6). Рис. 5.6. Схема устройства для алмазного выглаживания: 1 — регулировочный винт; 2 — пружина; 3 — индикаторная головка; 4 — наконечник с алмазом; 5 — заготовка Алмазный инструмент представляет собой кристаллический алмаз, закрепленный в специальной державке и шлифованный по сфере радиусом 0,6—4,0 мм. Шероховатость поверхности после выглаживания составляет Ra = 0,160—0,025 мкм, микротвер- дость, повышается на 50—60 %. Скорость алмазного выглажи¬ вания принимают в пределах 10—80 м/мин (для мягких сталей и цветных металлов) и 200—250 м/мин (для закаленных ста¬ лей). Алмазное выглаживание можно выполнять на универ¬ сальных и специальных станках. Обработанные алмазным 69
Рис. 5.7. Центробежная обработка шариками: 1 — обрабатываемое изделие; 2 — шарики; 3 — сепаратор выглаживанием поверхности обладают высокой износостойкос¬ тью и усталостной прочностью. Наклепывание центробеж¬ но-ударным инструментом (рис. 5.7) заключается в нане¬ сении ударов по обрабатывае¬ мой поверхности шариками, помещенными в радиальные пазы быстровращающегося дис¬ ка (сепаратора). Натяг инструмента (выход шариков над поверхностью диска) принимается в пределах 0,010—0,025 мм; подача инст¬ румента — 0,02—0,20 мм/об. Окружная скорость сепаратора составляет 8—40 м/с, заготовки — 0,5—1,5 м/с. В качестве смазывающе-охлаждающей жидкости применяется смесь машин¬ ного масла и керосина. Шероховатость после обработки снижается на 1—2 класса; твердость повышается на 30—80 % с образованием на поверх¬ ности напряжений сжатия до 400—800 МПа. Электрофизические и электрохимические способы обработки. В автомобильной промышленности наибольшее распространение получили электроискровая, электроимпульсная, анодно-механичес¬ кая, ультразвуковая и светолучевая (лазерная) обработка. Электроискровая обработка основана на разрушении металла под действием электрического искрового разряда, возникающего при прохождении электрического тока между инструментом и за¬ готовкой (рис. 5.8). Электроды разде¬ лены межэлектродным промежутком Инструмент 5—100 мкм, необходимым для возник¬ новения разряда. Процесс осуществля¬ ется в жидкой среде (керосин, маловяз¬ кое минеральное масло). Заготовка подключается к положительному, а электрод-инструмент — к отрицатель¬ ному полюсу генератора импульсов. Электрод-инструмент изготавли¬ вают из алюминия, латуни, графита, медно-графитовых сплавов. При ис¬ кровом разряде термическое воздей¬ Рис. 5.8. Схема электроискровой обработки 70
ствие ограничивается участками площадью 0,05—1,00 мм2 с глу¬ биной поражения 0,005—0,300 мм. Плотность тока достигает 104 А/мм2. Точность обработки — 7—5-й квалитеты, достижи¬ мая шероховатость Ra = 1,25—0,63 мкм. Электроискровым методом можно обрабатывать все токопрово¬ дящие материалы любой твердости и вести обработку отверстий различных сечений и формы или прорезей размером 0,15—0,30 мм. Для электроискровой обработки применяются специальные станки с универсальным инструментом. Электроимпулъсная обработка отличается от электроискро¬ вой длительностью и мощностью импульсного разряда и некото¬ рыми параметрами его формирования. Увеличение мощности раз¬ ряда позволяет повысить производительность при обработке стальных заготовок до 20-103 мм3/мин (600 мм3/мин при элек¬ троискровой обработке). Этим методом можно обрабатывать от¬ верстия с точностью 0,01—0,02 мм и сложные фасонные поверх¬ ности. Качество поверхности зависит от электрических режимов процесса обработки. При мягком чистовом режиме шероховатость достигает Ra = 5,00—1,25 мкм. Метод применяется в автомо¬ бильной промышленности для изготовления пресс-форм для ли¬ тья под давлением, штампов и других изделий. Анодно-механическая обработка деталей осуществляется в ре¬ зультате теплового и химического воздействия электрического тока, протекающего между электродами, погруженными в жид¬ кую среду (рис. 5.9). Рис. 5.9. Схема анодно-механической обработки: 1 — инструмент (катод); 2 — пазы, способствующие удалению продуктов эрозии из зоны обработки; 3 — рабочая среда; 4 — заготовка (анод) Под воздействием электрического тока и рабочей среды на по¬ верхности анода образуется пленка, электрическое сопротивление которой выше сопротивления слоя рабочей жидкости. При отно¬ сительном перемещении инструмента (или заготовки) под давлени¬ ем 0,05—0,15 МПа происходит соприкосновение его с выступами 71
микронеровностей заготовки и разрушение пленки, где концентри¬ руется электрический ток (плотность тока составляет несколько десятков ампер на 1 см2). При этом происходит мгновенное оплав¬ ление микровыступов поверхности заготовки. В качестве рабочей жидкости применяется жидкое стекло, разбавленное водой. Инструменты (диски) изготавливают из красной меди, чугуна, стали, алюминия. Наиболее эрозионно устойчивы диски из красной меди, износ которых составляет 20—30 % от объема снятого сплава ВК8. Скорость съема металла составляет от 2—5 мм3/мин (при доводке) до 200—300 мм3/мин (при грубых режимах обработки). Метод применяется для обработки твердых сплавов, высоколе¬ гированных сталей, для отрезки материалов, заточки инструмента. Ультразвуковая обработка представляет собой механический процесс, в котором режущим элементом служат взвешенные в жидкости абразивные зерна, получающие энергию от источника ультразвуковых колебаний. Источником их может быть магни- тострикционный или пьезоэлектрический излучатель. Магнитострикционный эффект заключается в изменении раз¬ меров тел, выполненных из никеля, коррозионно-стойкой стали, пермаллоя, пермендюра, под действием электрического тока или магнитного поля. Под воздействием ультразвуковых колебаний (20—30 кГц) аб¬ разивные зерна с большой скоростью и силой ударяют в обрабаты¬ ваемую поверхность и выполняют необходимую работу (рис. 5.10). Скорость обработки зависит от частоты и амплитуды колебаний Рис. 5.10. Схема ультразвуковой обработки: 1 — ультразвуковой генератор; 2 — магнитострикционный элемент; 3 — рабочий инструмент; 4 — профилирующий наконечник инструмента; 5 — заготовка 72
(10—100 мкм), твердости и размера абразивных зерен. Для ульт¬ развуковой обработки используют абразивные зерна карбида бора, карбида кремния, алмазный порошок и другие твердые материалы. Инструмент имеет форму, соответствующую форме заданного отверстия по чертежу детали, и изготавливается из сталей 40, 45, 50, 40Х, 65Г. Сквозные отверстия можно обрабатывать с точностью 0,01 — 0,02 мм; глухие — менее точно. Шероховатость поверхности за¬ висит от размера абразивных зерен и обеспечивается в пределах Да = 0,63—0,16 мкм. Производительность при обработке круг¬ лых отверстий в 2—3 раза выше по сравнению с обработкой лез¬ вийным инструментом. Лазерная обработка осуществляется концентрированной теп¬ ловой энергией, возникающей в результате сосредоточения спе¬ циально сформированного лазерного луча на обрабатываемом участке заготовки. Преимущества ее — легкость фокусирования и точность направления луча; отсутствие обрабатывающего ин¬ струмента и механических воздействий на обрабатываемую поверх¬ ность, легкость автоматизации процесса. Недостатки — низкий КПД генераторов; затруднения в получении импульсов большой длительности и более высокой частоты (свыше 10 в 1 с). Мощ¬ ность установки (0,5—3,0 кВт) для прошивки отверстий позво¬ ляет получать отверстия диаметром 2—10 мкм. С помощью лазерной обработки можно сверлить, прошивать, вести сварку, вырезать по контуру и выполнять другие операции. 5.2. Припуски на обработку резанием Основные понятия о припусках. Припуском на обработку называется слой материала, удаляемый с поверхности заготовки для получения заданных свойств обрабатываемой поверхности. При обработке деталей на автомобильных заводах потери ме¬ талла, удаляемые в стружку, составляют до 20—30 % от массы деталей. При назначении припусков на механическую обработку необ¬ ходимо руководствоваться следующими принципами. Припуски должны быть достаточными для получения правильной формы, размеров и требуемого качества поверхностей детали. С другой стороны, припуски должны быть минимальными, так как это снижает трудоемкость изготовления деталей, повышает произво¬ дительность труда, экономит металл. Следовательно, установле¬ ние оптимальных припусков на обработку резанием является 73
важной технико-экономической задачей. Оптимальным называет¬ ся такой припуск, который обеспечивает получение высококаче¬ ственных деталей с наименьшей себестоимостью. При проектировании технологических процессов изготовления деталей определяют промежуточные, операционные и общие при¬ пуски. Промежуточным припуском называют слой материала, удаляемый при выполнении одного технологического перехода. Операционный припуск — слой материала, удаляемый при вы¬ полнении одной технологической операции. Общим припуском называется слой материала, удаляемый в процессе обработки по¬ верхности заготовки для получения готовой детали. Промежуточные припуски на сторону для наружных ZB и внутренних Z„ поверхностей тел вращения определяются следу¬ ющим образом (рис. 5.11): (^п -£*д). 2 К-^п) ZB = (5.1) (5.2) где dn и <2Д — диаметры детали на предшествующем и выполняе¬ мом технологических переходах соответственно, мм. При одновременной обработке противолежащих плоскостей: „ ih-h) или 2Z=li~l2, (5.3) где 1\ и /2 — размеры, полученные на предшествующем и выпол¬ няемом переходах, мм. в К) N Рис. 5.11. Схемы расположения припусков на обработку резанием: а — наружных поверхностей; в — внутренних поверхностей; в — одновременно обрабатываемых противолежащих поверхностей; г — независимо обрабатываемых противолежащих поверхностей 74
При последовательной независимой обработке противолежа¬ щих поверхностей Общий припуск Z0 на обработку определяется суммировани¬ ем промежуточных припусков всех технологических переходов от исходной заготовки до готовой детали: где п — число технологических переходов. При построении технологического процесса важным является установление допусков на операционные размеры. Допуск на про¬ межуточный припуск определяет допустимые колебания как само¬ го припуска, так и операционного размера. Величины этих допус¬ ков должны быть увязаны с экономической точностью обработки.' Малые допуски на операционные размеры увеличивают стоимость обработки и вероятность получения брака деталей вследствие на¬ личия на их поверхности остаточного дефектного слоя. Большие допуски затрудняют настройку станка на размер. Промежуточные допуски устанавливают в соответствии с квали- тетом точности, а также по величине припуска. Обычно величи¬ на допуска на операционные размеры находится в пределах 25— 40 % от среднего размера припуска. Как правило, допуски на операционные размеры направлены в тело металла (для вала — в минус, для отверстия — в плюс). При обработке деталей с высокой точностью и качеством поверх¬ ности величину припуска необходимо перераспределять между пред¬ варительной и окончательной обработкой. В таких случаях рекомен¬ дуется на черновую обработку назначать до 60 % общего припуска, на чистовую — до 40 % (или 45 % — на черновую, 30 % — на получистовую и 25 % на окончательную обработку). Методы определения припусков. В автомобилестроении при¬ пуск на обработку резанием определяется двумя методами: опыт¬ но-статистическим и расчетно-аналитическим. Опытно-статисти¬ ческий метод обычно не учитывает особенностей выполнения от¬ дельных элементов технологического процесса, а величина при¬ пуска устанавливается суммарно по опытным данным на полную обработку поверхности заготовки и, как правило, является за¬ вышенной. Поэтому в крупносерийном и массовом производстве припуск необходимо определять расчетно-аналитическим мето¬ дом, который разработан профессором В. М. Кованом и учитыва¬ ет конкретные условия выполнения технологического процесса. Z\—^2? (5.4) П (5.5) 75
Расчетно-аналитический метод основан на анализе погрешно¬ сти обработки резанием в каждом технологическом переходе и позволяет рассчитать величину припуска для последующего пе¬ рехода. В соответствии с этим методом на каждом технологичес¬ ком переходе должны быть учтены: ♦ неровности поверхности заготовки, величина которых при¬ нимается равной высоте неровностей профиля; ♦ глубина дефектного поверхностного слоя (на первом техно¬ логическом переходе у литых заготовок — корка металла; у за¬ готовок, полученных давлением, — обезуглероженный наклепан¬ ный слой; после обработки резанием на предшествующем перехо¬ де — упрочненный слой с нарушенной структурой, который от¬ личается от основного металла по механическим свойствам, структуре и наличию остаточных напряжений; ♦ пространственные отклонения в виде коробления поверхно¬ стей, непараллельности и неперпендикулярности осей, несоосно- сти ступеней валов и отверстий; ♦ погрешности установки детали на станке, которая харак¬ теризуется величиной смещения обрабатываемой поверхности и компенсируется увеличением припуска на обработку. Схема поверхностного слоя обрабатываемой заготовки приве¬ дена на рис. 5.12. I Рис. 5.12. Схема поверхностного слоя обрабатываемой заготовки: А — удаляемая часть дефектного слоя; Б — неудаляемая часть дефектного слоя; В — исходный металл заготовки Пространственные отклонения и погрешность установки яв¬ ляются векторными величинами, их значения выбираются по со¬ ответствующим таблицам. Величина минимального промежуточного (межоперационного) припуска определяется исходя из условия устранения перечислен¬ ных выше погрешностей. 76
Припуск на диаметр при обработке наружных или внутрен¬ них поверхностей тел вращения определяется по выражению 2Zimm - 2 Дгг-1 + Ti-1 + yjpl-1 +£yi > (5.6) где — высота микронеровностей поверхности на предшеству¬ ющем переходе, мкм; Тнг — глубина дефектного поверхностного слоя, мкм; — пространственные геометрические отклонения, мкм; eyi — погрешность установки детали, мкм. Так как между векторами погрешности расположения р;_х и погрешности установки eyi может быть любой угол, то суммар¬ ное значение этих векторов определяется по правилу квадратно¬ го корня: Припуск на параллельную обработку противолежащих поверх¬ ностей равен: При обработке плоскостей направления векторов р,_! и еу; совпадают, и они суммируются арифметически. В ряде случаев некоторые составляющие припуска не долж¬ ны учитываться. При шлифовании вала в центрах погрешность установки отсутствует (8^=0). При шлифовании поверхности после химико-термической обработки дефектный слой можно принять равным нулю. При отделочных операциях (полирование, суперфиниширова¬ ние), когда необходимо лишь повысить качество поверхно¬ сти, припуск на обработку определяется только высотой неров¬ ностей Rz. Методика расчета межоперационных размеров. Расчет меж- операционных (промежуточных) размеров на всех технологических переходах выполняется в определенной последовательности: вна¬ чале устанавливают порядок осуществления технологических операций, а затем значения параметров Rzt-i; рь1 и eyi, пос¬ ле чего определяют расчетные величины припусков по всем тех¬ нологическим переходам. На основании расчета промежуточных припусков определяют предельные размеры обрабатываемых заготовок на всех стадиях обработки — от готовой детали до исходной заготовки. При этом промежуточные припуски, поля допусков и предельные разме¬ ры обрабатываемой заготовки удобно изображать графически (рис. 5.13). (5.7) (5.8) 77
Рис. 5.13. Схема расположения припусков и допусков для определения межоперационных размеров при обработке наружной цилиндрической поверхности В качестве примера рассмотрим расчет межоперационных раз¬ меров при обработке вала. Схема обработки включает обтачива¬ ние цилиндрической поверхности с припуском на шлифование и шлифование ее в размер по чертежу. Исходными данными для построения схемы являются наибольший и наименьший предель¬ ные размеры готовой детали. Определение межоперационных размеров следует начинать с номинального размера детали по чертежу в порядке, обратном ходу технологического процесса, наращивая на каждую операцию или переход межоперационный припуск и устанавливая на этот припуск технологически необходимый допуск. Допуск на изготовление детали: 8Д = -Одтах “ -Одтт- (5.9) Определив минимальный припуск на шлифование, рассчита¬ ем минимальный размер обрабатываемой детали после точения: -^Tmin — ^дтах + 22шл .min* (5.10) 78
Максимальный размер детали после точения будет равен сум¬ ме А™,, и допуска на точение 5Т: ^Лшах ^ ^т' (5.11) Прибавив к размеру DTmax величину припуска на токарную об¬ работку ZTmin, получим минимальный размер заготовки: Arniin = -Оттах + ^ттт- (5.12) Максимальный размер заготовки с учетом допуска 83 опреде¬ лим по формуле -^зтах —-®згшп83. (5.13) Определение припусков и промежуточных размеров заготовки по технологическим переходам расчетно-аналитическим методом позволяет выявить возможности экономии материала и снижения трудоемкости обработки в процессе проектирования технологи¬ ческих процессов. 5.3. Приспособления для обработки резанием Назначение и классификация приспособлений. При установ¬ ке детали на станке используют три способа: индивидуальную выверку по поверхности; выверку по линиям предварительной разметки; установку в приспособлении. Два первых способа трудоемки и характерны для единичного и мелкосерийного производства. В крупносерийном и массовом производстве обычно применяется установка деталей в приспо¬ соблениях. По назначению приспособления подразделяют на следующие виды: ♦ станочные приспособления, применяемые для базирования и закрепления на станках обрабатываемых заготовок; ♦ приспособления для установки и закрепления рабочего ин¬ струмента (вспомогательные приспособления); ♦ сборочные приспособления — для соединения сопрягаемых деталей в узлы и изделия; ♦ контрольные приспособления, применяемые для промежу¬ точного и окончательного контроля деталей в процессе механи¬ ческой обработки, а также для контроля собранных узлов авто¬ мобилей. Станочными приспособлениями называют дополнительные устройства к металлорежущим станкам, которые обеспечивают базирование, закрепление и ориентирование обрабатываемых 79
заготовок по отношению к режущему инструменту при выполне¬ нии технологической операции. Технологические приспособления составляют 80—90 % от общего количества приспособлений. Приспособления подразделяют на три группы: ♦ универсальные, применяемые для базирования и закрепле¬ ния разнообразных по форме и габаритам заготовок, обрабаты¬ ваемых на различных металлорежущих станках (кулачковые патроны, планшайбы, люнеты, станочные тиски, делительные устройства). Они изготовляются централизованно и поставляют¬ ся в готовом виде в комплекте со станком; ♦ нормализованные, предназначенные для обработки опреде¬ ленных заготовок путем использования дополнительных уст¬ ройств к универсальным приспособлениям в зависимости от кон¬ структивной формы и размеров обрабатываемой заготовки. Эти приспособления можно легко переналаживать для выполнения различных операций, и поэтому они применяются преимуще¬ ственно в серийном производстве; ♦ специальные, применяемые для выполнения определенных технологических операций обработки резанием деталей одного типоразмера (одноцелевого применения); при изменении объекта производства изготавливаются новые приспособления. Применение станочных приспособлений дает возможность по¬ высить режимы резания и производительность труда за счет со¬ кращения вспомогательного времени; повысить точность обработ¬ ки и расширить диапазон технологических возможностей станка; снизить затраты на контроль. При применении приспособлений облегчаются условия труда станочников и имеется возможность использовать рабочих более низкой квалификации, снижается трудоемкость обработки и се¬ бестоимость изготовления деталей. Выбор приспособления зависит от вида и типа производства, формы заготовок, точности их размеров и технических условий на изготовление деталей. В единичном и мелкосерийном произ¬ водстве применяются универсальные приспособления, расширяю¬ щие технологические возможности оборудования, в крупносерий¬ ном и массовом — специальные приспособления. Основные элементы станочных приспособлений. Эффектив¬ ность применения приспособлений предопределяется рядом фак¬ торов, которые необходимо учитывать при конструировании тех¬ нологической оснастки. К ним относятся: удобство и безопас¬ ность в работе; достаточная жесткость, обеспечивающая задан¬ ную точность обработки; высокая производительность; просто¬ 80
та изготовления; доступность для ремонта и смены изношенных элементов. Основными элементами приспособлений являются: ♦ корпусы; ♦ опорные элементы; ♦ зажимные устройства; ♦ силовые приводы; ♦ вспомогательные элементы (поворотные и делительные ус¬ тройства, выталкиватели, ручки); ♦ направляющие для режущего инструмента. Корпусы являются базовыми деталями любых приспособле¬ ний, на них монтируют все остальные элементы. Корпус должен быть простым и дешевым в изготовлении, прочным и устойчи¬ вым. Силы зажима и резания при обработке передаются корпу¬ су, поэтому он не должен деформироваться и вибрировать при об¬ работке. Необходимо, чтобы он обеспечивал быструю установку и снятие обрабатываемых деталей, был удобным для установки на станок и очистки от стружки. Заготовки для корпусов изготавливают литыми из серого чу¬ гуна, коваными из стали, сварными из стальных листов и сор¬ товых профильных материалов, сборными из отдельных норма¬ лизованных деталей. Опорные элементы служат для придания правильного поло¬ жения обрабатываемой заготовке в приспособлении, что дости¬ гается контактом базовых поверхностей заготовки с опорами приспособления. В зависимости от условий обработки применя¬ ется полная или частичная ориентация обрабатываемой заготов¬ ки в пространстве относительно режущего инструмента. При полной ориентации заготовке придают вполне определенное и единственно возможное положение в приспособлении. При этом количество и расположение опор должно обеспечивать соблюде¬ ние неотрывности баз от опор, а обрабатываемая заготовка не должна иметь сдвига и вращения относительно трех координат¬ ных осей (лишается всех степеней свободы). Однако такие при¬ способления часто оказываются сравнительно сложными и до¬ рогими, поэтому в определенных условиях используются упро¬ щенные схемы установки. При частичной ориентации допустимо йроизвольное поло¬ жение заготовки относительно какой-либо оси. Заготовка, уста¬ новленная в трехкулачковом патроне, имеет две степени свобо¬ ды: перемещение вдоль горизонтальной оси и вращение вокруг этой же оси. При установке в патроне с перевернутыми кулачками 81
а б в г ж з Рис. 5.14. Опорные элементы приспособлений: а, б, в, г — штыри; д, е — пластины; ж, з — призмы заготовка имеет одну степень свободы — поворот вокруг горизон¬ тальной оси. Основными опорными элементами приспособлений являются постоянные (неподвижные) опоры, жестко связанные с корпусом приспособления и выполненные в виде штырей, опорных плас¬ тин и призм (рис. 5.14). Опорные штыри со сферической и рифленой головками (рис. 5.14, а, б) применяют для установки заготовок в приспо¬ соблении необработанными поверхностями, что обеспечивает кон¬ такт опоры с установочной поверхностью, близкий к точечному, и придает большую устойчивость заготовке. При установке заготовки на обработанные поверхности приме¬ няют плоские опорные штыри и пластины (рис. 5.14, в, г, д, е). Регулируемые опоры применяют в тех случаях, когда обрабаты¬ ваемые заготовки имеют разную форму установочной поверхнос¬ ти или когда последняя имеет припуск, удаляемый в последую¬ щих технологических операциях. Для установки деталей по наружным цилиндрическим поверх¬ ностям служат призмы (рис. 5.14, ж, з). При установке загото¬ вок по отверстиям применяют установочные пальцы и оправки. Общие требования к опорным элементам приспособлений: количество и расположение опорных элементов должно обеспе¬ чивать необходимую ориентацию и устойчивость обрабатывае¬ мой заготовки; при базировании заготовки по черновым базам опорные элементы следует выполнять с ограниченной опорной поверхностью; опорные элементы должны быть жесткими и износостойкими, особенно при установке детали на чистовые базы на финишных операциях; опорные элементы желательно 82
выполнять легкосменными в целях упрощения ремонта приспо¬ соблений. Зажимные устройства служат для надежного закрепления заготовки и обеспечения ей заданного положения при установке в приспособлении, не допуская смещения, деформации или виб¬ рации детали при обработке. Зажимные устройства бывают простые и сложные. К простым зажимам относятся: винтовые, эксцентриковые, клиновые, цан¬ говые, разжимные оправки, мембранные патроны (рис. 5.15). Сложные зажимные устройства состоят из нескольких про¬ стых устройств, соединенных вместе. К ним относятся зажимные устройства для станков непрерывного действия (многошпиндель¬ ных с вращающимся барабаном или столом) и автоматические, исключающие ручной труд при закреплении заготовок в приспо¬ соблении. 83
Винтовые зажимы используют в приспособлениях с ручным закреплением заготовок, механизированных и спутниках на автоматических линиях (рис. 5.15, а). Для устранения смя¬ тия и смещения заготовки на торце зажимного винта предусмот¬ рен качающийся наконечник 1. Сила, с которой зажимается за¬ готовка, зависит от длины I плеча рукоятки 2 и приложенной к ней силы, формы торца зажимного винта и вида резьбы. Кроме показанного на рис. 5.15, а, торец винтового зажима может быть сферическим и плоским. Клиновые зажимы (рис. 5.15, б) применяют в качестве промежуточного звена в сложных зажимных механизмах. Зажи¬ мы отличают простота, компактность и легкость размещения в приспособлении. Клиновой зажим должен обладать самоторможе¬ нием, что обеспечивает надежность закрепления обрабатываемой заготовки 1. Благодаря односкосному клину увеличивается ис¬ ходная сила механизированного привода приспособления. Для обеспечения самоторможения клина необходимо, чтобы угол на¬ клона поверхности клина а не превышал 5°. Эксцентриковые зажимы (рис. 5.15, в) относятся к быстродействующим. Применяются эксцентрики с рабочим про¬ филем в виде окружности, логарифмической или архимедовой спирали. Наиболее простыми являются круглые эксцентрики в виде дисков. Наружный диаметр круглого эксцентрика равен 32—70 мм, а эксцентриситет — 1,7—3,5 мм. Круглые эксцент¬ рики изготовляют из стали 20Х, цементируют на глубину 0,8— 1,2 мм и закаливают до твердости 55—60 HRC. При закреплении заготовки 1 в приспособлении круглый экс¬ центрик поворачивают на определенный угол вокруг оси, смещен¬ ной на величину эксцентриситета е (рис. 5.15, в). Эксцентрик должен быть самотормозящим. Для этого угол подъема а эксцен¬ трика в определенном его положении не может превышать угол трения. Самоторможение эксцентриковых зажимов обеспечивает¬ ся определенным отношением диаметра эксцентрика к его эксцен¬ триситету, которое должно быть равно 14—16. Цанговые зажимы (рис. 5.15, г) представляют собой разрезную пружинную гильзу 1, изготовленную из высокоуглеро¬ дистой инструментальной стали У10А, термически обработанной в местах губок до твердости 58—62 HRC и в хвостовой части до 39—45 HRC. Изготовляют цанги и из легированных сталей, со¬ держащих 0,6 % С, 1 % Si, 1 % Мп и 0,5 % Сг. Угол конуса цанги а =30—40°; при меньших углах возможно заклинивание цанги. Угол конуса сжимающей втулки 3 изготовляют на 1° 84
меньше. Каждый лепесток 2 при зажиме заготовки, перемещаясь по поверхности ab втулки 3, работает как односкосный клин. Зажимные устройства должны обеспечивать надежность в ра¬ боте; простоту конструкции и удобство в обслуживании; мини¬ мальную затрату сил и быстродействие при закреплении и откреп¬ лении заготовок; равномерность закрепления заготовки, исключа¬ ющую деформацию и повреждение ее поверхностей; минимальную силу зажима, но достаточную для надежного закрепления детали. При обработке резанием на заготовку действуют силы реза¬ ния, определяющие силы зажима и реакции опор. Необходимая сила зажима должна исключать возможность смещения заготов¬ ки в приспособлении. Величина силы зажима зависит от приня¬ той схемы установки заготовки, величины и направления сил ре¬ зания (рис. 5.16, а—е). Ниже в качестве примера приведены зависимости для расчета сил зажима в наиболее сложных случаях. На рис. 5.16, в показана схема, когда силы Q и Рг действуют на заготовку во взаимно перпендикулярных направлениях. Силе Рг противодействует сила трения fiQ между зажимным элементом и верхней плоскостью заготовки и сила трения f2Q между опорными штырями приспособления и нижней базовой плоскостью заготовки: fiQ + f2Q = kPz, (5.14) Рис. 5.16. Схемы для расчета сил зажима при различном установе заготовки 85
где k — коэффициент запаса (при черновой обработке k = 2,0; при чистовой обработке k = 1,4). hP Откуда <? = -—у-- (5.15) /1 +/2 Если принять /х = /2=0,1, то Q = 5kPz. (5.16) При закреплении заготовки в трехкулачковом патроне (рис. 5.16, д) она подвергается действию составляющих силы ре¬ зания Рг (касательной) и Рх (осевой). Сила Рг создает момент ре¬ зания Mp=PzR, стремящийся повернуть заготовку вокруг ее оси, а сила Рх — сместить заготовку вдоль ее оси. Суммарная сила зажима тремя кулачками определяется из выражения kM QLfR = kMp; Qz = -(5.17) jn где R — радиус заготовки; / — коэффициент трения между ку¬ лачками патрона и заготовкой. Сила зажима одним кулачком: Qk=—- (5.18) г где z — число кулачков патрона. Отсутствие осевого сдвига заготовки проверяется по формуле Ob ПЬРх, (5-19) kP откуда Q?.-—(5.20) Силовые приводы, зажимных устройств по степени механи¬ зации подразделяются на ручные, механизированные и автомати¬ зированные. В технологических приспособлениях чаще всего используют¬ ся механизированные силовые приводы, которые сокращают время установки и снятия заготовки, облегчают условия труда, повышают стабильность закрепления заготовок. В зависимости от источников энергии наиболее широкое применение нашли следующие виды силовых приводов: пневматические, гидравли¬ ческие, пневмогидравлические. Пневматические приводы являются наиболее распро¬ страненными и подразделяются на пневмоцилиндры (односторон¬ него и двустороннего действия) и пневмокамеры (рис. 5.17). Пневмоцилиндры одностороннего действия используют в тех слу- 86
чаях, когда открепление заготовки не требует больших усилий и возврат поршня в исходное положение может осуществляться пружиной. В этом случае усилие на штоке (Q, Н) равно: jlD2 Q=pB—r\-Pnp, (5.21) где рв — давление воздуха на поршень (0,4—0,5 МПа); D — диаметр поршня, мм; Рпр — сопротивление возвратной пружины в конце рабочего хода поршня, Н; т) — КПД, учитывающий по¬ тери за счет трения в цилиндре (г| = 0,85—0,95). Для пневмоцилиндра двустороннего действия сила на штоке равна: я£>2 Q=P*~—Л- (5-22) 4 Пневмокамеры (диафрагменные силовые приводы) изготавли¬ ваются чаще всего одностороннего действия (рис. 5.17, б). Сила d на штоке пневмокамеры зависит от отношения — (d — диаметр опорного диска, D — диаметр рабочей части диафрагмы). Рис. 5.17. Пневматические приводы: а — пневмоцилиндр; б — пневмокамера; 1 — диафрагма; 2 — крышка; 3 — опорный диск; 4 — шток; 5, 6 — пружины На практике отношение = 0,7, длина хода штока (0,16—0,30)2). Сила Q на штоке для пневмокамеры одностороннего действия Q = PsF-Pnp; (5.23) 87
двустороннего действия — Q=pBF, (5.24) где рв — давление сжатого воздуха, МПа; F — активная пло¬ щадь диафрагмы, мм2: F = j^(D2+Dd + d2). (5.25) Пневмокамеры по конструкции проще, дешевле и выдерживают до 500 тыс. включений (пневмоцилиндры — до 50 тыс.), не требуют высокой точности и качества обработки рабочей поверхности; ис¬ ключают утечку сжатого воздуха до разрушения диафрагмы. Однако пневмокамеры имеют небольшую величину хода што¬ ка и нестабильное усилие на штоке при его перемещении. Гидравлические силовые приводы по сравнению с пневмоприводами имеют ряд преимуществ: высокое давление ра¬ бочей жидкости (что создает большую силу зажима); самосмазы- ваемость трущихся деталей гидроцилиндра; меньшие масса и га¬ баритные размеры. Недостатки — сложность установки и боль¬ шая стоимость гидроприводов. Сила Q на штоке гидроцилиндра зависит от давления рабо¬ чей жидкости и площади поршня и определяется по тем же фор¬ мулам, что и для пневмоцилиндров. Пневмогидравлические силовые приводы при¬ меняют в тех случаях, когда нужно иметь большие усилия зажи¬ ма. Принцип действия пневмогидравлических приводов заключа¬ ется в следующем. Сжатый воздух из воздушной магистрали по¬ ступает в безштоковую полость пневмоцилиндра 6 (рис. 5.18), и Воздух Рис. 5.18. Пневмогидравлический привод 88
поршень 5 со штоком-плунжером 4 перемещается влево, созда¬ вая давление масла в гидроцилиндре 3. Под давлением масла поршень 2 со штоком 1 перемещается влево и приводит в дей¬ ствие зажимное устройство приспособления. Давление масла в гидроцилиндре во столько раз превышает давление воздуха в пневмоцилиндре, во сколько раз площадь поршня пневмоцилин¬ дра больше площади штока-плунжера. Условие равновесия между давлением воздуха и давлением масла выражается равенством: лD2 nd2 /F. Л„ч РВ—^ = РМ—’ (5.26) 4 4 откуда давление масла (рм, МПа) в гидроцилиндре DI Ры=Р.-%-’ (5.27) а где ръ — давление воздуха в пневмоцилиндре, МПа; DB — диаметр поршня пневмоцилиндра, мм; d — диаметр штока плунжера, -мм. D2 Отношение называется коэффициентом усиления и при- d нимается равным 16—26. Сила Q2 на штоке зажимного устройства _ nD2 Ф2=А,-7^1> (5.28) 4 где DM — диаметр поршня гидроцилиндра, мм; т] — КПД пнев¬ могидропривода (г| = 0,8—0,85). Подставив в формулу (5.28) значение рк, получим Q2 = pM^4. (5.29) d 4 Приняв Qj = рв получим 4 D2 Q2 = Qi—г-1!» (5.30) d где Qi — сила на штоке пневмоцилиндра, Н. Пневмогидравлические силовые приводы чаще всего применя¬ ют в стационарных и вращающихся приспособлениях. Вспомогательные элементы служат для удобства работы с при¬ способлениями. Наиболее распространенными из них являются 89
ручки, выталкиватели обработанных деталей, шпонки для уско¬ рения установки приспособления на станке, упоры для наладки станка. Для фиксации в определенном положении поворотной части приспособления с закрепленной в ней обрабатываемой деталью применяют делительные устройства, состоящие из диска, жест¬ ко закрепленного на поворотной части приспособления, и фикса¬ тора. Направляющие элементы, называемые кондукторами, приме¬ няют при обработке отверстий сверлами, развертками, зенкера¬ ми, резцовыми скалками. Втулки кондукторов бывают постоян¬ ными (запрессованными в корпус), сменными (закрепляемыми винтом в постоянных втулках корпуса) и быстросменными (при применении разных инструментов в одной операции). Расстояние от нижнего торца втулок до поверхности обрабатываемой детали принимают 0,3—1,0 диаметра отверстия втулки, причем меньшее расстояние принимают при обработке хрупких материалов, а большее — вязких. 5.4. Технология изготовления деталей на станках с числовым программным управлением и в гибких производственных системах Автоматизация технологических процессов обработки реза¬ нием. Автоматизация технологических процессов включает ком¬ плекс мероприятий, связанных с управлением, контролем техно¬ логических процессов или технологического оборудования, осу¬ ществляющих рабочие и вспомогательные процессы без непосред¬ ственного участия человека. Автоматизация и механизация тех¬ нологических процессов проводятся в целях улучшения условий производства, сокращения трудовых затрат, повышения объема выпуска и качества продукции. Следует учитывать, что не каждый технологический процесс может быть использован в качестве исходного при автоматиза¬ ции. Поэтому необходим анализ технологических процессов и средств технологического оснащения, которые обеспечивали бы заданные качество и точность при высокой производительности труда. Первая ступень автоматизации технологических процессов охватывает лишь отдельные технологические операции обработ¬ ки. Высшей формой автоматизации производства на первом эта¬ 90
пе автоматизации является сбздание поточных линий из автома¬ тов и полуавтоматов, характеризующихся автоматическим вы¬ полнением операции. Загрузка заготовок на обработку и снятие обработанной детали, межстаночное перемещение, накопление за¬ дела, удаление стружки выполняются вручную. Вторая ступень автоматизации характеризуется созданием ав¬ томатических линий, на которых выполняются разнообразные операции обработки резанием, контроля, сборки без участия че¬ ловека. Автоматически выполняется также комплекс вспомога¬ тельных процессов, например, транспортировка обрабатываемых заготовок между станками, складирование, уборка и переработ¬ ка стружки. По принципу работы автоматические линии разделяют на син¬ хронные (с жесткой транспортной системой) и несинхронные (с гибкой транспортной системой). В линиях первого типа обрабаты¬ ваемые заготовки передаются от станка к станку без транспорти¬ ровки в магазины — накопители или бункера. Станки в линии связаны жестким конвейером и образуют прямоточную линию. В несинхронных автоматических линиях каждый станок име¬ ет бункер или магазин-накопитель для хранения обрабатывае¬ мых заготовок и манипулятор. Благодаря гибкой связи станки в линии могут работать независимо. По типу применяемого металлорежущего оборудования авто¬ матические линии бывают из универсальных, специализирован¬ ных и специальных станков. На третьей ступени автоматизации решается задача создания автоматизированных технологических комплексов и гибких про¬ изводственных систем. Комплексная автоматизация технологи¬ ческих процессов характеризуется полной автоматизацией техно¬ логических процессов, включая управление технологическими процессами получения заготовок, обработки резанием, термичес¬ кой обработки, сборки, контроля. Предусматривается автомати¬ зация внутрицеховой транспортировки, складирования и управ¬ ления производством. Важнейшей принципиальной особенностью комплексной ав¬ томатизации является широкое применение вычислительной тех¬ ники. Технологические возможности станков с ЧПУ. Станки с чис¬ ловым программным управлением (ЧПУ) самостоятельно с высо¬ кой производительностью и точностью выполняют различные тех¬ нологические операции (сверление, растачивание, фрезерование), причем режущий инструмент при этом подается бесступенчато, 91
шпиндельная головка и салазки стола закрепляются в необходи¬ мом положении автоматически, нужное число оборотов шпин¬ дельной головки также устанавливается автоматически. Режу¬ щий инструмент, предварительно настроенный, закреплен в ко¬ нусе шпинделя. Числовое программное управление станком основано на ис¬ пользовании чисел для задания программы перемещения испол¬ нительных органов станка в процессе обработки резанием. Всё, что у рабочего связано со знаниями и опытом, в станок с число¬ вым программным управлением вкладывается в виде входной ин¬ формации-программы. Технолог-программист составляет програм¬ му на основании чертежа и технологического процесса обработки заготовки. Сначала готовится технологическая информация, ко¬ торая математически преобразуется на электронных машинах, кодируется и передается в цех. Существуют системы автоматического программирования: если собрать передовой опыт рабочих и технологов и ввести его в виде специальной числовой программы в ЭВМ, то она будет в состоянии самостоятельно разрабатывать высококачественные программы для станков с числовым программным управлением. Принцип действия программного управления заключается в использовании считывающего устройства, которое обеспечивает подачу соответствующего электрического сигнала, когда програм¬ моноситель проходит через считывающее устройство. Таким об¬ разом, устройство управления выдает предусмотренные програм¬ мой сигналы на автоматическое включение привода того или ино¬ го исполнительного механизма станка (шпиндельной или задней бабки, каретки с суппортом, резцедержателя и др.). Технологические возможности станков с ЧПУ обусловлены их универсальностью, повышенными жесткостью, мощностью привода и точностью, многоинструментальностью, автоматизаци¬ ей цикла технологических операций, широким диапазоном час¬ тот вращения шпинделя и подач, наличием корректоров положе¬ ния инструментов, возможностью ручной коррекции подач, режи¬ мов интерполяции, сокращением вспомогательного времени бла¬ годаря высоким скоростям вспомогательных ходов и малым зат¬ ратам времени на смену инструментов. Полная автоматизация технологической операции на станках с ЧПУ, в том числе загрузки-выгрузки при использовании про¬ мышленных роботов, поворотных столов и других устройств, по¬ зволяет применять многостаночное обслуживание. Технические характеристики оборудования обеспечивают обработку заготовок 92
в широком диапазоне размеров из разных материалов с исполь¬ зованием режущих инструментов из твердых сплавов, эльбора, бел бора, а также алмазных инструментов. Дальнейшее расширение технологических возможностей стан¬ ков с ЧПУ неразрывно связано с совершенствованием системы управления. Системы ЧПУ берут на себя функции автоматичес¬ кой компенсации зоны нечувствительности в приводах при нача¬ ле работы и реверсировании направления движения. При этом повышается точность обработки. Всё большее распространение находят самоприспосабливаю- щиеся системы программного управления (с автоматическим ре¬ гулированием, адаптивные), изменяющие режимы работы станка в зависимости от условий резания. Адаптивные системы управ¬ ления повышают производительность работы станка, точность обработки, предохраняют режущие инструменты от случайных поломок, исключая чрезмерные нагрузки на них. Наиболее характерными являются многооперационные стан¬ ки с ЧПУ и автоматической заменой режущих инструментов, по¬ лучившие название «обрабатывающие центры». Типовая схема комбинирования инструментов для токарных станков с ЧПУ приведена на рис. 5.19. Рис. 5.19. Пример схемы комбинирования инструментов на станке В револьверную головку (или суппорт) 1 станка могут устанав¬ ливаться резцедержатель 2 или державки с цилиндрическим 3, призматическим 4 хвостовиками. В свою очередь в них располага¬ ются резцовые вставки 5 с многогранными неперетачиваемыми 93
твердосплавными пластинами 6 различной формы. При необходи¬ мости в револьверную головку может быть установлено сверло 7. Наличие комплекта различных инструментов на станке обеспечи¬ вает возможность более полной обработки заготовки. Общим ограничением технологических возможностей станков с ЧПУ, и особенно многооперационных, является состав режу¬ щих инструментов, установленных непосредственно в шпинделе станка, револьверной головке или инструментальном магазине. Изготовление деталей в гибких производственных системах. Гибкая производственная система (ГПС) — это совокупность обо¬ рудования с ЧПУ в разных сочетаниях, роботизированных тех¬ нологических комплексов (РТК), гибких производственных моду¬ лей (ГПМ), отдельных единиц технологического оборудования и систем обеспечения их функционирования в автоматическом ре¬ жиме в течение заданного интервала времени. ГПС обладает свойством автоматизированной переналадки при производстве из¬ делий произвольной номенклатуры в установленных пределах значений их характеристик. Закономерность появления ГПС определяется тем, что они разрешают противоречие между потребностями в новой разнооб¬ разной технике и длительными сроками и значительными затра¬ тами на ее проектирование, подготовку, переналадку производ¬ ства. В связи с этим ГПС должны быть ориентированы на мно¬ гономенклатурное, в том числе и опытное производство. Основная цель создания ГПС состоит в том, чтобы обеспечить автоматические непрерывные принципы поточного производства при серийном выпуске продукции, всегда готовой быстро и без¬ убыточно прекратить изготовление одной продукции, в короткий срок приступить к выпуску новых изделий. Эта важнейшая осо¬ бенность производства, называемая гибкостью, означает легкую приспосабливаемость производства к удовлетворению потребностей выпускать требуемую номенклатуру продукции путем смены уп¬ равляющих программ с сохранением оборудования и оснащения. ГПС при минимальном числе работающих может осуществ¬ лять различные функции: обработку заготовок, сборку изделий и др. Для выполнения этих задач интегрированную ГПС комп¬ лектуют следующим оборудованием: ЭВМ и другой микропроцес¬ сорной техникой; станками с ЧПУ; контрольно-измерительной автоматической техникой, промышленными роботами для загруз¬ ки оборудования; межоперационным транспортом; автоматизиро¬ ванным складом инструментов; автоматизированной системой стружкоудаления. 94
ГПС в зависимости от назначения и конкретных условий ра¬ боты имеют различную структуру и конструктивное выполнение. По данным признакам различают следующие виды ГПС. ♦ Гибкий производственный модуль (ГПМ) — единица техно¬ логического оборудования для производства изделий произволь¬ ной номенклатуры в установленных пределах значений их харак¬ теристик с программным управлением, автономно функциониру¬ ющая, автоматически осуществляющая все функции, связанные с их изготовлением, имеющая возможность встраивания в ГПС. Средства автоматизации ГПМ могут включать накопители, спут¬ ники, устройства загрузки и выгрузки, устройства замены техно¬ логической оснастки, устройства удаления отходов, устройство автоматизированного контроля, включая диагностирование. ♦ Робототехнический комплекс (РТК) представляет собой со¬ вокупность единицы технологического оборудования, промыш¬ ленного робота и средств оснащения, автономно функционирую¬ щую и осуществляющую многократные циклы. РТК, предназна¬ ченные для работы в ГПС, должны иметь автоматизированную переналадку и возможность встраивания в систему. Средствами оснащения РТК могут быть устройства накопления, ориентации и другие устройства, обеспечивающие функционирование РТК. Основными характеристиками ГПМ и РТК являются: способ¬ ность работать автономно или некоторое время без участия опе¬ ратора; автоматически выполнять все основные и вспомогатель¬ ные операции: обладать гибкостью, удовлетворяющей требовани¬ ям мелкосерийного производства; высокой степенью завершенно¬ сти обработки деталей с одного установа. ♦ Гибкие автоматизированные участки (ГАУ) — производ¬ ственная система, состоящая из одного или нескольких ГПМ, объединенных автоматизированной системой управления произ¬ водством, и обеспечивающая автоматизированный переход на из¬ готовление новых изделий. Системы обеспечения функционирования ГПС представляют собой совокупность связанных автоматизированных систем, обес¬ печивающих проектирование изделий, технологическую подготов¬ ку их производства, управление ГПС с помощью ЭВМ и автома¬ тическое перемещение предметов производства и технологической оснастки. Они могут работать в автоматическом или в автомати¬ зированном режиме. Структура и технологические возможности гибкой производ¬ ственной системы механической обработки деталей типа валов представлены на рис. 5.20. 95
Рис. 5.20. Гибкая производственная система: 1 — транспортная система; 2 — заготовка; 3 — станок фрезерно-центровальный МР1791; 4 — портал; 5, 6 — подвесные монорельсовые роботы; 7 автомат токарный 1Б732ФЗ, 8, 9 — станки круглошлифовальные ЗМ151Ф2; 10 — вертикально-фрезерный станок 654Ф8; 11 автомат токарный 1Б732ФЗ, 12 — системы управления; 13 — магазин-накопитель заготовок Основу ее составляют металлорежущие станки с ЧПУ и про мышленные роботы (ПР). ГПС оснащена необходимыми вспомо гательными устройствами, в том числе специальным механизи¬ рованным столом-накопителем заготовок, межстаночными нако пителями и ложементами — устройствами ожидания для загото вок и полуфабрикатов, стружкоуборочным конвейером, а также системой фотоэлементной защиты зоны работы роботов, обеспе¬ чивающей необходимые требования техники безопасности при ее обслуживании. Группу станков обслуживает подвесной монорельсовый про¬ мышленный робот, который имеет объемную рабочую зону и большую грузоподъемность. Все механизмы на позициях работа¬
ют независимо друг от друга и подают сигналы об окончании за¬ жима заготовки. После получения сигнала дается команда на пуск резцовой головки. Головка имеет автономную систему уп¬ равления, которая переключает его с быстрого подвода на рабо¬ чую подачу, а затем и на быстрый отвод в исходное положение, в котором головка самовыключается и подает сигнал об оконча¬ нии цикла. Как только будет подан сигнал об окончании обра¬ ботки на позиции, включаются механизмы, освобождающие об¬ рабатываемые детали в приспособлениях. После завершения тех¬ нологического процесса изготовленные детали складывают в на¬ копителе. Промышленные роботы. В течение длительного времени ав¬ томатизация производственных процессов в машиностроении раз¬ вивалась применительно к решению задач массового поточного производства. В соответствии с этим большинство ГПС строились в основном для производства одного типа изделия или с возмож¬ ностями переналадки на узкий диапазон однотипных изделий. В настоящее время создаются устройства с большим числом степеней свободы (до шести) с широким диапазоном переналажи¬ вания на различные скорости перемещений, величины ходов и конструктивно независимые от основного технологического обо¬ рудования — промышленные роботы. Появление промышленных роботов явилось дальнейшим закономерным этапом развития механизмов и систем для автоматической загрузки и транспорти¬ рования изделий. Промышленные роботы — новое универсальное средство комплексной автоматизации производственных процессов, отличающееся способностью к быстрой переналадке последова¬ тельности, скорости и содержания манипуляционных действий. Промышленные роботы обеспечивают наибольший эффект в усло¬ виях частой смены объектов производства, а также при автомати¬ зации ручного низкоквалифицированного труда. Как показывает опыт, комплексное применение промышленных роботов позволяет повысить производительность труда в среднем в 1,5—2 раза, смен¬ ность работы оборудования — в 1,5—1,8 раза, а также суще¬ ственно улучшить ритмичность и общую культуру производства. Промышленный робот (ПР) состоит из исполнительного уст¬ ройства в виде манипулятора, имеющего несколько степеней под¬ вижности, и перепрограммируемого устройства управления для выполнения в производственном процессе двигательных и управ¬ ляющих функций. Управляемое устройство для выполнения двигательных функ¬ ций, аналогичных функциям руки человека, при перемещении 4-135 97
объектов в пространстве, оснащенное рабочим органом, называ¬ ется манипулятором. Основными структурными составными частями ПР являются исполнительное устройство, система управления и информацион¬ ная система. Исполнительное устройство ПР выполняет двига¬ тельные функции работы, в его состав входят манипулятор и ус¬ тройство передвижения. Система управления — совокупность функционально взаимосвязанных и взаимодействующих средств управления, обеспечивающих обучение (программирование), со¬ хранение программы и ее воспроизведение (считывание информа¬ ции и передачу управляющих сигналов исполнительным органам ПР). Информационная система — совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих технических средств, обеспечивающих по¬ лучение, преобразование, обработку и передачу информации о со¬ стоянии ПР и внешней среды. В зависимости от выполняемых функций ПР подразделяются на подъемно-транспортные (вспомогательные), производственные (технологические) и универсальные. Подъемно-транспортный ПР предназначен для выполнения вспомогательных переходов или операций перемещения; выполняет действия типа взять — положить при обслуживании основного технологического обору¬ дования, а также на транспортно-складских операциях. Произ¬ водственный (технологический) ПР предназначен для выполне¬ ния технологических операций и переходов; он непосредственно участвует в технологическом процессе в качестве производящей или обрабатывающей машины, выполняющей основные техноло¬ гические операции (гибку, сварку, окрашивание, сборку и т. п.). Универсальный ПР может выполнять функции подъемно-транс¬ портного (вспомогательного) и производственного (технологичес¬ кого) промышленных роботов.
б Технология изготовления типовых деталей 6.1. Изготовление корпусных деталей Особенности конструкции и обработки корпусных деталей. Корпусные детали в большинстве случаев являются базовыми де¬ талями, на которые устанавливаются отдельные сборочные еди¬ ницы. К ним относятся: картеры коробок передач, редукторов, блоки цилиндров и др. Для корпусных деталей характерно на¬ личие точно обработанных отверстий, координированных между собой и относительно базовых поверхностей. Корпусные детали при всем многообразии конструкций можно разделить на две основные разновидности: призматические и флан¬ цевые. Корпуса призматического типа, например, картер короб¬ ки передач, блок цилиндров двигателя, характеризуются больши¬ ми наружными поверхностями и расположением нескольких отвер¬ стий на параллельных осях. У корпусов фланцевого типа базо¬ выми поверхностями служат торцовые поверхности основных от¬ верстий и поверхности центрирующих выступов или выточек. Корпусные детали выполняются литыми. Материалом для из¬ готовления корпусных деталей обычно служит серый чугун ма¬ рок СЧ24; СЧ15; ковкий чугун КЧ35-10 или алюминиевые спла¬ вы марок AJI4, AJI6, AJI9. Для более мелких корпусных дета¬ лей используют цинковые и магниевые сплавы. Корпусные детали ввиду их конструктивной сложности, как правило, изготовляют литьем в песчано-глинистые и металличес¬ кие формы или литьем под давлением. Отливки должны обеспе¬ чивать герметичность корпуса. Твердость отливок из серого чу¬ гуна должна быть 160—240 НВ, а отливок из алюминиевых сплавов — 50—70 НВ. При изготовлении отливок большое значение придается их качеству. До отправки в механический цех у отливок удаляют литники и прибыли, термической обработкой снимают внутрен¬ ние напряжения, очищают поверхность, контролируют размеры. Для корпусных деталей характерно наличие базовых поверх¬ ностей, а также основных и крепежных отверстий. Базовые 99
поверхности корпуса стыкуются с другими узлами или агрегатами автомобиля. Основные отверстия предназначены для монтажа опор валов. Точность диаметральных размеров основных отверстий соот¬ ветствует 7-му квалитету, реже — 8-му квалитету, шероховатость поверхности Ra = 2,50—0,63 мкм. Отклонение отверстий от соосно¬ сти устанавливают в пределах половины допуска на диаметр мень¬ шего отверстия. Отклонение от параллельности осей отверстий до¬ пускается 0,02—0,05 мм на 100 мм длины. Отклонение от перпен¬ дикулярности торцовых поверхностей к осям отверстий допускает¬ ся 0,02—0,05 мм на 100 мм радиуса. Базовые поверхности обраба¬ тывают с допускаемыми отклонениями от прямолинейности 0,05— 0,20 мм на всей длине и с шероховатостью Ra = 4,0—0,63 мкм. Базирование корпусных деталей выполняют с учетом их кон¬ структивных форм и технологии изготовления. Наиболее надеж¬ ными и простыми технологическими базами при обработке кор¬ пусных деталей являются одна из плоскостей наибольшей про¬ тяженности и два отверстия, расположенных на диагонали этой плоскости (как можно дальше удаленных друг от друга), что обеспечивает точное ориентирование деталей. Заготовки деталей фланцевого типа базируют по торцу флан¬ ца и точно обработанной поверхности буртика. Вместо поверхно¬ сти буртика в качестве базы может быть принята поверхность основного отверстия. Если форма корпуса не позволяет эффективно использовать его поверхности для базирования, то обработку целесообразно выполнять в приспособлении-спутнике, при этом заготовка обра¬ батывается на различных операциях при постоянной установке в приспособлении, но положение самого приспособления на раз¬ ных операциях меняется. Технологические процессы изготовления корпусных деталей различных автомобилей имеют общую последовательность вы¬ полнения операций механической обработки, однако могут иметь и отличия, которые зависят от конструктивной формы, размеров, вида заготовки, технических требований на их изготовление. Типовой маршрут изготовления корпусной детали можно представить в виде такой последовательности: ♦ обработка базовых и сопрягаемых поверхностей; ♦ фрезерование или протягивание других ответственных по¬ верхностей; ♦ черновое и чистовое растачивание основных отверстий; ♦ сверление, зенкерование, нарезание резьбы, развертывание второстепенных отверстий; 100
♦ тонкое растачивание или хонингование точных отверстий; ♦ окончательная обработка поверхностей, требующих обеспе¬ чения высокой точности размеров. Кроме перечисленных операций, в технологический процесс мо¬ гут входить запрессовка направляющих втулок, сборка сборочных деталей из сопрягаемых деталей и их последующая совместная об¬ работка, а также мойка и автоматический контроль размеров. Обработка корпусных деталей на непереналаживаемых (же¬ стких) линиях. Для изготовления корпусных деталей автомоби¬ лей МАЗ, ЗИЛ, ГАЗ до сих пор применяются частично автома¬ тизированные поточные линии, на которых выполняются разно¬ образные технологические операции обработки резанием — фре¬ зерование, сверление, развертывание, растачивание, протягива¬ ние, хонингование, резьбонарезание. Кроме этого, на автомати¬ ческих линиях выполняют отдельные сборочные операции (зап¬ рессовку втулок, сборку крышек коренных подшипников с бло¬ ком и затягиванием болтов), промывку, контроль и испытание. В качестве примера рассмотрим изготовление блока цилинд¬ ров V-образного двигателя. Блок цилиндров является сложной и трудоемкой деталью из-за наличия большого числа плоскостей и отверстий, относительно тонких наружных и внутренних стенок, резких переходов, ребер жесткости, а также высоких требований к качеству заготовки детали. Заготовки блоков цилиндров получают из серого чугуна СЧ18, СЧ21 и других марок литьем в песчаные формы машин¬ ной формовки. Форму заливают при температуре чугуна не ниже 1340 °С. Учитывая сложность заготовки блока, чугунную отлив¬ ку выбивают из опоки при температуре не выше 500 °С, а стер¬ жни — не выше 400 °С. Отливка должна иметь плотную мелко¬ зернистую структуру, не допускаются раковины, трещины и дру¬ гие литейные дефекты. В дробеметных камерах зачищаются мес¬ та удаления литников, прибылей и заусенцев, в них же тщатель¬ но очищаются от земли и песка внутренние полости блока. За¬ готовки подвергают старению при температуре 150—200 °С в те¬ чение 5 ч. Отклонение толщины стенок цилиндров, водяной рубашки и газопроводов — не более 2 мм от номинального размера. Твер¬ дость чугунных заготовок 143—289 НВ в зависимости от марки серого чугуна. Заготовки блоков подвергают гидроиспытаниям под давлением 0,3—0,5 МПа в течение 3 мин. Наличие течи и запотевания не допускается. Припуск на обработку резанием чу¬ гунных блоков составляет 3—5 мм на сторону. 101
Блоки цилиндров из алюминиевых сплавов получают литьем в кокиль или под давлением. По сравнению с чугунными они бо¬ лее легкие, с меньшими припусками на механическую обработку (2—3 мм на сторону). При литье алюминиевых блоков в кокиль используют стерж¬ ни, изготовляемые на пескодувных машинах с применением фор- мальдегидной смолы. После затвердевания отливки стержни вы¬ бивают, а литники отрезают на специальных станках. Сложная форма блока цилиндров может вызвать деформацию литой заготовки при остывании, поэтому при чистовой обработ¬ ке резанием на первых технологических операциях удаляют при¬ пуск с поверхностей наибольшей длины и площади. Заготовка V-образного блока цилиндров базируется по ниж¬ ним плоскостям 1 и двум установочным отверстиям 5 (рис. 6.1). Рис. 6.1. Базирующие поверхности блока цилиндров Базирующие поверхности обрабатывают на автоматической линии, где в качестве баз используют плоскости технологических приливов 2 и поверхности гнезд коренных подшипников 3 и 4. При обработке резанием основные поверхности блока цилин¬ дров изготовляют с высокой точностью взаимного расположения поверхностей, размеров и малой высотой неровностей. Обработка осуществляется на автоматических линиях. Ком¬ плексы из автоматических линий выполнены по сложной струк¬ турной схеме и объединены в автоматизированный участок, на котором происходит полная обработка V-образных блоков цилин¬ дров. Участок автоматических линий завода ЗИЛ состоит из 147 станков, на которых установлено 312 силовых узлов с общим числом шпинделей 1554. На линиях работает 455 электродвига¬ телей общей мощностью 2216 кВт. Площадь, занимаемая комп¬ 102
лексом автоматических линий (автоматизированного участка), составляет 3605 м2. В ПО «Автодизель» работает комплекс, во многом сходный с построением линий, работающих на ЗИЛе. Вместе с тем имеют¬ ся отличия, вызванные тем, что на линиях обрабатывают шес¬ ти- и восьмицилиндровые блоки цилиндров. Обработка выполня¬ ется в произвольной последовательности, так как предусмотрена автоматическая переналадка рабочих позиций без остановки ли¬ ний. Заготовки блока подаются на первую автоматическую ли¬ нию на пяти технологических приливах. В процессе обработки резанием заготовок блоков цилиндров на комплексе автоматических линий осуществляются многократные повороты их вокруг вертикальной и горизонтальной осей. Сило¬ вые узлы автоматических линий, поворотные механизмы, транс¬ портные устройства и механизмы зажима и фиксации заготовок блоков цилиндров в приспособлениях станков приводятся в дей¬ ствие от гидроприводов. Для управления работой вспомогатель¬ ных механизмов предусмотрена контрольно-регулирующая и рас¬ пределительная аппаратура. Рядом с линиями расположены инст¬ рументальные шкафы, в которых хранятся запасные комплекты режущих инструментов. Наладка режущих инструментов на раз¬ мер происходит в специальных приспособлениях вне линии. Технологический маршрут обработки резанием на комплексе автоматических линий представлен в табл. 6.1. Таблица 6.1 Технологический процесс обработки резанием У-образного блока цилиндров двигателя Номер операций Содержание операций Применяемое оборудование 1 2 3 1 1-я автоматическая линия Предварительное и окончательное фрезерование нижней плоскости Продольно-фрезерные двухпозиционные че¬ тырехшпиндельные агрегатные станки 2 Фрезерование технологических при¬ ливов с двух сторон блока, сверление и зенкование трех технологических отверстий в нижней плоскости и раз¬ вертывание двух (переднего и задне¬ го) установочных отверстий Сверлильно-фрезер¬ ные станки 103
Продолжение таблицы 6.1 1 2 3 3 Предварительное и окончательное фре¬ зерование верхней плоскости блока Продольно-фрезерные дву хшпин дельные двусторонние станки 4 Предварительное и окончательное фрезерование торцов блока Продольно-фрезерные двухшпиндельные двусторонние станки 5 Черновое и чистовое фрезерование двух верхних наклонных плоскостей под головки цилиндров Продольно-фрезерные двусторонние станки 6 Протягивание поверхностей под вкладыши и крышки коренных под¬ шипников Горизонтально-про¬ тяжные станки 7 2-я автоматическая линия Предварительное и окончательное фрезерование торцов под коренные подшипники и замков под вкладыши Специальные двух¬ шпиндельные гори¬ зонтально-фрезерные станки 8 Черновое и чистовое фрезерование площадок под масляный насос и привод механизма газораспределения Специальные гори- зонтально-фрезерные двухшпиндельные двусторонние станки 9 Черновое и получистовое растачива¬ ние выточки, верхней и нижней на¬ правляющих под гильзы Расточные восьми¬ шпиндельные станки 10 Сверление продольных масляных ка¬ налов с обоих торцов, зенкерование и цекование отверстий под заглушки, сверление, зенкерование и разверты¬ вание отверстий под установочные штифты, под штангу привода топлив¬ ного насоса и других отверстий Сверлильные двух- и трехсторонние двух¬ позиционные агре¬ гатные станки 11 Сверление отверстий под масляный насос, наклонного масляного канала, под привод механизма газораспреде¬ ления и др. Сверлильные агре¬ гатные многошпин¬ дельные станки 12 Зенкерование отверстий под масля¬ ный насос и привод механизма газо¬ распределения Сверлильные четы¬ рехшпиндельные станки 13 Сверление отверстий под резьбу для крепления нижнего картера и кры¬ шек коренных подшипников, трех отверстий для крепления масляного насоса и других отверстий со сторо¬ ны нижней плоскости Сверлильные много¬ шпиндельные дву¬ сторонние агрегат¬ ные станки 104
Продолжение таблицы 6.1 1 2 3 14 Сверление отверстий сливных масля¬ ных каналов в подшипниках распре¬ делительного вала, отверстий под резьбу, под установочные штифты для крепления головок блока цилин¬ дров; сверление и зенкерование от¬ верстий под толкатели клапанов, чи¬ стовое растачивание гнезд под гиль¬ зы цилиндров и других отверстий Сверлильные и рас¬ точные многошпин¬ дельные двусторон¬ ние станки 15 Срезание пяти технологических при¬ ливов Специальные фре¬ зерные пятишпин¬ дельные двусторон¬ ние станки 16 Зенкерование отверстий под резьбу для крепления головки цилиндров и развертывание двух отверстий под установочные штифты, зенкование и зенкерование отверстий под толкате¬ ли клапанов Сверлильные много¬ шпиндельные дву¬ сторонние станки 17 Зенкование отверстий под резьбу для крепления нижнего картера, крышек коренных подшипников и других отверстий Сверлильные много¬ шпиндельные станки 18 Нарезание резьбы в отверстиях кры¬ шек коренных подшипников, для крепления головок цилиндров и нижнего картера, привода механиз¬ ма газораспределения и в других отверстиях Резьбонарезные мно¬ гошпиндельные стан¬ ки 19 Сверление отверстия в пятом под¬ шипнике распределительного вала и нарезание резьбы в отверстиях для крепления крышки распределитель¬ ных зубчатых колес, картера сцепле¬ ния и в других отверстиях Вертикально-резьбо¬ нарезные многошпин¬ дельные станки 20 Сборка блока с крышками коренных подшипников и завертывание болтов вручную Агрегат для сборки на конвейере 21 З-я автоматическая линия Завертывание и затягивание болтов крышек коренных подшипников Десятишпиндельные автоматические ус¬ тановки 105
Продолжение таблицы 6.1 1 2 3 22 Черновое и получистовое растачива¬ ние отверстий под вкладыши корен¬ ных подшипников и втулки опор распределительного вала Расточный четырех¬ шпиндельный двух¬ позиционный станок 23 Развертывание отверстий под втулки опор распределительного вала Сверлильные одно¬ шпиндельные станки 24 Запрессовывание втулок опор распре¬ делительного вала Специальная уста¬ новка 25 Окончательное растачивание отвер¬ стий под вкладыши коренных под¬ шипников и втулки опор распреде¬ лительного вала и развертывание че¬ тырех отверстий под штифты с обо¬ их торцов заготовки блока Сверлильно-расточ- ные горизонтальные станки 26 Растачивание канавок под уплотни¬ тельные кольца и подрезание торцов с двух сторон в отверстиях под ко¬ ленчатый вал Расточные горизон¬ тальные четырех¬ шпиндельные двух¬ позиционные станки 27 Хонингование отверстий под вклады¬ ши коренных подшипников Вертикально-хонин- говальный станок 28 4-я автоматическая линия Чистовое последовательное фрезеро¬ вание двух наклонных плоскостей под головки блока цилиндров Продольно-фрезер- ные двухшпиндель¬ ные станки 29 Окончательное фрезерование площа¬ док под привод распределителя за¬ жигания и масляный насос Горизонтально-фре¬ зерные двухшпин¬ дельные двусторон¬ ние станки 30 Чистовое растачивание и разверты¬ вание отверстий под привод меха¬ низма газораспределения и масля¬ ный насос Расточные горизон¬ тальные двухшпин¬ дельные станки 31 Цекование внутреннего опорного гнезда под привод распределителя зажигания Сверлильные гори¬ зонтальные одно¬ шпиндельные станки 32 5-я автоматическая линия Окончательное растачивание отвер¬ стий в блоке под бурты гильз с од¬ новременным подрезанием торцов Специальные много¬ шпиндельные рас¬ точные станки 33 Окончательное растачивание отвер¬ стий под гильзы цилиндров Специальные много¬ шпиндельные рас¬ точные станки 106
Окончание таблицы 6.1 1 2 3 34 Последовательное растачивание и развертывание отверстий под толка¬ тели клапанов Расточные шестнад¬ цатишпиндельные двусторонние станки 35 6-я автоматическая линия Установка на два контрольных штиф¬ та и привертывание картера сцепле¬ ния, ввертывание пробок и установка заглушек в водяную рубашку Стенд сборки 36 Растачивание центрального отвер¬ стия в картере сцепления в сборе с блоком и подрезание плоскости кар¬ тера сцепления Специальный гори- зонтально-расточный станок 37 Мойка, продувка сжатым воздухом, сушка и охлаждение до 20 °С Моечный агрегат 38 Окончательный контроль Контрольный пункт Контроль блоков цилиндров после обработки заключается во внешнем осмотре, проверке точности взаимного расположения отверстий и плоскостей, диаметров отверстий под коренные под¬ шипники и во втулках распределительного вала, отверстий под гильзы цилиндров и глубины выточек в них и т. д. Все блоки цилиндров подвергают гидроиспытанию на специ¬ альных стендах. После окончательного контроля блоки цилинд¬ ров передаются на конвейер сборки двигателей. Обработка корпусных деталей на гибких автоматических ли¬ ниях. Основным направлением технического прогресса современ¬ ного автомобилестроения является создание производства, обес¬ печивающего быструю переналадку оборудования для выпуска широкой номенклатуры изделий. Данными свойствами обладают гибкие производственные системы (ГПС), способные к быстрой перенастройке за счет применения оборудования с ЧПУ, автома¬ тизированных средств межоперационного транспортирования и накопления, систем автоматизированного управления. Для обработки корпусных деталей в ГПС в основном приме¬ няют многоцелевые станки фрезерно-расточной группы с ЧПУ типа обрабатывающего центра (ОЦ). Такое оборудование имеет автоматизированную загрузку и разгрузку заготовок, снабжено одним или двумя инструментальными магазинами. На рис. 6.2 представлен гибкий производственный модуль моде¬ ли ИС 500 ПМ 1Ф4-01, предназначенный для обработки корпусных 107
деталей из чугуна, стали, алюминиевых и магниевых сплавов в ди¬ апазоне размеров от 50 х 50 х 50 мм до 700 х 700 х 700 мм. Рис. 6.2. Гибкий производственный модуль для обработки корпусных деталей Станок снабжен шпиндельной бабкой 1 с двигателем, позво¬ ляющим бесступенчато изменять частоту вращения шпинделя, имеющего возможность перемещаться в двух взаимно перпенди¬ кулярных направлениях. Цепной инструментальный магазин 2 расположен на своем фундаменте. Манипулятор смены инстру¬ мента установлен на корпусе магазина. Предусмотрена установ¬ ка многошпиндельных и угловых головок с переменным кодиро¬ ванием инструмента и двумя магазинами на 64 и 100 инструмен¬ тов. Это позволяет выполнять обработку плоских поверхностей, гладких и резьбовых отверстий, цилиндрических выступов, вы¬ точек, наружных канавок, а также обточку торцов корпусных деталей, закрепленных в специальных устройствах 3. Для обработки сложных корпусных деталей, таких, как бло¬ ки цилиндров, картеры КПП, корпусы компрессоров, особенно эффективно применение станков следующего поколения: трипои- дов и гексапоидов (рис. 6.3). Особенностью этих станков явля¬ ется то, что они снабжены тремя (трипоид) или шестью (гекса- поид) шарнирно соединенными телескопическими штангами со 108
встроенными линейно-измерительными системами. Шпиндель-мо¬ тор с инструментом устанавливается на телескопические штанги. Таким образом, станки, снабженные инструментальными магази¬ нами, позволяют одновременно обрабатывать несколько поверх¬ ностей. Смена инструментов выполняется автоматически. Рис. 6.3. Кинематическая схема трипоида (а) и гексапоида (б) У трипоида стол станка неподвижен, а телескопические штанги со шпинделями-моторами концентрично перемещаются по круговой траектории относительно стола с закрепленной на нем заготовкой. Такая компоновка позволяет обеспечивать на¬ клон шпинделей вплоть до получения горизонтального положе¬ ния и осуществлять обработку с управлением по пяти осям ко¬ ординат. Гексапоид снабжен шестью телескопическими штангами. Ше¬ стистержневая система удерживает в рабочем пространстве плат¬ форму с инструментами, перемещая ее одновременно и согласо¬ ванно по шести степеням свободы (относительно осей х, у, г с поворотом вокруг каждой оси). На платформе все шесть стерж¬ ней связаны посредством безлюфтовых шарниров. Опорой каждо¬ го стержня служит силовая рама с фрикционно-безлюфтовыми приводами. Перемещение каждого стержня отслеживается лазер¬ ными интерферометрами с дискретностью 1 мкм. Данные переда¬ ются в компьютер, который в реальном режиме временно управ¬ ляет приводом. Одним из наиболее важных факторов, влияющих на эксплу¬ атационную эффективность ГПС, является разработка оптималь¬ ного варианта технологического процесса под подобранную но¬ менклатуру деталей. Групповой технологический процесс должен 109
иметь общий технологический маршрут или набор технологичес¬ ких деталеопераций, обеспечивающих обработку любых деталей; единство технологических баз; оптимальную загрузку оборудова¬ ния; минимальные потери на переналадку при переходе с одной детали (группы деталей) на другую. ГПС для групповой обработки корпусных деталей разрабаты¬ вают в несколько этапов. На первом этапе анализируют номенк¬ латуру деталей, обрабатываемых в цехе, и группируют их. На втором этапе детали кодируют по конструктивно-технологичес- ким признакам, разделяют на группы и разрабатывают группо¬ вые технологические процессы. На третьем этапе формируют со¬ став и производственно-технологическую структуру ГПС, т. е. определяют оптимальный по технологическим возможностям комплект оборудования и типаж, выбирают наиболее целесооб¬ разный уровень автоматизации производственного процесса, сред¬ ства и системы оснащения ГПС. По такой методике была сформирована производственно-тех¬ нологическая структура комплекса для обработки 26 наименова¬ ний корпусных деталей автомобилей БелАЗ (разработка НИИТав- топрома совместно с МГТУ и МАМИ) (рис. 6.4). Комплекс состоит из автоматизированного склада 1, откуда заготовки с помощью штабелера 2 грузоподъемностью 0,5 т по- ioioididi I 1 I п I I I I I м I I ыоаа пп□ папой 9 I У Гг°^т ‘-Lxr—рЦ Ш п “а mi 4=5 Ш т I м / II 1 и / 12 □ в В Q □ в в в ш^ВВ- -13 Рис. 6.4. Структура комплекса для обработки корпусных деталей автомобилей БелАЗ 110
даются на двухсекционный промежуточный накопитель 3. Отсю¬ да они перемещаются робототележкой 4 на односекционный на¬ копитель 5. Затем манипулятор 6 подает заготовки на станции загрузки 7 к приставочному накопителю 8 и к ленточному транс¬ портеру 9, который подает их на позиции обработки, где уста¬ новлено пять станков 10 типа ОЦ с ЧПУ, моечная машина 11 и контрольное оборудование 12. Инструмент в магазины станков автоматически подается с приставочных накопителей 13. Обра¬ ботанные детали поступают на транспортер 14 и станцию раз¬ грузки 15. Затем манипулятор 16 перемещает их на односекци¬ онный накопитель готовых деталей 17, откуда они подаются на промежуточный накопитель 18 и на склад готовых деталей. Ра¬ ботой станков и транспортными системами управляет ЭВМ, раз¬ мещенная в специальном помещении. На рассматриваемой ГПС изготавливаются такие корпусные детали, как корпус обратных клапанов, корпус распределителя, корпус редуктора и т. д. Гибкие производственные системы с управлением ЭВМ следу¬ ет рассматривать как один из этапов на пути создания комплек¬ сно-автоматизированных производств, а в перспективе — автома¬ тизированных заводов. Обработка деталей на линиях с переменной структурой. Гиб¬ кие производственные системы (ГПС), широко применяемые для корпусных и других типов деталей, имеют значительное преиму¬ щество по сравнению с традиционными автоматическими линия¬ ми, созданными для автомобильных заводов с массовым и круп¬ носерийным производством. Каждая ГПС позволяет вести обра¬ ботку большой группы деталей, часто существенно отличающих¬ ся по размерам, форме, методам и маршрутам обработки поверх¬ ностей. Переналадка с одной детали на другую происходит авто¬ матически и требует минимального времени. Однако из-за того, что в подавляющем большинстве случаев на каждом обрабаты¬ вающем центре (ОЦ) ГПС инструменты работают последователь¬ но, производительность таких систем оказывается существенно ниже, чем традиционных (жестких) автоматических линий. Для повышения производительности в ГПС включают по несколько одношпиндельных параллельно работающих одинаковых ОЦ, что существенно усложняет их компоновку и в несколько раз по¬ вышает стоимость оборудования. В связи с тем что автомобильный рынок становится всё более динамичным, конструкции многих узлов и деталей изменяются че¬ рез 3—4 года, а срок службы линий 10—12 лет, необходимо 111
создание станочных систем (с переменной структурой), которые обеспечивали бы многоинструментальную высокопроизводительную обработку, как жесткие линии, и в то же время позволяли перио¬ дически перекомпоновывать их, изменять методы и маршруты об¬ работки на отдельных позициях станочных систем при изменении деталей. Линии с переменной структурой еще не нашли широкого применения у нас в стране и в СНГ, однако широко используются за рубежом и называются «реконфигурационные системы». Решаю¬ щим для системы с переменной структурой является дальнейшее развитие метода агрегатирования станочного оборудования, суще¬ ственное повышение уровня стандартизации и унификации узлов и элементов, из которых они компонуются. Одним из важнейших на¬ правлений унификации должно стать обеспечение возможности за¬ мены узлов разного назначения: многошпиндельных головок с раз¬ ным количеством шпинделей, силовых головок, встраиваемых ав¬ томатических загрузочных, измерительных и других компонентов. Для этого сменные узлы должны иметь унифицированные устано¬ вочные размеры с базовыми узлами (например, станинами), тогда время на их замену может быть минимизировано. На рис. 6.5 показана компоновка линии с переменной струк¬ турой для обработки двух деталей. Рис. 6.5. Линия для обработки двух корпусных деталей Эта линия включает семь станков, транспортную систему для деталей, устанавливаемых в спутники, позицию загрузки загото- 112
вок и съема готовых деталей. Одношпиндельный обрабатываю¬ щий центр 1 выполняет черновую обработку деталей фрезерова¬ нием и растачиванием. Станок 2 со сменными многошпиндель¬ ными коробками предназначен для выполнения сверлильных и фрезерных работ. На обрабатывающих центрах 3, 4 и 5 проис¬ ходит традиционная для корпусных деталей обработка отвер¬ стий. Станок 6 выполняет чистовое растачивание отверстий в корпусах в трех направлениях. Финишную обработку отверстий в двух направлениях выполняет станок 7. На загрузочной пози¬ ции 8 устанавливают в спутники 9 заготовки и снимают гото¬ вые детали после обработки. Транспортно-конвейерное устрой¬ ство 10 передает обрабатываемые детали со спутниками от стан¬ ка к станку. Устройство 11 для кодирования и считывания ин¬ формации о детали, поступающей на обработку, передает эту ин¬ формацию в систему управления линией 12 для соответствующе¬ го изменения циклов обработки детали на каждом станке. Стан¬ ки могут работать независимо (каждый обрабатывает свою де¬ таль). Устройство 13 контроля линии позволяет оператору отсле¬ живать процесс обработки на каждом станке и контролировать работу станочной системы в целом. Приведенные в главе примеры обработки корпусных деталей — наиболее сложных деталей автомобиля — показывают, насколь¬ ко сложна технологическая подготовка производства в автомоби¬ лестроении. Обеспечение заданного выпуска деталей с высоким качеством и точностью обрабатываемых поверхностей требует анализа большого количества вариантов технологического про¬ цесса, выбора технологических и транспортных систем, а также систем управления. 6.2. Технология изготовления валов Особенности конструкций валов. Конструкции валов обычно имеют сложную форму и представляют собой сочетания гладких шеек, резьб, фланцев, зубчатых венцов и т. д. Осевые отверстия валов могут быть гладкими, ступенчатыми или фасонными. Не¬ которые валы имеют радиальные отверстия (для подвода смазки). Наибольшее распространение получили ступенчатые валы. При пе¬ реходе от одной ступени к другой они имеют канавки или пере¬ ходные поверхности. К валам предъявляются высокие требования по геометрической форме и взаимному расположению отдельных поверхностей. Некоторые валы должны быть динамически сбалан¬ сированы. Дисбаланс валов не должен превышать 10—40 г-см. 113
С целью повышения износостойкости рабочих поверхностей валы подвергают термической обработке. При изготовлении из низкоуглеродистых сталей их цементируют или нитроцементиру- ют на глубину 0,7—1,2 мм, затем закаливают и отпускают (твер¬ дость рабочих поверхностей 58—62 HRC). Термическая обработка валов, изготавливаемых из высокоуглеродистых сталей, заключа¬ ется в поверхностной закалке с последующим низким отпуском. Валы в основном изготавливают из конструкционных и леги¬ рованных сталей: 40, 45, 35Х, 40Х, 25ХГМ, 20ХГНМ, 19ХГН, 15ХГНТ2А. Прогрессивные методы изготовления заготовок валов (штампов¬ ка в закрытых штампах, высадка на горизонтально-ковочных ма¬ шинах, поперечно-винтовая прокатка, объемная холодная штам¬ повка и др.) позволяют получить коэффициент использования ме¬ талла 0,7 и выше. Заготовки гладких и ступенчатых валов с не¬ большим перепадом ступеней изготавливают из горячекатаного или калиброванного проката. После пластического деформирования для снятия внутренних напряжений выполняют термическую обработ¬ ку заготовок валов: из низкоуглеродистых сталей — нормализа¬ цию, из стали 35Х — отжиг, из сталей 45, 40Х — улучшение. Заготовки чугунных валов изготавливают литьем в оболочко¬ вые формы, что позволяет получать заготовки валов высокой точности. Типовые технологические процессы обработки валов. Не¬ смотря на большое разнообразие размеров и конструктивных форм, валы обрабатываются по единой технологической схеме. Типичными установочными базами являются центровые конус¬ ные отверстия. На некоторых операциях обработки при воздей¬ ствии значительных сил резания (при фрезеровании плоскостей, сверлении радиальных отверстий) в качестве установочных баз используют обработанные шейки. В зависимости от конструкций валов технологический процесс их изготовления может отличаться только последовательностью обработки или введением дополнительных операций. Типовой процесс обработки валов автомобилей можно представить в виде такой последовательности технологических операций: ♦ подготовка технологических баз (подрезание торцов и цен¬ трование); ♦ черновая токарная обработка концов вала, подрезание тор¬ цов и уступов; ♦ чистовая токарная обработка (выполняется в той же по¬ следовательности, что и черновая); 114
♦ черновое шлифование шеек вала, служащих дополнитель¬ ными базами при фрезеровании, сверлении, растачивании отвер¬ стий на одном из концов вала; ♦ правка вала при обработке нежестких деталей; ♦ черновая и чистовая обработка фасонных поверхностей (нарезание шлицев, зубчатых венцов, шлифование кулачков и др-); ♦ обработка отверстий, резьб, канавок (сверление и разверты¬ вание отверстий, нарезание резьбы, фрезерование лысок, шпоноч¬ ных канавок); ♦ термическая обработка (всей детали или отдельных ее по¬ верхностей); ♦ правка вала; ♦ черновое и чистовое шлифование наружных поверхностей, торцов отверстий; ♦ доводка точных поверхностей; ♦ контрольные операции. Оборудование для выполнения процесса обработки валов мо¬ жет быть различным, однако порядок и характер операций со¬ храняются. Рассмотрим отдельные операции обработки ступенчатых валов. Подрезание торцов и центрование — это первые технологи¬ ческие переходы при изготовлении ступенчатых валов, онЬ слу¬ жат для подготовки технологических баз. В серийном производстве обработку ведут на фрезерно-цент- ровальных полуавтоматах с установкой заготовки по наружному диаметру в призмах и базированием в осевом направлении по упору. Подрезку торцов выполняют раздельно от центрования на продольно-фрезерных или горизонтально-фрезерных станках, а центрование — на одностороннем или двустороннем центроваль¬ ном станке. В массовом производстве для фрезерования торцов и центрования применяют специальные станки (рис. 6.6), в кото¬ рых установка детали осуществляется на две самоцентрирующие призмы с осевой фиксацией упором 3 по торцу головки. Подрез¬ ка торцов с одновременным сверлением центровых отверстий вы¬ полняется головками 1 и 2, оснащенными комбинированным ин¬ струментом. Обтачивание валов в зависимости от объема выпуска выпол¬ няют на универсальных токарных станках с программным управ¬ лением, на станках с многорезцовыми головками, на копироваль¬ ных токарных станках. 115
Обработка валов на станках с многорезцовыми головками (рис. 6.7) требует относительно длительной их наладки, поэто¬ му данный метод применяют в серийном и массовом производ¬ стве. Черновая обработка контура и чистовое обтачивание хвос¬ товика вала осуществляются резцом 3. Резцами 2 yi 9 подрезают торцовые поверхности головки вала, а резцом 8 прорезают канав¬ ку под стопорное кольцо. Резец 5 служит для чистовой обточки поверхности под шлицы. Стрелками обозначены направления пе¬ ремещения резцов. Рис. 6.7. Схема обтачивания вала на многорезцовом станке: 1, 4, 6, 7 — каретки; 2, 3, 5, 8 и 9 — резцы 116
Для обработки ступенчатых валов широко используют одно¬ шпиндельные копировальные полуавтоматы (рис. 6.8). Схема об¬ работки вала следующая: продольный суппорт обтачивает вал по копиру 2, а поперечный образует выточки. Поперечным суппор¬ том можно выполнять и подрезку торцов. При обработке валов на копировальных станках снижается время наладки инструмен¬ тов в 2—3 раза, обеспечивается при чистовом точении точность, соответствующая 9-му квалитету, и повышенное качество обра¬ ботанной поверхности (отсутствуют уступы, характерные при об¬ работке на станках с многорезцовой головкой). Рис. 6.8. Схема обработки ступенчатого вала на копировальном полуавтомате: 1 — барабан; 2 — копир; 3 — щуп В массовом и крупносерийном производстве широко использу¬ ют многошпиндельные многорезцовые полуавтоматы- В мелкосе¬ рийном производстве эффективно применение токарных станков с гидросуппортами, а также станков с программным управлением. Шлицевые поверхности на валах обрабатывают обкатывани¬ ем червячной фрезой на шлицефрезерных или зуборезных стан¬ ках. При диаметре вала более 80 мм шлицы фрезеруют за два ра¬ бочих хода. У закаливаемых валов, центрируемых по наружной поверхности, обработка шлицев включает следующие операции: шлифование наружной поверхности; фрезерование шлицев с при¬ пуском на шлифование боковых поверхностей; термическую об¬ работку; наружное шлифование; шлифование боковых поверхно¬ стей шлицев, которое выполняется одновременно двумя кругами с применением делительного механизма для поворота заготовки. У незакаливаемых валов обработка шлицев состоит только из наружного шлифования цилиндрической поверхности и фрезеро¬ вания шлицев. Если шлицевое соединение центрируется по 117
поверхности внутреннего диаметра, то последовательность опера¬ ций до термообработки остается той же. После термической об¬ работки шлифование боковых поверхностей шлицев и шлифова¬ ние внутренних поверхностей по диаметру осуществляется либо профильным кругом (одновременно по боковым поверхностям и дну впадины), либо в две операции: шлифование двумя кругами боковых поверхностей, а затем шлифование внутренней поверх¬ ности кругом, заправленным по дуге. Шлифование одним про¬ фильным кругом дает лучшие результаты по точности и произ¬ водительности. Имеются и более производительные методы обработки шли¬ цев: на шлицестрогальных и шлицепротяжных станках, а так¬ же образование эвольвентных шлицев накатыванием при твердо¬ сти поверхности не более 220 НВ и модуле шлицев до 2,5 мм. Шпоночные пазы в зависимости от их конструкции выполня¬ ют дисковой фрезой (если паз сквозной) или торцовой (пальце¬ вой) фрезой, если паз глухой. Вал устанавливают в центрах или по наружной поверхности на призмы приспособления. Шпоночные пазы выполняют на горизонтально- и вертикаль- но-фрезерных станках. В серийном и массовом производстве для получения глухих шпоночных пазов применяют шпоночно-фре¬ зерные полуавтоматы, работающие «маятниковым» методом: двухзубая пальцевая фреза за один рабочий ход подается на глу¬ бину 0,2—0,3 мм и фрезерует паз на всю длину. Затем вновь по¬ дается на ту же глубину и фрезерует паз в другом направлении (и так до получения полной глубины паза). В крупносерийном и массовом производстве фрезеровать пазы целесообразно с приме¬ нением многоместных приспособлений комплектом фрез. Резьбу на внутренних поверхностях валов нарезают машин¬ ными метчиками на сверлильных, револьверных и резьбонарез¬ ных станках в зависимости от типа производства. Наружные резьбы нарезают резцами, гребенками, плашками, а также полу¬ чают фрезерованием, вихревым методом, накатыванием. В мел¬ косерийном и единичном производстве наружные резьбы изготов¬ ляют на токарно-винторезных станках с применением резьбовых резцов или гребенок, обеспечивая 6—8-ю степени точности. Резь¬ бы 4-й степени точности нарезают на прецизионных токарно-вин- торезных станках. Нарезание резьбы плашками и резьбонарезны¬ ми головками выполняют на револьверных, токарных и болто¬ резных станках, а также на токарно-револьверных автоматах. В крупносерийном и массовом производстве резьбы выполня¬ ют накатыванием, при этом получают резьбу 6-й степени точно¬ 118
сти. Накатывание резьбы производительнее нарезания ее резьбо¬ выми головками. Если вал не подвергается закалке, то резьбу нарезают после окончательного шлифования шеек. На закаливаемых шейках резьбу изготовляют до термообработки. Валы шлифуют на круглошлифовальных и бесцентрсво-шли- фовальных станках. Для получения точности, соответствующей 6-му квалитету, шлифование выполняют в две операции (два пе¬ рехода). При обработке валов на круглошлифовальных станках базой являются центровые отверстия. Шлифование напроход применяют при обработке поверхностей значительной протяжен¬ ности, а врезное шлифование — при обработке коротких шеек. В серийном и массовом производстве врезное шлифование ча¬ сто выполняется по автоматическому циклу, что повышает ка¬ чество обработки и производительность. При шлифовании деталей размеры контролируют в процессе обработки без остановки станка, а также используют измеритель¬ ные средства активного контроля, автоматически отключающие поперечную подачу при достижении заданного размера. Бесцентровое шлифование выполняют как с продольной, так и с поперечной подачей (врезанием). Если вал гладкий, то при¬ меняют шлифование с продольной подачей напроход; если же ступенчатый — шлифуют с продольной подачей до упора. Шли¬ фованием с поперечной подачей обрабатывают короткие буртики. Бесцентровое шлифование применяют при обработке небольших валов, обеспечивая точность, соответствующую 6—8-му квалите- там. Этот метод по точности несколько уступает шлифованию на круглошлифовальных станках. Большой интерес представляет одновременное шлифование нескольких поверхностей, выполняемое широким кругом, распо¬ ложенным под углом к оси детали (рис. 6.9). Рис. 6.9. Схема одновременного шлифования пяти поверхностей одним шлифовальным кругом 119
Профиль круга обеспечивается его периодической правкой ал¬ мазным инструментом. При изготовлении штоков гидроузлов для окончательной об¬ работки применяют обкатывание поверхности роликами. В ре¬ зультате пластического деформирования повышается качество поверхности и ее износостойкость. В табл. 6.2 в качестве примера приведены технологические процессы обработки первичных и вторичных валов коробок пере¬ дач грузовых и легковых автомобилей. Анализ показывает, что ступенчатые шлицевые валы и валы с зубчатыми венцами обрабатываются по единой технологической схеме. Основное отличие при их изготовлении заключается в том, что у шлицевого вала фрезеруют или накатывают шлицы, у вала-шестерни нарезают зубчатый венец. При изготовлении первичного вала коробки передач (КП) ав¬ томобиля ВАЗ проводится ряд сборочных операций (установка медного кольца, диска, запрессовка зубчатого венца). Эти опера¬ ции не отражены в таблице, так как они характерны только для данной детали. Для обеспечения заданной точности и шерохова¬ тости отдельных поверхностей вводятся доводочные операции: микрофиниширование или полирование (например, при обработ¬ ке первичного вала КП автомобиля ЗИЛ-431411 и вторичного вала КП автомобиля ВАЗ). Механическая обработка деталей типа валов осуществляется на автоматических и поточных линиях, состоящих из различных специализированных и специальных станков. Эти линии оснащены средствами механизации, приборами активного контроля размеров в процессе обработки, устройства¬ ми для автоматической подналадки инструмента. Характерной особенностью современных автоматических линий является их комплексность, что позволяет в автоматическом цикле выпол¬ нять все виды обработки, предусмотренные технологическим процессом: черновые и финишные операции резанием, термооб¬ работку, мойку, контроль, сборку, балансировку. Автоматиза¬ ция охватывает и вспомогательные операции (транспортировку, загрузку и выгрузку обрабатываемых деталей, смену и настрой¬ ку инструментов). Межоперационное транспортирование валов осуществляется с помощью подвесных конвейеров, толкающих, тяговых, ленточ¬ ных и других транспортеров. Загрузка и выгрузка деталей, пере¬ мещение их на позиции обработки выполняются автооператора¬ ми, портальными загрузчиками или промышленными роботами. 120
Таблица 6.2 Технологические процессы обработки валов коробок передач Операции механической обработки Первичный вал Вторичный вал Промежу¬ точный вал 20ХГМ (ЗИЛ) 20ХГНМ (ВАЗ) 20ХГНМ (ВАЗ) 15ХГНТ2А (КамАЗ) Центровальная + + + + Черновая токарная + + + + Чистовая токарная + + + + Правка - - + Черновое шлифование + - + — шеек под подшипник Токарная + Нарезание шлицев + н + _ Накатывание рифлений - - + _ Фрезерование зубьев + + - + Долбление зубьев - - - + Закругление зубьев + + + Шевингование зубьев + + — + Калибрование зубьев - + _ Сверление отверстий + + + + Фрезерование шпоночных - - + + пазов Нарезание резьбы + + Термообработка + + + + Зачистка центров - + + + Правка - + + + Окончательное шлифова¬ + + + + ние шеек Шлифование отверстия + + под подшипник Хонингование отверстия + п под подшипник Микрофиниширование + _ п шеек вала Хонингование зубьев + + венцов Обкатка с эталонной + + + шестерней Мойка + + + + Окончательный контроль + + + + Примечание. Знак « + » означает наличие операции, знак 4-4 ее отсутствие, знак «Н» — операция накатывания, знак «П* — полирование. 121
Технология изготовления коленчатых валов. У отечествен¬ ных двигателей применяются стальные и чугунные коленчатые валы. Основным материалом являются стали 35, 40, 50, 40Г, 45Г, 50Г и др. (для мало- и среднеоборотных двигателей). Валы высокооборотных и среднефорсированных двигателей при диа¬ метре цилиндров менее 200 мм обычно изготавливают из легиро¬ ванных сталей 40ХН, 35ХМ, 38ХМЮА, 40ХНВА. 25Х2Н4ВА, 38XH3BA и др. Применяются также литые коленчатые валы из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом ВЧ45-5, ВЧ50-2, ВЧ60-2 и др. Распределение коленчатых валов по мате¬ риалам выглядит следующим образом: чугунные — 20 %, сталь¬ ные — 80 % (среднеуглеродистые стали — 45 %, легирован¬ ные — 35 %). Коленчатые валы большинства зарубежных автомобилей — литые из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом. На высокофорсированных двигателях применяются кованные валы из высокопрочной легированной стали. Технологический процесс обработки коленчатых валов более сложен по сравнению с обработкой других деталей класса валов. Коленчатый вал не обладает достаточной жесткостью, поэтому при обработке сравнительно легко деформируется под действием сил резания. Для разгрузки вала при его обработке задние бабки станков делают приводными. Основными базами при обработке коленчатых валов служат поверхности коренных шеек, на отдельных операциях могут ис¬ пользоваться также центровые отверстия. Для повышения жест¬ кости вала при обработке предусматривается использование до¬ полнительных опор (люнетов). По мере приближения размеров коленчатого вала к заданным по чертежу упругие деформации обрабатываемой заготовки снижаются. Поверхности, регламенти¬ рованные узкими допусками на их изготовление, обрабатывают¬ ся в две операции (чистовую и отделочную). В настоящее время обработку коленчатых валов осуществля¬ ют на частично автоматизированных участках с применением на ряде технологических операций высокопроизводительных автома¬ тических и полуавтоматических станков. В качестве примера рассмотрим технологию изготовления ко¬ ленчатого вала двигателя автомобиля ВАЗ (рис. 6.10). Заготовку коленчатого вала отливают из специального высо¬ копрочного чугуна в песчаные формы при машинной формовке. Припуски на обработку резанием составляют 2—3 мм (по сред¬ ним шейкам), а по остальным шейкам 1,5—2 мм. 122
Рис. 6.10. Коленчатый вал двигателя автомобиля ВАЗ: 1—S — опорные технологические площадки; П! II4 противовесы; I—V — коренные шейки; VI—IX — шатунные шейки Обработка коленчатого вала резанием должна обеспечить пра¬ вильное взаимное расположение поверхностей, высокую точность размеров и низкую шероховатость (табл. 6.3). Таблица 6.3 Регламентируемые параметры обработки резанием основных поверхностей коленчатого вала Параметры Единица измерения Значение параметра Точность размеров: ♦ коренных и шатунных шеек ♦ шейки под ведущие звездочку и шкив, фланца под сальник квалитет 5 6 Овальность и конусность шеек мм 0,004 Отклонение от параллельности осей шатун¬ ных и крайних коренных шеек мм 0,03 Отклонение от плоскостности торца фланца маховика мм 0,05 Биение фланца маховика мм не более 0,03 Дисбаланс коленчатого вала г • см 12 Шероховатость поверхности Ra: ♦ коренных и шатунных шеек ♦ шейки под ведущую звездочку и шкив мкм 0,32—0,16 2,0—1,2 Обработка коленчатых валов осуществляется на автоматизи¬ рованном участке. Заготовки подаются с загрузочной позиции и устанавливаются в самоцентрирующие призматические губки по коренной шейке 1 и поверхности С под сальник. Фиксация в осевом направлении осуществляется по торцу Т (см. рис. 6.10). 123
Технологический процесс реализуется следующим образом. 1. Обработку заготовки начинают с подготовки технологичес¬ ких баз. Подрезание торцов, центрирование с двух сторон и фре¬ зерование восьми технологических бобышек выполняют на три¬ надцатипозиционной автоматической линии. 2. Обтачивание пяти коренных шеек, переднего конца вала и поверхности под сальник с протачиванием маслосгонной канав¬ ки и снятием фасок выполняют в один проход на специальных многорезцовых станках (заготовку устанавливают в центрах с осевой фиксацией по торцу фланца Т, а угловую ориентацию осу¬ ществляют по площадке 4 противовеса П3). 3. Получистовое шлифование одновременно пяти коренных шеек и поверхности под сальник выполняется на специальных крутлошлифовальных автоматах с шестью абразивными кругами. 4. Обтачивание четырех шатунных шеек осуществляется на специальном двухпозиционном токарном автомате. Базирование заготовки вала выполняется по поверхностям I и V коренных шеек, фиксация в осевом направлении — по торцу Т, а угловая фиксация — по фрезерованным технологическим площадкам 1 и 6 противовесов Пх и ТТ4 (жесткость заготовки повышает люнет, ус¬ тановленный на III коренной шейке). 5. Обработка всех смазочных каналов, сверление отверстий и нарезание резьбы в торце фланца для крепления маховика, рас¬ тачивание гнезда под подшипник, фрезерование лысок и шпоноч¬ ного паза на переднем конце вала выполняются на 52-позицион- ной автоматической линии (заготовка устанавливается по поверх¬ ностям I и V коренных шеек, угловая фиксация происходит по фрезерованным площадкам 2, 5, 7 и 8, осевое ориентирование по торцу Т (см. рис. 6.1Q). 6. Промывка смазочных каналов для удаления из них струж¬ ки осуществляется в автоматической моечной установке. 7. Закалка и отпуск пяти коренных и четырех шатунных шеек выполняются на специальной закалочной установке ТВЧ (твердость шеек 50 HRC, глубина закаленного слоя 2,0—2,3 мм). 8. Чистовое шлифование пяти коренных шеек и поверхности под сальник выполняется на том же оборудовании, что и полу¬ чистовое шлифование (допуск на диаметр коренной шейки 20 мкм, овальность и конусность 4 мкм). 9. Чистовое шлифование опорного торца фланца под маховик осуществляется на угловом круглошлифовальном автомате (заго¬ товка устанавливается в центрах, фиксация в осевом направле¬ нии — по торцу Т, вращение передается через шейку 1 вала). 124
10. Шлифование цилиндрической поверхности переднего кон¬ ца вала под звездочку и шкив выполняется на угловом кругло¬ шлифовальном станке той же модели, что и на предыдущей опе¬ рации. 11. Чистовое шлифование цилиндрической поверхности, торцов и галтелей четырех шатунных шеек осуществляется на автомати¬ ческой линии, состоящей из одношпиндельных шлифовальных ав¬ томатов (установка заготовки производится по коренным шейкам I и V, а осевая фиксация — по каждой шлифуемой шейке). 12. Дефектоскопический контроль валов (100 %) и их по¬ следующее размагничивание. 13. Динамическая балансировка валов на автоматической линии. 14. Доводка торцов и образование галтелей на I—V коренных шейках выполняются на специальном токарном многорезцовом станке. Зачищаются заусенцы каналов, места под пробки, зап¬ лечики шатунных шеек, отверстия после балансировки и др. 15. Полирование поверхности пяти коренных и четырех ша¬ тунных шеек и поверхности под сальник осуществляется на ав¬ томатическом ленточно-полировальном станке. 16. Мойка валов в машине конвейерного типа. 17. Запрессовка заглушек масляных каналов с последующим раскерниванием, запрессовка шпонки и подшипника, установка ведущей звездочки привода распределительного вала. 6.3. Изготовление зубчатых колес Требования к зубчатым колесам. Зубчатые колеса являются наиболее массовыми деталями автомобилей. С повышением тре¬ бований к надежности автомобилей возрастают и требования к точности и качеству зубчатых колес, поэтому их изготовляют с высокой степенью точности и низкими параметрами шероховато¬ сти профиля зубьев. В зубчатых передачах автомобилей применяются в основном цилиндрические зубчатые колеса, обладающие высоким КПД и надежностью в эксплуатации. Для цилиндрических зубчатых ко¬ лес стандартом установлены 12 степеней точности. В автомобиль¬ ной промышленности чаще всего применяются зубчатые колеса 7-й и 8-й степеней точности. Высокие требования к точности устанавливаются также при обработке центральных посадочных отверстий зубчатых колес и других базовых поверхностей. 125
Материалы для изготовления зубчатых колес выбирают в за¬ висимости от их назначения, условий эксплуатации и передавае¬ мых нагрузок. Чаще всего используют углеродистые стали (40,45,50), хромистые (20Х, 40Х, 50Х), высоколегированные хромоникелевые стали (12ХНЗА, 12Х2Н4А, 20ХН, 40ХН, 20ХН4А), хромомарганцево-титанистые стали (18ХГТ, ЗОХГТ), хромомолибденовые (20ХМ), хромомолибденоалюминиевые (38ХМЮА), хромомарганцево-никелевые с титаном и бором (20ХНТР) и др. В связи с небольшим содержанием углерода по¬ верхностный слой зубчатых колес, изготовленных из легирован¬ ных сталей, подвергается цементации или нитроцементации, а из среднеуглеродистых — азотированию. Материалы для изготовления зубчатых колес должны обла¬ дать хорошей обрабатываемостью, незначительными деформаци¬ ями при термообработке, низкой стоимостью (стоимость матери¬ ала составляет 50—55 % общей стоимости зубчатого колеса). Твердость рабочих поверхностей зубьев, цементованных на глубину 1,1—2,0 мм, должна быть не ниже 50—63 HRC. Твер¬ дость остальных поверхностей 180—270 НВ. Качество зубчатых колес оценивается также по контактной прочности зубьев и параметрам бесшумной работы. Уровень шума автомобильных зубчатых передач средних размеров при ок¬ ружной скорости вращения 10—12 м/с не должен превышать 80—85 дБ. Для получения заготовок цилиндрических зубчатых колес наиболее распространенными методами являются горячая объем¬ ная штамповка, штамповка на горизонтально-ковочных машинах, спекание из порошковых материалов. Прогрессивным способом по¬ лучения зубчатых венцов является обработка методом пластичес¬ кого деформирования металла (так называемая накатка зубьев). Этот процесс ведут на специальных станках с применением нагре¬ ва заготовки ТВЧ до температуры 1100—1150 °С. Получение за¬ готовок с формообразованием зубьев снижает расход металла, уменьшает трудоемкость механической обработки и повышает эк¬ сплуатационные свойства зубчатых колес (прочность зубьев по¬ вышается на 15—35 %). Технологический процесс получения заготовок должен обеспе¬ чивать мелкозернистую структуру и правильное расположение во¬ локон металла. Форма и размеры заготовки должны максималь¬ но приближаться к форме и размерам готовой детали, что во мно¬ гом определяет структуру и трудоемкость технологического про¬ цесса обработки резанием. 126
Типовая схема технологического процесса изготовления зуб¬ чатых колес. Технологический процесс изготовления зубчатых колес зависит от ряда факторов, основными из которых являют¬ ся: конструктивная форма и назначение зубчатого колеса; форма зуба и расположение зубчатого венца, предопределяющие выбор метода обработки зубьев; материал колеса, влияющий на способ получения заготовки и вид термической обработки; точность вы¬ полнения отдельных элементов зубчатого колеса. Типовой технологический процесс изготовления цилиндричес¬ ких зубчатых колес состоит из следующих операций. 1. Черновая и чистовая токарная обработка торца и отвер¬ стия и черновая обработка наружной цилиндрической поверхно¬ сти. Установочными черновыми базами при этом являются торец и наружная цилиндрическая поверхность заготовки. Постоянными технологическими базами для последующих операций являются обработанные на первой операции торец и поверхность отверстия. 2. Черновая и чистовая токарная обработка детали по наруж¬ ному контуру на одношпиндельном многорезцовом полуавтомате. 3. Сверление и развертывание мелких отверстий, фрезерование небольших поверхностей, протягивание шпоночных пазов и др. 4. Черновое нарезание зубьев при базировании заготовки по отверстию и торцу. 5. Дополнительные операции, связанные с нарезанием зубьев (закругление зубьев, сверление смазочных отверстий, зачистка острых кромок и др.). 6. Чистовая обработка зубьев колес (шевингование зубьев) при базировании по отверстию и торцу. 7. Термообработка зубьев. 8. Чистовая обработка центрального отверстия и торцовых поверхностей. 9. Чистовая отделка зубьев зубчатых колес. В крупносерийном и массовом производстве обработка зубча¬ тых колес выполняется на автоматических линиях с автомати¬ ческой загрузкой заготовок, позволяющих быстро переналажи¬ вать их на обработку однотипных деталей. Методы нарезания зубьев цилиндрических колес. Наиболее трудоемкой операцией при изготовлении зубчатых колес являет¬ ся зубонарезание, которое осуществляется двумя методами: ме¬ тодом копирования и методом обкатки. Зубонарезание по методу копирования может осуществлять¬ ся дисковыми модульными фрезами, долблением фасонными 127
резцами, протягиванием фрезопротяжками и кругодиагональны¬ ми протяжками. Зубонарезание по методу обкатки выполняется червячными фрезами и долблением круглыми долбяками. Нарезание зубьев дисковыми модульными фрезами осуществ¬ ляется последовательным образованием впадин между зубьями модульными дисковыми фрезами. Режущие кромки фрезы изго¬ тавливают по форме впадины между зубьями колеса. После на¬ резания одной впадины заготовка с помощью делительного ме¬ ханизма поворачивается на один зуб, и фреза нарезает следую¬ щую впадину (рис. 6.11). Рис. 6.11. Нарезание зубьев модульными дисковыми фрезами: а — профиль зуба фрезы и впадины зубчатого колеса; б — схема нарезания прямозубых колес; в — схема нарезания косозубых колес Дисковые модульные фрезы изготовляют для определенных интервалов чисел зубьев и для каждого модуля (наборы диско¬ вых фрез из 3, 8, 15 и 26 шт.). Метод копирования имеет низкую производительность и не¬ высокую точность, поэтому его применяют в единичном и мелко¬ серийном производстве при изготовлении неответственных зубча¬ тых передач или для предварительного нарезания зубьев при мас¬ совом производстве на многошпиндельных фрезерных станках. Долбление многорезцовой головкой — более производитель¬ ный способ зубонарезания методом копирования (рис. 6.12). Многорезцовая головка представляет собой корпус 3 в виде диска с радиально расположенными пазами, в которых устанав¬ ливаются резцы 2. Профиль резцов соответствует профилю впа¬ дины обрабатываемого зубчатого колеса, а число резцов равно числу впадин. В процессе обработки зубчатое колесо 1, закреп¬ 128
Рис. 6.12. Многорезцовая зубодолбежная головка ленное в приспособлении на шпинделе станка, совершает воз- вратно-поступательное движение относительно многорезцовой го¬ ловки. За каждый двойной ход заготовки резцы перемещаются в радиальном направлении к оси обрабатываемого колеса конусным кольцом 4, осуществляя движение подачи. После обработки впадин между зубьями на полную глубину процесс заканчивается и резцы отводятся в исходное положение. Благодаря одновременной работе большого числа резцов достига¬ ется высокая производительность. Скорость резания составляет 8—12 м/мин, подача резцов за один двойной ход колеса 0,8— 1,2 мм/дв.ход (в начале работы), 0,04 мм/дв.ход (в конце обра¬ ботки). Однако точность нарезания зубьев колес многорезцовыми го¬ ловками невысокая (9-й, 10-й квалитеты). Кроме этого, конст¬ рукция головок сложна и требует высокой точности изготовле¬ ния всех деталей, что вызывает ограниченное применение данно¬ го способа даже в массовом производстве. Нарезание зубьев кругодиагональным протягиванием являет¬ ся наиболее производительным способом нарезания прямозубых цилиндрических колес. Кругодиагональная протяжка представля¬ ет собой круглый диск 1 (рис. 6.13, а), в пазу которого размещен ползун 2. На диске 1 укреплены черновые режущие сегменты, а на ползуне — чистовые. Во время работы протяжка вращается вокруг своей оси, а ползун дополнительно совершает поступатель¬ ное прямолинейное движение в направлении его продольной оси, 5-135 129
проходящей через ось вращения протяжки, что обеспечивает одинаковую толщину зуба по всей его длине (рис. 6.13, б). За один оборот полностью обрабатывается одна впадина между смежными зубьями колеса 3. В процессе нарезания впадин зубь¬ ев колеса оси протяжки и заготовки неподвижны. Рис. 6.13. Кругодиагональное протягивание зубчатых колес При прохождении мимо заготовки свободного от резцов секто¬ ра протяжки обрабатываемое колесо поворачивается делительной головкой на один зуб и начинается новый цикл без прекращения вращения протяжки. Скорость резания при нарезании зубьев стальных колес средних модулей составляет 25—35 м/мин. Пода¬ ча при черновой обработке зубьев составляет 0,06—0,20 мм/зуб, а при чистовой — 0,03—0,06 мм/зуб. Последний или предпос¬ ледний зуб инструмента для чистовой обработки является калибру¬ ющим, что обеспечивает высокую точность зубчатых колес (7-я, 6-я степени точности). Шероховатость поверхности соответ¬ ствует 5-му, 6-му классам (#2 = 40—10 мкм). Производитель¬ ность процесса кругодиагонального протягивания в 2—3 раза выше, чем при нарезании зубьев червячными фрезами (время об¬ работки одной впадины составляет 2—4 с). Нарезание зубьев фрезопротяжкой осуществляется с помо¬ щью диска 1 (рис. 6.14), на периферии которого расположено не¬ сколько секций режущих блоков 2 для черновой и чистовой об¬ работки. Процесс нарезания зубьев фрезопротяжкой совмещает круговое протягивание и фрезерование. Каждая секция режуще- а б 130
го инструмента выполняет определенную функцию при обработ¬ ке боковых поверхностей зубьев нарезаемого зубчатого колеса 3. п. БП С Рис. 6.14. Фрезопротягивание цилиндрических зубчатых колес В процессе резания сектором С1 фрезопротяжка вращается с равномерной угловой скоростью, а нарезаемое колесо находится в неподвижном положении. За это время прорезается впадина между зубьями на полную глубину. Затем в момент резания сек¬ тором С2 нарезаемое колесо перемещается навстречу фрезопро- тяжке в крайнее левое положение (направление П{). В этом по¬ ложении при неподвижном обрабатываемом зубчатом колесе осу¬ ществляется радиальное врезание чистового сектора СЗ. Наконец, чистовое фрезерование впадины сектором С4 осуществляется при перемещении обрабатываемого колеса в крайнее правое положе¬ ние (направление П2). В момент прохождения свободного от рез¬ цовых блоков сектора С5 происходит перемещение зубчатого ко¬ леса в исходное положение (направление БП) и поворот его на один зуб. При этом зубчатое колесо автоматически отводится от инструмента. Точность обработки и шероховатость поверхности при наре¬ зании зубьев фрезо- и кругодиагональными протяжками одина¬ ковы, однако производительность кругодиагонального протягива¬ ния на 20—25 % выше. Нарезание зубьев червячными фрезами выполняется по методу обкатки, основанному на воспроизведении зацепления зубчатой 131
пары, одной из деталей которой является режущий инструмент, а другой — нарезаемое зубчатое колесо. Способ применяется для изготовления прямозубых, косозубых и червячных зубчатых ко¬ лес. Метод обкатки обеспечивает высокую точность и производи¬ тельность вследствие непрерывности процесса резания. В зависимости от взаимного расположения фрезы и заготов¬ ки и направления подачи наибольшее распространение получили следующие способы зубофрезерования (рис. 6.15). Зубофрезерование с осевой подачей (рис. 6.15, а) осуществля¬ ется с предварительной установкой фрезы на полную высоту зуба и движением ее параллельно оси обрабатываемой заготовки. Этот способ зубонарезания является универсальным, но имеет суще¬ ственный недостаток: инструмент перемещается на большую дли¬ ну до получения полной высоты зуба. При изготовлении зубчатых колес с модулем зубьев до 5 мм применяют зубофрезерование с переменно-осевой подачей, когда величина подачи возрастает только при входе и выходе фрезы из зоны резания (рис. 6.15, б). При этом увеличивается производи¬ тельность процесса на 20—35 %, особенно при изготовлении зуб¬ чатых колес с большим углом наклона линии зуба к оси зубча¬ того колеса. При зубонарезании с радиально-осевой подачей (рис. 6.15, в) в начале процесса резания происходит врезание фрезы на полную а б в г Рис. 6.15. Схемы нарезания зубьев червячной фрезой 132
глубину зуба, а затем фреза получает осевую подачу. С целью по¬ вышения стойкости инструмента и уменьшения нагрузок в про¬ цессе резания соотношение между значениями радиальной и осе¬ вой подачи должно быть 1: 2 или 1: 2,5. Производительность процесса зубофрезерования при радиально-осевой подаче на 10 — 15 % выше, чем при осевой подаче фрезы. Зубофрезерование с диагональной подачей (рис. 6.15, г) осу¬ ществляется на специальных зубофрезерных станках при подаче червячной фрезы под углом к оси обрабатываемого зубчатого ко¬ леса. При этом осевая подача происходит одновременно с пере¬ мещением червячной фрезы вдоль своей оси со скоростью 0,2 мкм за один оборот фрезы. Результирующим движением червячной фрезы является диагональ параллелограмма. При диагональном зубофрезеровании повышается стойкость режущего инструмента (вследствие более равномерного изнашивания зубьев фрезы) и ка¬ чество обработанной поверхности. Способ наиболее эффективен при обработке колес с широким зубчатым венцом и при повы¬ шенной твердости материала заготовки, при этом следует приме¬ нять более длинные червячные фрезы (160—180 мм). Двухпроходное фрезерование зубчатых колес выполняется в автоматическом режиме за один установ заготовки (рис. 6.16). Первый (черновой) и второй (чистовой) ходы червячной фрезой осуществляются последовательно один за другим. Первый ход обычно выполняется при попутной подаче, а второй — при встречной подаче, причем при чистовом ходе глубина резания со¬ ставляет 0,5—1,0 мм. Режимы резания при переходе от черно¬ вого к чистовому ходу изменяются автоматически. На первом Рис. 6.16. Схема двухпроходного зубофрезерования: 1—2 — ускоренный подвод фрезы; 2—3 — медленная подача фрезы; 3—4 — рабочая подача первого хода; 4—6 — ускоренный отвод и подвод фрезы; 7—8 — рабочая подача второго хода; 8—1 — ускоренный отвод фрезы 133
ходе значения скорости резания и подачи обусловлены стойкос¬ тью режущего инструмента и жесткостью технологической систе¬ мы СПИД. При чистовом ходе, сопровождающемся небольшой глубиной резания, скорость резания и подача инструмента уве¬ личиваются по сравнению с первым ходом. Двухпроходное зубофрезерование рекомендуется применять при изготовлении зубчатых колес с модулем свыше 5 мм и малом чис¬ ле зубьев. Способ высокопроизводителен, легко автоматизируется и обеспечивает более высокую точность и стабильность парамет¬ ров зубьев (7-й, 8-й квалитеты точности и Rz = 20—10 мкм). Широкое распространение получили зубофрезерные станки с ЧПУ. Программное обеспечение станка дает возможность регули¬ ровать подачу инструмента при рабочих и вспомогательных хо¬ дах, что сокращает время обработки. Нарезание зубьев цилиндрических колес зубодолблением ос¬ новано на воспроизведении зацепления пары зубчатых колес, од¬ ним колесом которой является обрабатываемая заготовка, а дру¬ гим — режущий инструмент (круглый долбяк) (рис. 6.17). Дол- бяк 1 в процессе резания совершает возвратно-поступательное прямолинейное (для прямозубых колес) или винтовое движение (для косозубых зубчатых колес) от специального копира. Кроме того, долбяк совершает вращательное движение вокруг своей оси, как и обрабатываемое зубчатое колесо 2. Рис. 6.17. Схема зубодолбления круглым долбяком Для обработки колеса на полную глубину долбяку сообщает¬ ся радиальная подача. После каждого рабочего хода заготовка отводится от долбяка для уменьшения затупления его режущих кромок. Нарезание зубьев круглым долбяком осуществляется на внутренних венцах, блочных зубчатых колесах с близко распо¬ ложенными зубчатыми венцами, валах-шестернях с фланцами. 134
В этом случае применение червячных фрез невозможно ввиду от¬ сутствия пространства для выхода фрезы. Для выхода долбяка из рабочей зоны в процессе обработки необходима канавка ши¬ риной не менее 2 мм. Дальнейшим развитием метода долбления зубьев явилось применение станков с планетарным долблением нескольких зуб¬ чатых колес одним долбяком одновременно. Способы отделки зубьев цилиндрических колес. Наиболее рас¬ пространенными способами чистовой обработки зубчатых колес с твердостью до 35 HRC (термически необработанных) являются ше¬ вингование и холодная прикатка. Чистовая обработка закален¬ ных зубчатых колес с твердостью рабочих поверхностей более 50 HRC осуществляется зубошлифованием и зубохонингованием. Шевингование — наиболее распространенный и эффективный способ чистовой обработки зубьев. В процессе шевингования ин¬ струмент (дисковый шевер) и обрабатываемое зубчатое колесо на¬ ходятся в зацеплении без зазора, представляющем собой винто¬ вую передачу со скрещенными осями (рис. 6.18). Шевер представляет собой зубчатое колесо, на поверхности зу¬ бьев которого имеются канавки глубиной 0,6—1,0 мм и шириной 0,25 мм. Вследствие скрещивания осей под углом 5—15° при вра¬ щении инструмента и обрабатываемого зубчатого колеса в зацепле¬ нии их поверхности скользят одна по другой, при этом острые кром¬ ки зубьев шевера срезают с поверх¬ ности зубчатого колеса тонкую стружку толщиной 1—5 мкм. В зависимости от ширины об¬ рабатываемого зубчатого венца применяют различные способы шевингования: продольное, диа¬ гональное, врезное, касательное (тангенциальное) (рис. 6.19). Шевингование с продольной подачей обрабатываемого колеса 1 (рис. 6.19, а) осуществляется при возвратно-поступательном движе¬ нии колеса вдоль своей оси и Рис. 6.18. Шевингование зубьев с Радиальной подачей на шевер дисковым шевером: в конде каждого рабочего хода 1 — шевер; 2 — обрабатываемое (на 0,025 0,040 мм за ОДИН зубчатое колесо двойной ход). После окончания 135
Рис. 6.19. Схемы шевингования зубчатых колес с различной подачей рабочего хода шевер 2 получает вращение в обратную сторону для обработки другой стороны зуба. Длина возвратно-поступа- тельного перемещения зубчатого колеса равна ширине зубчатого венца плюс один модуль. В конце обработки несколько рабочих ходов совершается без радиальной подачи колеса. Шевингование с диагональной подачей (рис. 6.19, б) осуще¬ ствляется под углом относительно оси обрабатываемого зубчато¬ го колеса (е = 20—60°), что позволяет сократить длину рабочего хода и время обработки, повысить стойкость'инструмента (на 50—80 %) и производительность процесса (на 50 %). При каса¬ тельном шевинговании (рис. 6.19, в) подача осуществляется пер¬ пендикулярно к оси обрабатываемого зубчатого колеса. Шевин¬ гование с касательной подачей применяется для обработки зак¬ рытых или узких зубчатых венцов. Поэтому ширина шевера В должна быть больше ширины зубчатого венца b обрабатываемо¬ го колеса. Режущие канавки на поверхности зубьев шевера рас¬ полагаются по винтовой линии, что позволяет обрабатывать зуб¬ чатые колеса без продольной подачи. Шевингование с врезной подачей осуществляется при радиаль¬ ном перемещении инструмента относительно зубчатого колеса 136
(рис. 6.19, г). Для более полного охвата поверхности зубьев обра¬ батываемого колеса применяют шеверы с винтовым расположени¬ ем режущих кромок. При этом рабочая часть шевера должна быть больше ширины зубчатого венца обрабатываемого колеса. Продольное шевингование применяют при обработке зубчатых колес с шириной зубчатого венца более 50 мм; диагональное — для зубчатых венцов со средней шириной (не более 50 мм); врез¬ ное или касательное шевингование — для колес с узким зубча¬ тым венцом (до 30 мм). Обработка зубьев шевингованием повышает точность обработ¬ ки и качество поверхности (шероховатость Ra снижается с 2,50 до 1,25 мкм). Припуск на обработку зависит от модуля зубьев колеса и составляет 0,03—0,06 мм; средняя окружная скорость шевера — 120 м/мин; продольная подача — 0,15—0,3 мм/об; радиальная подача — 0,02—0,06 мм/ход; число рабочих ходов в зависимости от припуска — от 6 до 10. Холодная прикатка зубьев колес осуществляется без снятия стружки для окончательной обработки боковых поверхностей зу¬ бьев незакаленных зубчатых колес вместо шевингования. Инст¬ румент для холодной прикатки представляет собой цилиндричес¬ кое зубчатое колесо 4-й, 5-й степеней точности, изготовленное из сталей Р18, Р6М5, Х12Ф1 с твердостью 59—61 HRC. В услови¬ ях крупносерийного и массового производства наиболее широко применяется прикатка двумя зубчатыми колесами, расположен¬ ными горизонтально или вертикально. Оси зубчатого колеса и инструмента параллельны, расстояние между ними в процессе об¬ работки постепенно уменьшается, и при достижении беззазорно¬ го зацепления начинается процесс прикатки с определенным уси¬ лием. Припуск под прикатку составляет 0,02—0,04 мм, что в 1,5—2 раза меньше, чем при шевинговании. Производительность прикатки выше шевингования (в 4—5 раз), уровень шума при работе зубчатых колес уменьшается на 2—3 дБ, а шероховатость прверхности зубьев достигает #а = 0,16 мкм. Обработанные прикаткой зубчатые колеса имеют более высокую твердость и износостойкость рабочих поверхностей. Основное вре¬ мя прикатки зубчатых колес с модулем 2,5 мм и числом зубьев до 35 составляет 4—8 с. Шлифование зубьев обеспечивает высокую точность обработ¬ ки закаленных зубчатых колес, так как позволяет устранить не толькО неточности зубонарезания, но и неизбежные деформа¬ ции при термообработке. Существуют два метода шлифова¬ ния зубьев: метод обката и метод профильного шлифования 137
(копирования). Шлифование зу¬ бьев методом обката выполняет¬ ся червячным шлифовальным кругом (рис. 6.20). Зубчатое колесо в процессе шлифования совершает враща¬ тельное и возвратно-поступа- тельное движения вдоль своей оси. Шлифование зубьев проис¬ ходит за несколько ходов и ха¬ рактеризуется высокой произво¬ дительностью за счет непрерыв¬ ности процесса и одновременной обработки сразу двух боковых поверхностей зуба. Точность об¬ работки соответствует 6-му квалитету, а параметр шерохова¬ тости Ra = 0,63 мкм. Абразив¬ ный круг правят после обработ¬ ки около 70 зубчатых колес, а полное его изнашивание наступает после обработки 10—15 тыс. деталей. Шлифование зубьев методом обката с периодическим делени¬ ем (рис. 6.21) выполняется с помощью шлифовального круга, имеющего форму усеченного конуса (рис. 6.21, а), или двух та¬ рельчатых шлифовальных кругов (рис. 6.21, б). Рис. 6.20. Обработка зубьев цилиндрических колес шлифо¬ ванием червячным кругом: 1 — шлифовальный круг; 2 — зубчатое колесо; 3 — оправка а а 138 Рис. 6.21. Шлифование зубьев методом обката
При шлифовании зубьев двусторонним коническим шлифо¬ вальным кругом 1 профиль зуба обрабатываемого колеса 2 обка¬ тывается по прямобочному профилю шлифовального круга и од¬ новременно имеет продольную подачу вдоль своей оси. Полная обработка обычно осуществляется за два оборота колеса и при¬ меняется преимущественно при изготовлении зубчатых колес с модулем 4—5 мм. При шлифовании зубьев двумя тарельчатыми кругами каждый круг обрабатывает одну сторону зуба колеса, ко¬ торое совершает обкаточное движение по воображаемой рейке и возвратно-поступательное движение вдоль своей оси. После обра¬ ботки одной впадины осуществляется автоматический поворот зубчатого колеса для обработки следующей впадины (припуск на шлифование составляет 0,05—0,06 мм). На современных автомобильных заводах применяются шлифо¬ вальные полуавтоматы особо высокой точности с ЧПУ, позволяю¬ щие осуществлять при многостаночном обслуживании финишную обработку зубьев двумя тарельчатыми кругами с точностью 4-й, 5-й степеней и параметром шероховатости Ra = 0,16 мкм. Финишная обработка зубьев методом профильного шлифова¬ ния (копирования) заключается в обработке боковой поверхнос¬ ти зуба фасонным кругом с эвольвентным профилем при его про¬ дольной подаче вдоль зуба (рис. 6.22). Зубчатое колесо, установленное на оправке, после каждого двойного хода шлифовального круга автоматически поворачива¬ ется на один зуб, и цикл повторяется (припуск на сторону со¬ ставляет 0,10—0,12 мм). Шлифование впадин выполняется за 3—4 двойных хода. Для получЬния нужного профиля зуба шли¬ фовальный круг периодически правят с помощью специальных устройств (пантографов и копиров). Рис. 6.22. Шлифование зубьев методом копирования: а ■— схема шлифования; б — профиль шлифовального круга; 1 — фасонный шлифовальный круг; 2 — обрабатываемое зубчатое колесо а 1 139
Профильное шлифование зубьев по сравнению с методом об¬ ката обеспечивает большую производительность, но меньшую точность вследствие неравномерного изнашивания шлифовально¬ го круга. Точность обработки соответствует 5-му, 6-му квалите- там, а шероховатость поверхности Ra = 1,25—0,63 мкм. Время на обработку одного зуба среднего модуля составляет 6—12 с. Хонингование зубьев применяется для финишной обработки закаленных прямозубых и косозубых зубчатых колес. Процесс хонингования кинематически подобен шевингованию. Обрабаты¬ ваемое зубчатое колесо, находясь в плотном зацеплении с абра¬ зивным зубчатым хоном, вращается и совершает возвратно-по¬ ступательное перемещение при угле скрещивания осей 10—15°. Направление вращения зубчатого хона изменяется при каждом ходе стола. При хонинговании с обрабатываемых поверхностей зубьев удаляется слой металла 0,01—0,03 мм (хотя специальный припуск на хонингование не предусматривается), а шерохова¬ тость уменьшается до Ra = 1,25—0,32 мкм. Зубчатый абразивный хон изготовляют с таким же модулем, что и обрабатываемое зубчатое колесо, но большего диаметра (220—250 мм при ширине зубчатого венца 25 мм). Число зубьев хона не должно быть кратно числу зубьев обрабатываемого колеса. Хонингование зубьев осуществляется хонами из карбида кремния и основы из эпоксидных смол, а также изготовленными из стали с гальваническим покрытием зубьев алмазными или другими абразивными порошками. Хонингование закаленных зубчатых колес после обработки их шевингованием снижает нагруженность зубьев на 15—20 % и уровень шума на 2—4 дБ. Долговечность зубчатых колес при этом повышается примерно в 1,5 раза. Закругление торцов зубьев осуществляется для облегчения за¬ цепления и повышения долговечности переключаемых зубчатых колес. Торцам зубьев придается сфероидальная или остроугольная форма. Закругление торцов зубьев может выполняться пальцевой, чашечной торцовой и дисковой фасонной фрезами (рис. 6.23). При закруглении торцов пальцевой фрезой (рис 6.23, а) зуб¬ чатое колесо 1 и инструмент 2 имеют вращательное движение. Кроме того, инструмент еще перемещается вдоль зуба вверх и вниз по специальному копиру, профиль которого соответствует форме закругления. Торцы зубьев с модулем до 3 мм закругля¬ ются за один ход, а зубья с модулем более 3 мм — за два и бо¬ лее ходов. Скорость вращения фрезы — 780—1500 мин-1, время обработки одного торца зуба — 1—3 с. 140
Рис. 6.23. Способы закругления и снятия фасок на торцах зубьев различными фрезами При закруглении торцов зубьев фасонными чашечными двух- и трехзубыми фрезами (рис. 6.23, б) зубчатое колесо 1 неподвиж¬ но, а фреза 2, установленная под. углом к обрабатываемому ко¬ лесу, совершает вращательное движение и возвратно-поступа¬ тельное перемещение вдоль своей оси. После обработки каждого зуба зубчатое колесо автоматически поворачивается на один зуб. Время обработки одного колеса с модулем 3 мм и числом зубьев 18 за два хода составляет 14 с. На практике чаще всего снятие фасок и заусенцев с острых кромок торцов зубьев осуществляется двумя одновитковыми дис¬ ковыми фасонными фрезами (рис. 6.23, в). Фрезы имеют различ¬ ные углы профиля зуба, направление винтовой линии и осевые шаги. На предприятиях автомобильной промышленности для обра¬ ботки одновенцовых и блочных цилиндрических колес применя¬ ются специальные зубофасочные автоматы, используемые в авто¬ матических линиях. Закругление торцов зубьев и снятие фасок с них выполняются до отделки зубьев. Время обработки на станке с автоматическим циклом работы сокращается до 10—20 с.
Основы проектирования технологических процессов изготовления деталей автомобилей 7.1. Разработка технологических процессов обработки деталей Исходные данные и последовательность разработки. Принято различать три вида технологических процессов (ТП): единичный, типовой и групповой. Каждый ТП разрабатывается при подготовке производства изделий после отработки конструкции на технологич¬ ность (ГОСТ 14.201—83). Технологический процесс разрабатывает¬ ся для изготовления нового изделия или совершенствования выпус¬ каемого (в соответствии с достижениями науки и техники). Основой для нового ТП обычно служит имеющийся типовой или групповой технологический процесс. Если таковые отсут¬ ствуют, то за основу берут действующие единичные технологи¬ ческие процессы изготовления аналогичных изделий. Работа по разработке технологических процессов начинается с анализа исходных данных для разработки ТП (первый этап). Необ¬ ходимо по имеющимся сведениям о программе выпуска и конструк¬ торской документации на изделие ознакомиться с его назначением и конструкцией, требованиями к изготовлению и эксплуатации. Затем последовательно выбирают действующий типовой, групповой ТП или аналог единичного процесса. Формируют тех¬ нологический код изделия по технологическому классификатору, обрабатываемое изделие относится к соответствующей классифи¬ кационной группе на основе кода и к действующему единичному или типовому процессу. По классификатору заготовок, методике расчета и технико¬ экономической оценки выбора заготовок, стандартам и техничес¬ ким условиям на заготовку и основной материал выбирают ис¬ ходную заготовку и методы ее изготовления, дается технико-эко¬ номическое обоснование выбора заготовки. 142
Выбирают технологические базы, оценивают точность и надеж¬ ность базирования (используют классификаторы способов базиро¬ вания и существующую методику выбора технологических баз). По документации типового, группового или единичного ТП составляют маршрут обработки, определяют последовательность технологических операций и состав технологического оснащения. В основу построения маршрута обработки (плана операций) должны быть положены следующие принципы: ♦ в первую очередь необходимо назначать те операции, при вы¬ полнении которых в наименьшей степени уменьшается жесткость детали, а также те поверхности, при обработке которых легче выяв¬ ляются дефекты заготовки и в наибольшей степени перераспределя¬ ются внутренние напряжения, в связи с чем уменьшается возмож¬ ность деформации детали в последующих операциях; ♦ операции, при выполнении которых можно ожидать повышен¬ ного брака, следует выполнять в начале технологического процесса; ♦ в разрабатываемом технологическом процессе обработки де¬ тали необходимо предусмотреть раздельное выполнение черно¬ вых, чистовых и отделочных операций, в противном случае это может привести к снижению точности обработки; ♦ точно скоординированные соосные отверстия необходимо обрабатывать с одной установки; ♦ план операций механической обработки должен быть свя¬ зан с термообработкой, так как последняя влияет не только на маршрут движения детали, но и на обрабатываемость металла и качество обработанных поверхностей; ♦ отделочные операции обработки поверхностей следует вы¬ полнять в конце технологического процесса. Важный этап — разработка технологических операций и рас¬ чет режимов обработки. На основании документации типовых, групповых или единичных технологических процессов и класси¬ фикатора технологических операций составляют последователь¬ ность переходов в каждой операции, выбирают средства техноло¬ гического оснащения (СТО), в том числе средства контроля и ис¬ пытаний (используют стандарты, каталоги, альбомы). . На этом же этапе выбирают средства механизации и автома¬ тизации процесса и внутрицеховые средства транспортирования. Назначают и рассчитывают режимы обработки на основании тех¬ нологических нормативов. Необходимо осуществить нормирование ТП: установить исходные данные для расчета норм времени и расхода материалов, рассчитать затраты труда и расход материалов, определить разряд работ и 143
профессии исполнителей операций (используют нормативы времени и расхода материалов, классификаторы разрядов работ и профессий). По методике расчета экономической эффективности процессов (просчитывается несколько вариантов) выбирают оптимальный ТП. На заключительном этапе на основании стандартов ЕСТД технологический процесс оформляется документально, осуществ¬ ляется нормоконтроль технической документации. Выбор технологического оборудования. Этот этап начинают с анализа формирования типовых поверхностей деталей для оп¬ ределения наиболее эффективных методов их обработки, учиты¬ вая при этом назначение и параметры изделия. Результаты ана¬ лиза представляют в виде отношений затрат основного и штуч¬ ного времени и приведенных затрат на выполнение работ различ¬ ными методами. Лучшим вариантом считается тот, значения по¬ казателей которого минимальные. Выбор оборудования осуществляют по-главному параметру, в наибольшей степени выявляющему его функциональное значение и технические возможности. Физическая величина, характеризу¬ ющая главный параметр, устанавливает взаимосвязь оборудова¬ ния с размером изготовляемого изделия. При выборе оборудования учитывают также минимальный объем приведенных затрат на выполнение технологического процесса при максимальном сокращении периода окупаемости зат¬ рат на механизацию и автоматизацию. Годовая потребность в обо¬ рудовании определяется по годовому объему работ, устанавливаемо¬ му статистическим анализом затрат средств и времени на изготов¬ ление изделий. Годовые приведенные расходы на использование оборудования определяются размерами затрат на его эксплуатацию. Производительность оборудования определяют на основании анализа времени изготовления изделия заданного качества. Выбор технологической оснастки и средств контроля. При выборе технологической оснастки и средств контроля предусмат¬ ривается проведение следующего комплекса работ: ♦ анализ конструктивных характеристик изготавливаемого изделия (габаритные размеры, материалы, точность, геометрия и шероховатость поверхностей и т. д.), организационных и техно¬ логических условий изготовления изделия (схема базирования и фиксации,t вид технологической операции, организационная фор¬ ма процесса изготовления и т. д.); ♦ группирование технологических операций для определения наиболее приемлемой системы технологической оснастки и повы¬ шения коэффициента ее использования; 144
♦ определение исходных требований к технологической оснастке; ♦ отбор номенклатуры оснастки, соответствующей установ¬ ленным требованиям; ♦ определение исходных расчетных данных для проектирова¬ ния и изготовления новых конструкций оснастки; ♦ выдача технического задания на разработку и изготовление технологической оснастки. Конструкцию оснастки определяют на основе стандартов и типовых решений для данного вида технологических операций с учетом габаритных размеров изделий, вида и материала загото¬ вок, точности параметров и конструктивных характеристик об¬ рабатываемых поверхностей, влияющих на конструкцию оснаст¬ ки, технологических схем базирования и фиксации заготовок, характеристик оборудования и объемов производства. При разработке процессов контроля выявляют характеристи¬ ки объекта контроля; показатели процесса контроля, определя¬ ющие выбор средств; уточняют методы и схемы измерений, для чего требуется конструкторская документация на изделие, техно¬ логическая документация на его изготовление и контроль, мето¬ дика расчета показателей контроля. Состав средств контроля должен обеспечивать заданные пока¬ затели с учетом метрологических и эксплуатационных характе¬ ристик (используются государственные, отраслевые стандарты и стандарты предприятий на средства контроля, классификаторы и каталоги средств контроля). Произведенный выбор средств конт¬ роля обосновывается экономически; выдаются исходные данные и технические задания для проектирования недостающих средств. Затем составляют ведомости отобранных средств. По ре¬ зультатам выбора средств контроля оформляют технологическую документацию согласно требованиям стандартов . Формы организации технологических процессов. Форма орга¬ низации технологических процессов изготовления изделия зави¬ сит от установленного порядка выполнения операций, располо¬ жения технологического оборудования, числа изделий и направ¬ ления их движения в процессе изготовления. Существуют две формы организации ТП — групповая и по¬ точная. Групповая форма организации ТП характеризуется однород¬ ностью конструктивно-технологических признаков заготовок, единством средств технологического оснащения одной или не¬ скольких технологических операций и специализацией рабочих мест. Группы заготовок для обработки в определенном структурном 145
подразделении (цехе, участке и т. д.) должны устанавливаться с учетом трудоемкости обработки и объема выпуска. Окончательно номенклатуру групп заготовок, подлежащих обработке на конк¬ ретном участке (цехе), следует устанавливать после расчета заг¬ рузки оборудования. Поточную форму отличает специализация каждого рабочего места на определенной операции, согласованное и ритмичное вы¬ полнение всех операций технологического процесса на основе по¬ стоянства такта выпуска и размещение рабочих мест в последо¬ вательности, строго соответствующей ТП. При рассмотрении факторов, определяющих форму организа¬ ции ТП, сначала устанавливают виды изделий, затем их группи¬ руют по общности конструктивно-технологических признаков. Это позволяет в каждом случае определить тип производства из¬ делий и их составных частей. Учитывая заданную программу выпуска каждого изделия, на¬ мечают календарные сроки выполнения заданий на основе дли¬ тельности производственных процессов. Одновременно определя¬ ют необходимое оборудование, коэффициент его загрузки, а так¬ же показатель относительной трудоемкости. Организация ТП должна обеспечивать ритмичный выпуск из¬ делий при условии их прохождения по всем операциям с наи¬ меньшими перерывами, т. е. максимально приближаться к по¬ точной форме. Поточная форма организации ТП в зависимости от номенклатуры одновременно обрабатываемых заготовок может реализовываться на однономенклатурных и многономенклатур¬ ных поточных линиях. Первая поточная линия характеризуется обработкой заготовок одного наименования по закрепленному ТП в течение длительного периода времени. На многономенклатур¬ ных поточных линиях обрабатывается группа конструктивно по¬ добных деталей с однородными операциями обработки, причем каждая деталь имеет серийный выпуск. Разработка типовых и групповых технологических процес¬ сов. Типовой технологический процесс характеризу¬ ется единством содержания и последовательности большинства технологических операций для группы деталей, обладающих об¬ щими конструктивными признаками. Типовые технологические процессы разрабатывают на основе анализа множества действующих и возможных технологических процессов на типовые представители групп деталей. Типизация обеспечивает устранение многообразия технологических процессов обоснованным сведением их к ограниченному числу типов. Типиза¬ 146
ция технологических процессов основана на классификации объек¬ тов производства, она заключается в разделении их по конструк¬ тивным признакам на отдельные группы, для которых возможна разработка общих технологических процессов или операций. Начальным этапом разработки типовых технологических процессов является классификация объектов производства. Затем для каждого класса деталей разрабатывают основные маршруты изготовления, включая заготовительные процессы. Затем выби¬ рают заготовку и методы ее изготовления. Руководствуясь клас¬ сификатором способов базирования и методикой выбора техноло¬ гических баз, выбирают схему базирования, оценивают точность и надежность базирования. Составляют технологический маршрут в порядке последова¬ тельности операций, определяют группы оборудования для вы¬ полнения операций. При разработке технологических операций-выбирают их структуру, последовательность переходов в операции, подбирают оборудование и оснастку, обеспечивающие оптимальную произво¬ дительность при заданном качестве, рассчитывают загрузку обо¬ рудования, определяют оптимальные режимы резания, припуски на обработку, а также нормы времени. Устанавливают разряд ра¬ бот и профессии исполнителей операций. Оценка вариантов типовых технологических процессов для выбора оптимального осуществляется по методикам расчета точ¬ ности, производительности и экономической эффективности. Заключительным этапом разработки типовых технологичес¬ ких процессов является оформление их согласно требованиям стандартов ЕСТД. Групповой технологический процесс (ГТП) пред¬ назначен для совместного изготовления группы изделий различ¬ ной конфигурации в конкретных условиях производства на спе¬ циализированных рабочих местах. ГТП разрабатывается с целью экономически целесообразного применения методов и средств крупносерийного и массового производства в условиях единично¬ го, мелкосерийного и серийного производства. Групповой техно¬ логический процесс состоит из комплекса групповых технологи¬ ческих операций, разрабатываемых для выполнения на специа¬ лизированных рабочих местах согласно технологическому марш¬ руту изготовления определенной группы изделий. При разработке групповой технологической операции следует предусмотреть достаточную величину суммарной трудоемкости технологически однородных работ для обеспечения непрерывной 147
загрузки средств технологического оснащения без их полной пе¬ реналадки в течение экономически целесообразного периода. Ос¬ новой разработки ГТП и выбора общих средств технологическо¬ го оснащения для совместной обработки группы изделий являет¬ ся комплексное изделие. При выборе комплексного изделия следует учитывать, что его конструкция должна содержать основные элементы всех изделий группы, подлежащие обработке. Комплексное изделие может быть одним из изделий группы, реально существующим или ис¬ кусственно созданным (т. е. условным). При значительном разнообразии конструкций, затрудняющих искусственное создание комплексного изделия, его заменяют дву¬ мя или несколькими характерными деталями группы. Групповые технологические процессы и операции разрабатывают для всех типов производства только на уровне предприятия в соответ¬ ствии с требованиями стандарта. 7.2. Расчет режимов обработки и нормирование технологических операций Расчет режимов обработки. Проектирование технологической операции должно сопровождаться расчетами режимов резания и ожидаемой точности обработки с учетом жесткости системы СПИД, значений рабочих и вспомогательных ходов и др. Для одноинструментной обработки резанием принят следую¬ щий порядок назначения режимов: сначала определяют глубину резания, затем подачу и после нее скорость резания. Глубина ре¬ зания t и число ходов i определяются в зависимости от припуска на обработку Z, точности обработки и шероховатости поверхнос¬ ти. При черновой обработке рекомендуется назначать максималь¬ ную глубину резания, по возможности соответствующую среза¬ нию припуска на черновую обработку за один ход. При недоста¬ точной мощности станка или жесткости системы «станок—при¬ способление—инструмент—деталь» припуск снимается за не¬ сколько ходов. При этом число ходов Z -у (7.1) При чистовой обработке весь припуск следует снимать за один ход. Подача устанавливается по нормативам (нормативным табли¬ цам). При черновой обработке подача назначается максимально допустимой в целях сокращения времени обработки и устранения 148
вибраций, возникающих в процессе резания. При чистовой и от¬ делочной обработке подачу устанавливают в зависимости от точ¬ ности обработки и шероховатости поверхности. Скорость резания также устанавливается по нормативам в зависимости от глубины резания, подачи, материала обрабатыва¬ емой детали и режущего инструмента. Для черновых ходов по установленным режимам определяется мощность резания iVpc3, которая должна удовлетворять требованию Npe3<Nc Тт1, (7.2) где N„ — мощность электродвигателя станка, кВт; Г| — коэф¬ фициент полезного действия станка. Если выбранный режим не отвечает указанному условию, не¬ обходимо снизить скорость резания и соответственно частоту вра¬ щения детали (режущего инструмента) до значений, допускаемых мощностью станка. При работе на современных станках допуска¬ емую мощность резания проверяют в исключительных случаях (при использовании предельных сечений стружки или подач). Рассмотрим порядок назначения режимов при различных ви¬ дах механической обработки. Токарные работы. При обработке деталей на токарных стан¬ ках выполняются следующие основные работы: обтачивание на¬ ружных цилиндрических поверхностей; растачивание внутренних поверхностей; обработка торцовых поверхностей; обработка ка¬ навок, выточек, фасок; нарезание резьбы. Схема резания при об¬ работке наружных поверхностей приведена на рис. 7.1. Режимы резания при точении наружных и растачивании внут¬ ренних поверхностей рассчитывают в определенной последова¬ тельности. Рис. 7.1. Схема резания при токарной обработке наружных поверхностей 149
Рассчитывают глубину резания * = (7.3) £t где d — диаметр поверхности детали до обработки (при растачи¬ вании — после обработки), мм; d\ — диаметр поверхности дета¬ ли посйе обработки (при растачивании — до обработки), мм. Затем в зависимости от припуска на обработку Z назначают число ходов по формуле (7.1). Подача S определяется с учетом поправочных коэффициентов: S^SJC, (7.4) где ST — табличное значение подачи, мм/об; К — поправочные коэффициенты (их произведение), учитывающие конкретные ус¬ ловия обработки. Расчетное значение подачи корректируется по паспортным данным станка и принимается ближайшее значение 5ф. После определения подачи рассчитывают, скорость резания и. Ее рассчи¬ тывают с учетом поправочных коэффициентов: v = vT-K, (7.5) где vT — табличное значение скорости резания, м/мин; К — по¬ правочные коэффициенты (их произведение), учитывающие кон¬ кретные условия обработки. Частота вращения детали, соответствующая расчетной скоро¬ сти резания, ЮООу п =——. (7.6) , лd Затем расчетное значение частоты вращения корректируется по паспортным данным станка и принимается ближайшее значе¬ ние. На основании полученной фактической частоты вращения пф уточняется скорость резания (7-7) * 1000 Режимы резания для черновых ходов проверяются по мощно¬ сти станка и должны удовлетворять условию (7.2), Сверлильные работы. Основными видами сверлильных работ являются: сверление, рассверливание, зенкерование и разверты¬ вание отверстий; нарезание резьбы и зенкование фасок в отвер¬ стиях (рис. 7.2). Последовательность нормирования сверлильных работ анало¬ гична последовательности нормирования токарных работ. Глубина резания при сверлении в сплошном металле равна половине диамет¬ ра сверла. При рассверливании, зенкеровании и развертывании от- 150
Рис. 7.2. Основные схемы резания при сверлильных работах: а — сверление; б — зенкерование; в — развертывание; г — зенкование конической зенковкой верстий глубина резания t определяется, как и при растачивании отверстий, по формуле (7.3). При сверлении сквозных отверстий с целью предупреждения поломки сверл табличные значения подачи уменьшают на 20—25 % или досверливание осуществляют с руч¬ ной подачей. При нарезании резьбы подача равна шагу резьбы. Фрезерование. Основными видами фрезерных работ являют¬ ся фрезерование плоскостей цилиндрическими, торцовыми, дис¬ ковыми фрезами (рис. 7.3), а также фрезерование пазов диско¬ выми и концевыми фрезами. Режимы резания рассчитывают в такой последовательности. Глубину резания t и число ходов определяют в зависимости от точности и шероховатости поверхности. При черновом фрезеро¬ вании весь припуск на обработку рекомендуется снимать за один ход. При повышенных требованиях к точности и шероховатости поверхности обработку ведут в два хода (черновой и чистовой). Рис. 7.3. Основные схемы резания при фрезерных работах: а, б, в — обработка плоскости цилиндрической, торцовой и дисковой фрезами соответственно
Расчетное значение подачи S2 на один зуб фрезы SZ=ST.3K, (7.8) где ST 3 — табличное значение подачи, мм/зуб; К — поправоч¬ ные коэффициенты (их произведение), учитывающие конкретные условия обработки. Для чистового фрезерования нормативами предусматривается подача на один оборот фрезы. В этом случае расчетная подача на один зуб фрезы «.=§-. (7.9) где ST — табличное значение подачи, мм/об; Z — число зубьев фрезы. Скорость резания определяется по формуле (7.5), частота вращения фрезы — по формуле (7.6) и фактическая скорость ре¬ зания — по формуле (7.7). При нормировании фрезерных работ вводится понятие минутной подачи SM = S2Zn^ (7.10) где Пф — фактическая частота вращения фрезы, мин-1. Расчетная минутная подача корректируется по паспортным данным станка, и принимается ближайшее ее значение. Уточня¬ ется подача на зуб фрезы с учетом фактической минутной подачи: (7Л1) Выбранный режим резания для черновых ходов должен удов¬ летворять условию (7.2). Шлифование. Основными видами шлифовальных работ явля¬ ется круглое наружное и внутреннее шлифование (рис. 7.4), бес¬ центровое шлифование (см. рис. 5.1), плоское шлифование пери¬ ферией круга. При всех видах работ в целях обеспечения требо¬ ваний к качеству обрабатываемой поверхности чистовое шлифо¬ вание рекомендуется вести со скоростью круга более 35 м/с, для чернового шлифования — 50 м/с и выше. Режимы резания при круглом наружном шлифовании с про¬ дольной подачей (рис. 7.4, а) определяют в такой последователь¬ ности. Частоту вращения детали определяют по нормативам и уточ¬ няют по паспортным данным станка. Скорость вращения детали ndn* Уд 1000’ (7' } где d — диаметр поверхности детали до обработки, мм. 152
Продольную подачу круга <SM определяют по нормативам с учетом поправочных коэффициентов: (7.13) где ST — табличное значение продольной подачи, мм/мин; К — поправочные коэффициенты (их произведение), учитывающие конкретные условия обработки. Поперечную подачу Stx также определяют по нормативам с учетом поправочных коэффициентов: Stx=ST.nK, (7.14) где ST-n — табличное значение поперечной подачи, мм/мин. Режимы резания только с поперечной подачей (рис. 7.4, б) оп¬ ределяют в такой же последователь¬ ности: частоту вращения, скорость вращения и поперечную подачу. Режимы резания при других видах шлифования определяют аналогично последовательности назначения их при круглом наружном шлифовании. Хонингование. Обработка отвер¬ стий хонингованием является зак¬ лючительной операцией для получе¬ ния высокой точности размеров и минимальной шероховатости поверх¬ ности (рис. 7.5). Режимы резания определяют в та¬ кой последовательности. Скорость Рис. 7.5. Схема процесса хонингования 153
вращения хонинговальной головки ивр определяют по нормативам. Частоту вращения хонинговальной головки рассчитывают по фор¬ муле (7.6) и уточняют по паспортным данным станка. Удельное давление р брусков на поверхность детали и скорость возвратно-по¬ ступательного движения хонинговальной головки ивп определяют по нормативам. Значение величины ивп также уточняют по паспорт¬ ным данным станка. Частота двойных ходов хонинговальной головки 1000и (7Л5) где Lp — длина рабочего хода хонинговальной головки, мм. Рабочий ход головки Lp=lx-l»+2lB, (7.16) где 1Х — длина хонингуемого отверстия, мм; 1К — длина инстру¬ мента (брусков хонинговальной головки), мм; 1Ъ — длина выхо¬ да брусков за торцы обрабатываемой поверхности, мм (2„ = 1/3Z„). При назначении режимов резания во время многоинструмен¬ тальной обработки следует обеспечить согласованную работу ре¬ жущих инструментов, применяемых в данной технологической операции. При этом необходимо учитывать особенности оборудо¬ вания для выполнения этой операции. Для блока режущих инструментов выбирают наименьшую по¬ дачу (ограничивающую), допускаемую механизмом подачи станка или жесткостью обрабатываемой заготовки. В случае чистовой об¬ работки йодача регламентируется шероховатостью обработанной поверхности. Лимитирующими режущими инструментами являют¬ ся инструменты, обрабатывающие участки с наибольшим диамет¬ ром и наибольшей длины. Выбранную подачу по нормативам со¬ гласовывают с йаспортными данными станка. Для лимитирующих инструментов определяют коэффициент времени резания Х = -^-, (7.17} p.i где 1р — длина резания данным инструментом, мм; /р х — длина рабочего хода инструментного блока, мм. Стойкость Т каждого инструмента наладки, на которую ве¬ дется расчет скорости резания, Т = ТМ-Х, (7.18) где Тм — условно-экономическая стойкость лимитирующих режу¬ щих инструментов данной наладки , при их равномерной загруз¬ ке, мин (выбирают по нормативным данным). 154
По стойкости принятых лимитирующих режущих инструмен¬ тов с помощью нормативных данных определяют скорости реза¬ ния (наименьшая из них у лимитирующего инструмента). По этой скорости рассчитывают частоту вращения шпинделя и кор¬ ректируют ее по паспортным данным станка. Затем определяют суммарные момент и мощность резания. Их сопоставляют также с паспортными данными станка при установленной частоте вра¬ щения шпинделя и при необходимости корректируют, соответ¬ ственно изменив подачу и скорость резания. Рассчитанные режимы резания записывают в технологичес¬ кую документацию на изготовление детали. Трудоемкость технологических операций. Трудоемкость выпол¬ нения технологических операций является критерием эффективно¬ сти технологического процесса и определяется на основе техничес¬ ки обоснованных норм рабочего времени (ГОСТ 3.1109 — 82). Норма времени — регламентированное время выполнения операции в определенных производственных условиях. Норма выработки — регламентированный объем работы, ко¬ торый должен быть выполнен в единицу времени в определенных организационно-технических условиях (величина, обратная нор¬ ме времени). Имеются три метода установления норм времени: на основе изу¬ чения затрат рабочего времени наблюдением; по нормативам; срав¬ нением и расчетом по Типовым нормам. При первом методе норму времени устанавливают путем изучения затрат времени непосред¬ ственно в производственных условиях на рабочих местах. Этот ме¬ тод используют для обобщения передового опыта и для разработки нормативов. При втором методе осуществляют расчет длительности операции, используя нормативы длительности выполнения отдель¬ ных элементов работы (операции). При третьем методе нормирование операции осуществляется приближенно с использованием типовых норм. Два первых метода нормирования применяют в серийном и массовом производстве, третий — в единичном и мелкосерийном. Штучное время *шт для неавтоматизированного производства состоит из элементов: *шт= *0 + tB+tT+ *opr + *п> (7.19) где t0 — основное (технологическое) время, затрачиваемое на из¬ менение и последующее определение состояния предмета труда; *в — вспомогательное время, затрачиваемое на выполнение при¬ емов, необходимых для обеспечения изменения и последующего определения состояния предмета труда; tT — время технического обслуживания рабочего места; £орг — время организационного 155
обслуживания рабочего места, затрачиваемое исполнителем на поддержание средств технологического оснащения в работоспо¬ собном состоянии и уход за ними и рабочим местом; tn — время перерывов на отдых и естественные надобности, а при утомитель¬ ных работах и на дополнительный отдых. Основное время t0 затрачивается на непосредственное измене¬ ние размеров, формы, физико-механических свойств или внешне¬ го вида обрабатываемой заготовки (станочная, кузнечная, слесар¬ ная и другая обработка) или на соединение деталей при сбороч¬ ных работах. При обработке на станках основное время опреде¬ ляют расчетным методом по формуле *0 = -^-. (7-20) м где 1р — расчетная длина обработки (длина хода инструмента в направлении подачи), мм; i — число рабочих ходов инструмен¬ та; SM — подача инструмента, мм/мин. При ручном йодводе инструмента расчетная длина обработки представляет собой сумму собственно длины обработки I, размера врезания инструмента ^ и размера схода (сбега) инструмента 1СХ: 1Р=1 + lB+ lex- (7.21) Схема определения расчетной длины обработки для продоль¬ ного точения показана на рис. 7.6. При автоматическом цикле обработки резанием следует учи¬ тывать еще и цуть подхода инструмента к заготовке для облег¬ чения работы инструмента в начале резания. Рис. 7Схема определения расчетной длины обработки 156
Вспомогательное время tB — время, затрачиваемое на различ¬ ные действия, обеспечивающие выполнение элементов работы, относящихся к основному времени, например, на установку и снятие заготовки, на пуск и остановку станка, на изменение ре¬ жимов обработки в процессе выполнения операции, на измерение заготовок. Вспомогательное время может быть неперекрываемым и перекрываемым. Если вспомогательные работы выполняют не в процессе обработки (например, снятие обработанной заготовки и установка другой), то такое вспомогательное время называют неперекрываемым. Если же часть вспомогательных работ выпол¬ няют в процессе осуществления основной работы, то эта часть вспомогательного времени называется перекрываемой. При расче¬ те нормы времени учитывают лишь ту часть вспомогательного времени, которая не может быть перекрыта машинным временем. Вспомогательное время рассчитывают в соответствии с действую¬ щими на данном предприятии нормативами по эмпирическим формулам или на основании хронометражных наблюдений. Часть штучного времени, равная сумме основного t0 и вспо¬ могательного времени fB, называется оперативным временем ton: t0n=t0+tB. (7.22) Оперативное время затрачивается на выполнение каждой операции и представляет собой основную часть технической нор¬ мы времени. Время обслуживания рабочего места (*об= *т + *оРг) включает затраты времени на уход за рабочим местом в течение смены (смазка станка, подготовка инструмента, уборка рабочего места). Время обслуживания рабочего места устанавливают на осно¬ вании нормативов и во многих случаях определяют в процентах (до 4—8 %) к оперативному времени. Время на личные потребности tn регламентируется законо¬ дательством и исчисляется в процентах к оперативному времени (для механических цехов tn~ 2,5 % от оперативного времени). Штучное время рассчитывают по формуле *шт=*оп(1 + а + Р + У), (7.23) где а, р, у — коэффициенты, характеризующие время техничес¬ кого и организационного обслуживания и личные потребности соответственно. В серийном производстве при расчете нормы времени на партию необходимо учитывать подготовительно-заключительное время tn3. Оно затрачивается рабочим перед началом обработки партии заготовок и после выполнения задания. К подготовительной 157
работе относится получение задания, ознакомление с работой, наладка оборудования, в том числе установка инструмента и спе¬ циального приспособления. К заключительной работе относится сдача выполненной работы, снятие приспособления и режущего инструмента, приведение в порядок оборудования и т. д. Подго¬ товительно-заключительное время зависит от сложности задания, в частности от сложности наладки оборудования, и не зависит от размера партии. В массовом производстве из-за повторяемости одной и той же операции нет необходимости в работах, выполняемых в подгото¬ вительно-заключительное время. В единичном производстве под¬ готовительно-заключительное время включается в штучное вре¬ мя. В серийном производстве норму времени на обработку партии заготовок рассчитывают по формуле где п — размер партии; ta3 — подготовительно-заключительное время. Штучное время и подготовительно-заключительное время на выполнение операции над одной деталью образуют норму штуч¬ но-калькуляционного времени На основе норм времени определяют расценки выполняемых операций, рассчитывают необходимое количество оборудования для выполнения программы, осуществляют планирование произ¬ водственного процесса. Технологическая документация. Комплект графических и текстовых документов, которые определяют технологию изготов¬ ления изделия и содержат данные для организации производ¬ ственного процесса, называется технологической документаци¬ ей. В машиностроении государственными стандартами установле¬ на Единая система технологической документации (ЕСТД). Основное назначение стандартов ЕСТД — установление на всех предприятиях единых правил оформления и ведения техно¬ логической документации, обеспечение стандартизации обозначе¬ ний и унификации документации на различные виды работ, воз¬ можность обмена между предприятиями технологическими доку¬ ментами без их переоформления, что обеспечивает стабильность комплектности документации, исключающую их повторную раз¬ работку предприятиями. Основные технологические документы (ГОСТ 3.1102—84) подразделяют на документы общего и специального назначения. (7.24) (7.25) 158
К первым относятся технологические документы, применяемые на технологические процессы независимо от технологических ме¬ тодов изготовления изделий. Документами общего назначения являются титульный лист, карта эскизов (КЭ) и технологическая инструкция (ТИ). Карта эскизов — технологический документ, содержа¬ щий эскизы, схемы и таблицы, предназначенные для пояснения выполнения технологического процесса, операции или перехода изготовления изделия. Технологическая инструкция предназначена для описания технологических процессов, методов и приемов, повто¬ ряющихся при изготовлении изделий, правил эксплуатации средств технического оснащения. Формы документов общего на¬ значения устанавливаются ГОСТ 3.1105—84. Документы специального назначения посвящены описанию тех¬ нологических процессов и операций в зависимости от типа и вида производства и применяемых технологических методов изготовле¬ ния изделий. К числу обязательных документов такого рода отно¬ сится маршрутная карта (МК). В ней дается полное описа¬ ние технологического процесса, включая все технологические опе¬ рации, а также контроль и перемещение детали в технологической последовательности ее изготовления с указанием данных об обору¬ довании, оснастке, материальных нормативах и трудовых затратах. Карта технологического процесса (КТП) предназ¬ начена для операционного описания технологического процесса изготовления или ремонта изделия по операциям одного вида ра¬ бот, выполняемых в одном цехе в технологической последова¬ тельности с указанием переходов, технологических режимов и данных о средствах технологического оснащения, материальных и трудовых нормативах. Операционная карта (ОК) — технологический доку¬ мент, содержащий описание технологической операции с указа¬ нием переходов, режимов обработки, данных о средствах техно¬ логического оснащения. Эти карты выполняют по всем операци¬ ям в условиях серийного и массового производства и дополняют маршрутной картой. Формы документов специального назначения регламентиру¬ ются ГОСТ 3.1105—84 и ГОСТ 3.1404—86. Технико-экономический анализ вариантов технологического процесса. Технологический процесс обработки резанием может быть разработан в двух-трех вариантах, и наиболее эффективный из них выбирают на основании технико-экономического сравни¬ тельного анализа. 159
Операция технологического процесса является его основным рас¬ четным элементом. Норма времени tmx служит критерием целесооб¬ разности построения операции для конкретных условий. Величина, обратная норме времени, называется нормой выработки: Q = —. (7.26) *шт Сменная норма выработки Q = ^k; (7.27) t„ ШТ где Тсм — продолжительность рабочей смены, ч. Нормы времени и выработки характеризуют производитель¬ ность труда. Определив штучное время для разных вариантов операции, можно сопоставить их по производительности. По норме времени можно определить коэффициент основного времени 11 = —, 1 (7.28) *шт где t0 — основное (технологическое) время. Коэффициент основного времени может служить сравнитель¬ ной характеристикой вариантов аналогичных операций. Для характеристики процесса изготовления детали в целом с учетом метода получения заготовки можно применить коэффици¬ ент использования материала (7-29) т* где тд — масса детали, кг; т3 — масса заготовки, кг. Показателем правильного выбора оборудования является его загрузка. Коэффициент загрузки оборудования Лз =— > (7-3°) где пр и пп — расчетное и принятое число станков на операции. Расчетное число станков t где тл — такт линии, ч. (7.31) А, (7.32) N где F0 — годовой фонд времени работы оборудования, ч; N го¬ довой объем выпуска деталей, шт. 160
Коэффициент загрузки оборудования (7.33) Коэффициент загрузки линии (7.34) где т — число станков в линии. Величина Г|3 л является средним коэффициентом загрузки от¬ дельных станков линии. Коэффициент загрузки поточной линии должен быть в пределах 0,75—0,85. Важным показателем при сопоставлении вариантов технологичес¬ кого процесса обработки деталей является трудоемкость, которая оп¬ ределяется как сумма штучного времени всех операций процесса: где т0 — число операций в технологическом процессе. Характеристикой сопоставляемых вариантов технологическо¬ го процесса по суммарным затратам живого и овеществленного труда служит себестоимость детали. Для сравнительного анали¬ за можно использовать цеховую себестоимость детали где М — стоимость материала за вычетом суммы, полученной за реализацию отходов, руб; Зп — заработная плата станочников, участвующих в изготовлении детали, руб; Нц — сумма цеховых накладных расходов, руб. Стоимость материала зависит от массы заготовки. Заработ¬ ная плата определяется суммированием заработной платы испол¬ нителей по операциям. Определение цеховых накладных расходов, отнесенных к из¬ готовленной детали, осложняется необходимостью калькуляции цеховых расходов, связанных с определенными станками, на ко¬ торых осуществляются варианты технологического процесса. Бо¬ лее простым методом является начисление цеховых накладных расходов в процентах от заработной платы производственных ра¬ бочих (станочников) цеха. Цеховая себестоимость детали как основной критерий в сово¬ купности с другими технико-экономическими показателями по¬ зволяет выбрать оптимальный вариант технологического процес¬ са изготовления детали. (7.35) 1 сц=м+зп+нц, (7.36) 6-135
Технология сборки и испытания автомобилей 8.1. Технология сборки Назначение и сущность процесса сборки. Надежность и дол¬ говечность автомобиля в значительной степени зависят от каче¬ ства сборки — процесса, доля которого в общей трудоемкости из¬ готовления автомобиля составляет 25—30 %. Сборку подразделя¬ ют на узловую и общую. Объектом узловой сборки являются сбо¬ рочные элементы, объектом общей сборки — сам автомобиль. Детали поступают на сборку после их окончательного техни¬ ческого контроля. Процесс сборки состоит из двух основных час¬ тей: подготовки деталей к сборке и собственно сборочных опера¬ ций. К подготовительным работам относятся: различные слесар¬ но-пригоночные работы, выполняемые при необходимости; окра¬ шивание отдельных деталей; очистка и промывка деталей; смазы¬ вание сопрягаемых поверхностей, если это необходимо по техни¬ ческим условиям. Перед сборкой некоторые детали комплектуют по размерным группам и по массе (например, поршни двигателей). К собственно сборочным работам относится процесс соедине¬ ния сопрягаемых деталей и узлов (подузлов) с обеспечением пра¬ вильного их взаимного положения и определенной посадки. Различают следующие виды соединений: неподвижные разъем¬ ные; неподвижные неразъемные; подвижные разъемные; подвиж¬ ные неразъемные. К неподвижным разъемным соединениям отно¬ сят те, которые можно разобрать без повреждения соединяемых и скрепляющих их деталей (резьбовые, шпоночные, некоторые шли¬ цевые, штифтовые, конические, а также соединения с переходны¬ ми посадками); к неподвижным неразъемным такие, разъеди¬ нение которых связано с повреждением или полным разрушением деталей. Такие соединения получают посадкой с гарантированным натягом, развальцовкой и отбортовкой, сваркой, пайкой, клепкой, склеиванием. К подвижным разъемным соединениям относят со¬ единения с подвижной посадкой, а к подвижным неразъемным подшипники качения, втулочно-роликовые клепаные цепи и др. К сборочным процессам относится также балансировка со¬ бранных узлов. 162
Технологические методы обеспечения точности сборки. При выполнении сборочных работ возможны ошибки во взаим¬ ном расположении деталей и узлов, их повышенные дефор¬ мации, несоблюдение в соединениях необходимых зазоров или натягов. Погрешности сборки вызываются рядом причин: отклонени¬ ем размеров, формы и расположения поверхностей сопрягаемых деталей; несоблюдением требований к качеству поверхностей де¬ талей; неточной установкой и фиксацией отдельных элементов в процессе сборки; низким качеством пригонки и регулирования сопрягаемых деталей; несоблюдением режима сборочной опера¬ ции, например, при затяжке резьбовых соединений; геометричес¬ кими неточностями сборочного оборудования и технологической оснастки; неправильной наладкой сборочного оборудования. Точность сборки соединений может быть обеспечена следую¬ щими методами: полной взаимозаменяемости, неполной (частич¬ ной) взаимозаменяемости, групповой взаимозаменяемости, регу¬ лирования и пригонки. Сборка методом полной взаимозаменяемости сводится к со¬ единению сопрягаемых деталей и узлов без пригонки. Сборка осу¬ ществляется по принципу потока, так как отсутствие пригоноч¬ ных работ упрощает организацию поточной линии. Сборка этим методом обеспечивает легкость замены деталей и узлов в маши¬ нах, находящихся в эксплуатации. Метод полной взаимозаменяемости целесообразен при серий¬ ном и массовом производстве при коротких размерных цепях (на¬ пример, в соединении вал — втулка) и отсутствии жестких до¬ пусков на размер замыкающего звена. Для многозвенных размер¬ ных цепей такой метод экономически не выгоден, так как при¬ водит к необходимости назначения весьма жестких допусков на размеры составляющих звеньев. Сборка методом неполной (частичной) взаимозаменяемости заключается в том, что допуски на размеры деталей, составляю¬ щих размерную цепь, преднамеренно расширяют для удешевле¬ ния производства. В основе метода лежит положение теории вероятностей, согласно которому крайние значения погрешностей составляющих звеньев размерной цепи встречаются значительно реже, чем средние значения. Предполагая, что действительные отклонения размеров составляющих звеньев будут случайными и взаимно независимыми, их можно значительно увеличить. Расширение допусков на обработку сопрягаемых деталей при¬ водит к экономии средств и труда. 163
Сборка методом неполной взаимозаменяемости целесообразна в серийном и массовом производстве для многозвенных цепей. При сборке методом групповой взаимозаменяемости детали изготавливают с расширенными полями допусков, а перед сбор¬ кой их сортируют на размерные группы для обеспечения допуска посадки, предусмотренного конструктором. При сборке соединя¬ ют между собой детали одной размерной группы. В серийном производстве детали сортируют на размерные группы с помощью калибров, а в массовом производстве — с помощью сортировоч¬ ных автоматов. Сборку деталей каждой группы ведут по методу полной взаимозаменяемости. Метод групповой взаимозаменяемости используют для дости¬ жения высокой точности сборки малозвенных размерных цепей: блока цилиндров с поршнями и толкателями, шатуна с поршне¬ выми пальцами и др. Сборка этим методом требует четкой орга¬ низации сортировки деталей, их хранения и доставки на рабо¬ чие места сборки, а также усложняет ремонт в связи с увеличе¬ нием номенклатуры запасных частей пропорционально числу раз¬ мерных групп. При сборке методом регулирования необходимая точность размера замыкающего звена достигается путем изменения разме¬ ра заранее выбранного компенсирующего звена. Например, пере¬ мещением втулки 2 в осевом направлении достигается требуемый размер А% замыкающего звена (рис. 8.1, а). После регулирования втулка, называемая компенсатором, стопорится винтом 1. Для достижения необходимого зазора в соединении в качестве компен¬ сатора может использоваться шайба К определенной толщины (рис. 8.1, б). В качестве компенсаторов используют также про- а б в А. Рис. 8.1. Схемы сборки узла методами регулирования (а, б) и пригонки (в) 164
кладки, регулировочные винты, втулки с резьбой, эксцентрики (при регулировке тормозных колодок) и др. Сборка методом регулирования имеет следующие преимуще¬ ства: универсальность (метод применим независимо от числа зве¬ ньев в цепи, от допуска на замыкающее звено и масштаба вы¬ пуска); простота сборки при высокой ее точности; отсутствие пригоночных работ; возможность регулирования соединения в процессе эксплуатации автомобиля. При сборке методом пригонки заданная точность сопряжения достигается снятием с одной из сопрягаемых деталей необходи¬ мого слоя материала шабрением, притиркой или любым другим способом. На рис. 8.1, в заданный зазор достигается пригон¬ кой по толщине детали 1, при изготовлении которой заранее ос¬ тавляют припуск Z на пригоночные работы. Сборка методом пригонки трудоемка и целесообразна в еди¬ ничном и мелкосерийном производстве. Основы проектирования технологических процессов сборки. При проектировании технологических процессов сборки исходны¬ ми данными служат сборочные чертежи изделия, спецификация входящих в узлы деталей, технические требования приемки из¬ делия и узлов, производственная программа, условия выполне¬ ния сборочных работ. В результате изучения сборочных и рабо¬ чих чертежей, служебного назначения изделия, размерного ана¬ лиза сборочных единиц основные этапы сборочного процесса на¬ значают с учетом программы выпуска изделия. Степень углубленности проектирования технологического процесса зависит от масштаба выпуска изделий: в единичном и мелкосерийном производстве разрабатывают упрощенный вариант без детализации содержания операций. При массовом производ¬ стве технологический процесс разрабатывают с его операционным описанием. В общем случае проектирование технологического процесса сборки включает: расчет такта сборки и выбор организационных форм сборочного процесса; составление технологических схем сборки узлов и изделия в целом; проектирование технологиче¬ ских операций: определение состава контрольных операций и ис¬ пытаний; обоснование эффективности сборочного процесса; офор¬ мление технологической документации; проектирование спе¬ циальной технологической оснастки; разработку технологической планировки сборочного цеха. Такт сборки определяют как частное от деления расчетного фонда времени (за смену, месяц или другой период времени) на 165
программу выпуска изделий за тот же период. В зависимости от такта сборки определяют ее организационную форму. Организа¬ ционную форму сборки выбирают исходя из заданной программы выпуска изделий: при единичном производстве обычно применяют непоточную (стационарную) сборку, при серийном и массовом — поточную. Стационарная сборка характеризуется выполнением сбороч¬ ных операций на постоянном рабочем месте, к которому подают¬ ся детали и узлы собираемого изделия. При такой форме органи¬ зации требуется высокая квалификация сборщиков, а цикл сбор¬ ки отличается большой продолжительностью. Поточная сборка может выполняться на подвижных и непод¬ вижных стендах. Поточная подвижная сборка осуществляется путем перемещения собираемого объекта на непрерывно движу¬ щемся конвейере; на конвейере с периодическим перемещением; путем последовательной передачи собираемых объектов по опера¬ циям с помощью механических устройств; с передачей объектов сборки вручную — по роликовому конвейеру, на тележках, по лотку. Подвижная поточная сборка применяется в серийном, крупносерийном и массовом производстве. Поточная неподвиж¬ ная сборка характерна для серийного и мелкосерийного производ¬ ства при значительной длительности отдельных операций, осо¬ бенно в процессе сборки изделий большой массы. В этом случае каждый рабочий (или бригада рабочих) выполняет определенную операцию, переходя от одного сборочного стенда к другому. При поточной сборке процесс должен быть разделен на опе¬ рации таким образом, чтобы время каждой операции было близ¬ ко или кратно такту сборки. Это необходимо для достижения синхронизации операций, т. е. для приведения оперативного вре¬ мени в соответствие с тактом сборки. Если, например, оператив¬ ное время на одной из операций превышает такт сборки в два раза, то работа на данной операции организуется соответственно на двух параллельных рабочих местах. Поточная сборка с применением транспортирующего устрой¬ ства (конвейера) может осуществляться при его непрерывном или периодическом движении. При использовании конвейера с пери¬ одическим перемещением сборочной единицы или автомобиля сборка выполняется в периоды остановки конвейера. Применяют¬ ся пластинчатые и тележечные конвейеры. При каждом переме¬ щении собираемого объекта на сборочное место (пост) с последне¬ го места конвейера сходит сборочная единица (изделие). При сборке на непрерывно движущемся конвейере собираемый объект 166
перемещается с одного сборочного места на другое с такой скоро¬ стью, которая позволяет выполнить сборочные операции за вре¬ мя его перемещения с одного поста на другой. При организации поточной подвижной сборки требуется четкая и слаженная рабо¬ та всех смежных и обслуживающих поточную линию участков. Поточная сборка в результате дифференциации процесса приво¬ дит к специализации рабочих, повышает производительность труда вследствие механизации сборочных операций, снижает себестоимость сборочных работ. Для определения последовательности сборки изделия и его узлов разрабатывают технологические схемы сборки. Сборочные единицы изделия в зависимости от их конструкции могут состо¬ ять либо из отдельных деталей, либо из узлов, подузлов и дета¬ лей. Различают подузлы первой, второй и более высоких ступе¬ ней. Подузел первой ступени входит непосредственно в состав узла; подузел второй ступени входит в состав первой и т. д. Под¬ узел последней ступени состоит только из отдельных деталей. Технологические схемы составляют отдельно для общей сбор¬ ки изделия и для сборки каждого из его узлов (подузлов). Рас¬ смотрим принцип составления технологических схем на примере сборки узла муфты сцепления (рис. 8.2). Технологическая схема сборки данного узла показана на рис. 8.3, а, а технологические схемы сборки подузлов — на Рис. 8.2. Узел муфты сцепления 167
рис. 8.3, б, в. На технологических схемах сборки муфты сцепле¬ ния каждый элемент узла обозначен прямоугольником, разделен¬ ным на три части. В верхней части прямоугольника указано наи¬ менование элемента детали, подузла или узла, в левой нижней части — номер элемента, в правой нижней части — число соби¬ раемых элементов. Индексация элементов выполняется в соответ¬ ствии с номерами, присвоенными деталям и узлам (подузлам) на сборочных чертежах изделия. Узлы (подузлы) обозначаются бук¬ вами «Сб» (сборка). Базовым называется элемент (деталь или узел, подузел), с которого начинается сборка. Каждому узлу при¬ сваивается номер его базовой детали (например. «Сб.7» — узел с базовой деталью № 7). Соответствующую ступень подузла (пер¬ вой, второй и более высоких ступеней) указывают цифровым ин¬ дексом перед буквенным обозначением «Сб.». В рассматриваемом примере стакан в сборе имеет индекс «1С6.10», что означает под¬ узел первой ступени с базовой деталью № 10. Распор¬ ное кольцо 9 Вал 7 1 Зубчатое колесо 2 = 18, г = 8 8 Стакан в сборе 1С6.10 1 Втул¬ ка 6 1 Под¬ шип¬ ник № 309 Проверить на биение 5 1 Сто¬ пор¬ ная шай¬ ба 4 1 Круг¬ лая гай-' ка Напрессовать 3 1 Ста¬ кан 2 1 Пробка Зафиксировать Вал сборе Сб. 7 | 1 гайку усиками шайбы Уплотни¬ тельное кольцо 12 1 1 Нагреть Крышка Крышка Стак! 1Н 14 1 2С6.14 1 10 1 Под¬ шипник № 214 Резьбо¬ вой стопор 11 2 13 | 1 Запрессовать Крышка в сборе 2С6.14 1 Стакан в сборе 1С6.10 1 Рис. 8.3. Технологическая схема сборки муфты сцепления 168
Технологические схемы строят по следующему правилу. В ле¬ вой части схемы указывают базовый элемент (базовую деталь или базовый узел, подузел), а в правой части схемы —изделие (узел, подузел) в сборе. Эти две части соединяют горизонтальной лини¬ ей. Выше этой линии прямоугольниками обозначены все детали в порядке последовательности сборки. Ниже линии указаны узлы, входящие непосредственно в изделие: на схемах узловой сборки обозначают подузлы первого порядка (1С6.10); на схеме сборки подузла первого порядка — подузлы второго порядка (на¬ пример, 2С6.14) и т. д. Технологические схемы сборки узла со¬ провождают подписями, если таковые не очевидны из самой схе¬ мы (например, «Запрессовать», «Сварить» и т. д.). Технологические схемы сборки одного и того же изделия мо¬ гут быть разработаны в нескольких вариантах с различной последовательностью. Оптимальный вариант выбирают из усло¬ вия обеспечения заданного качества сборки, экономичности и производительности процесса при определенном объеме выпуска изделий. Технологические схемы значительно упрощают разра¬ ботку сборочных операций. При разработке содержания сборочных операций следует учи¬ тывать, что при поточном методе трудоемкость операции должна быть равна или несколько меньше такта сборки (либо кратна ему). Проектируя сборочную операцию, уточняют содержание технологических переходов и определяют схему базирования и закрепления базового элемента (детали, узла), выбирают техно¬ логическое оборудование, приспособления, рабочий и измеритель¬ ный инструменты, устанавливают режимы работы, норму време¬ ни и разряд работы. При проектировании сборочных операций выполняют необхо¬ димые технологические расчеты, позволяющие обосновать выбор оборудования, технологической оснастки и режимов работы. В технологические расчеты входят: определение силы запрессовки для соединений с натягом, установление режима нагрева или охлаждения при сборке деталей с тепловым воздействием, расчет необходимой силы при клепке и др. Оценку разработанных вариантов технологических процессов осуществляют, используя абсолютные и относительные показате¬ ли. Абсолютные показатели — себестоимость отдельных опера¬ ций и процесса сборки в целом и трудоемкость сборки узлов и изделия. Относительные показатели — коэффициент загрузки каждого сборочного места, коэффициент загрузки сборочной ли¬ нии, коэффициент трудоемкости сборочного процесса. 169
Коэффициент трудоемкости сборочного процесса представляет собой отношение трудоемкости сборки Teg к трудоемкости изго¬ товления деталей, входящих в сборочный комплект р: Коэффициент Г|тр для единичного и мелкосерийного производ¬ ства составляет примерно 0,5; для серийного 0,3 0,4; для массового — 0,25—0,30. Чем меньше этот коэффициент, тем выше уровень механизации сборочных работ. С учетом того, что автомобильный завод получает в порядке кооперации ряд дета¬ лей с других предприятий, более объективным будет не коэффи¬ циент трудоемкости Т|тр, а коэффициент себестоимости сборочно¬ го процесса Т|себ, который равен отношению себестоимости сборки к себестоимости изготовления изделия: ' где Ссб и Сивд — себестоимость сборки и изготовления изделия соответственно, руб. Параллельно с разработкой технологического процесса сбор¬ ки проектируют необходимое технологическое оборудование и ос¬ настку: стенды, приспособления, специальный рабочий инстру¬ мент и измерительные средства, подъемно-транспортное оборудо¬ вание и др. Заканчивается проектирование сборочного процесса разработкой плана расположения на участке сборки тех¬ нологического оборудования. Технологическая документация сборочных процессов вклю¬ чает сборочные чертежи и технологические схемы узловой и об¬ щей сборки. В сборочной маршрутной карте приводится перечень сборочных операций с указанием данных об оборудовании и ос¬ настке, норм времени, разряда работы и расчетных норм време¬ ни по технологическим переходам. Технологическими мероприятиями, повышающими технико¬ экономические показатели процесса сборки, являются механиза¬ ция и автоматизация операций и достижение синхронизации опе¬ раций путем увязки операционного времени с тактом сборки. Механизация и автоматизация процессов сборки. В автомо¬ билестроении преобладает поточно-автоматизированное производ¬ ство, поэтому по сравнению с другими отраслями машинострое¬ ния имеются более благоприятные условия для механизации и автоматизации процессов сборки и, следовательно, сокращения ручного труда. Однако внедрение механизированной и автомати¬ Т обр (8.1) (8.2) изд 170
зированной сборки отстает от внедрения автоматических линий для обработки деталей резанием, что обусловливает высокую тру¬ доемкость сборочных процессов. Значительное снижение трудоем¬ кости сборки достигается применением в автоматизированных сбо¬ рочных линиях различных транспортирующих устройств: бунке¬ ров, магазинов, разделителей потоков, вибротранспортеров и др. Важным требованием, предъявляемым сборкой к конструкци¬ ям автомобилей, является возможность поточной независимой и параллельной сборки без пригонки отдельных сборочных единиц. Необходимо, чтобы конструкция содержала минимальное число деталей, она не должна быть чрезмерно сложной или иметь большую массу. При автоматической сборке положение собирае¬ мого объекта по возможности должно быть постоянным, с мини¬ мальным числом его переориентаций. Важное значение при сборке приобретает точность и шерохо¬ ватость обработанных поверхностей деталей. Упрощает автома¬ тическую сборку наличие в конструкциях сопрягаемых деталей фасок, а также максимальное количество полностью взаимозаме¬ няемых соединений. 8.2. Испытания деталей, агрегатов, автомобилей Классификация испытаний. Под испытанием понимают экс¬ периментальное определение количественных или качественных характеристик свойств объекта испытаний при различных воздей¬ ствиях на него во время функционирования или при моделиро¬ вании реальной ситуации. При испытаниях характеристики свойств объекта могут оцени¬ ваться (если задача — получение количественных или качественных оценок) либо контролироваться (если задачей является установление соответствия характеристик объекта заданным требованиям). К основным видам испытаний автомобилей относятся (соглас¬ но ГОСТ 16504—81) предварительные, приемочные, квалификаци¬ онные, периодические, инспекционные, сертификационные. В результате предварительных испытаний, которые проводит само предприятие, определяется готовность опытного образца к передаче на испытания следующего вида. Положительные резуль¬ таты испытаний являются основанием для присвоения конструк¬ торской и технологической документации литеры *0*. Приемочные испытания проводит государственный орган. По результатам этих испытаний принимают решение о постановке продукции на производство. 171
Квалификационные испытания продукции проводят с целью оценки готовности предприятия к выпуску этой продукции в за¬ данном объеме. Положительные результаты испытаний являют¬ ся основанием для присвоения конструкторской и технологичес¬ кой документации литеры «А». Периодические испытания проводят через установленные про¬ межутки времени или по мере выпуска определенного объема продукции с целью контроля стабильности качества и разработ¬ ки необходимых мероприятий по его поддержанию. Периодичес¬ ким испытаниям подвергают продукцию серийного производства, образцы которой отбирают в соответствии с государственными стандартами и техническими условиями из образцов, прошедших сдаточно-приемочные испытания. Инспекционные испытания проводят выборочно для контроля стабильности качества образцов готовой продукции и продукции, находящейся в эксплуатации. Их проводят специально уполномо¬ ченные органы (надзора, ведомственного контроля и др.). Сертификационные испытания проводят перед принятием ре¬ шения о выдаче сертификата соответствия. Испытаниям подвер¬ гаются образцы продукции серийного производства. Виды испытаний классифицируются по следующим призна¬ кам: по назначению, по уровню проведения испытаний, по ус¬ ловиям и месту проведения, по продолжительности (рис. 8.4). По назначению испытания подразделяются на исследователь¬ ские, сравнительные, контрольные и определительные. Исследовательские испытания проводятся для изучения оп¬ ределенных характеристик свойств объекта (например, испыта¬ ния на надежность). При сравнительных испытаниях осуществляется сравнение характеристик свойств одинаковых (или аналогичных по харак¬ теристике) объектов. При контрольных испытаниях оценивается качество объекта испытания. Определительные испытания проводят для определения зна¬ чений характеристик объекта с заданной точностью и достовер¬ ностью. По уровню проведения различают государственные, межве¬ домственные и ведомственные испытания, которые в большин¬ стве случаев являются приемочными. В первом случае испытания проводятся для важнейших видов продукции государственной ко¬ миссией, во втором — представителями ведомств, в третьем — ко¬ миссией одного ведомства. 172
Рис. 8.4. Классификация видов испытаний В рамках исследовательских испытаний по условиям и месту их проведения различают лабораторные, стендовые, полигонные, на¬ турные, с использованием моделей, эксплуатационные испытания. Лабораторные испытания проводятся в лабораторных усло¬ виях на специальных лабораторных установках, испытательных машинах и т. д., а стендовые — на стендах, имитирующих ра¬ боту узла, агрегата, автомобиля. Полигонные испытания проводятся на полигонах - специаль¬ но построенных объектах, имитирующих различные условия экс¬ плуатации автомобиля. Натурные испытания проводят в условиях использования объекта по прямому назначению с непосредственным оценивани¬ ем или контролем определяемых характеристик его свойств. Дан¬ ные натурных испытаний служат в качестве исходных данных для проведения испытаний с использованием моделей. Испытания с использованием моделей предполагают выполнение расчетов на математических или физико-математических моделях. Эксплуатационные испытания проводятся при эксплуатации объекта. Одним из ее основных видов является опытная и под¬ контрольная эксплуатация, для чего разрабатывается документа¬ ция и подготавливается персонал. 173
В зависимости от задач, целей и сроков испытания могут быть нормальными (информация о характеристиках свойств объекта собирается за срок, предусмотренный условиями эксплу¬ атации), ускоренными (получение информации осуществляется за более короткий срок) и сокращенными (в этом случае про¬ грамма испытаний сокращается). Для проведения испытаний разрабатывают программу и ме¬ тодику испытаний. Программа испытаний — это организацион¬ но-методический документ, устанавливающий объект и цели ис¬ пытаний, виды, последовательность и объем проводимых экспе¬ риментов, порядок, условия, место и сроки проведения испыта¬ ний, обеспечение и отчетность по ним, а также ответственность за обеспечение и проведение испытаний. Методика испытаний — это организационно-методический до¬ кумент, включающий метод испытаний, средства и условия ис¬ пытаний, отбор проб, алгоритмы выполнения операций по оп¬ ределению одной или нескольких взаимосвязанных характерис¬ тик свойств объекта, формы представления данных и оценки точности, достоверности результатов, требования техники безо¬ пасности, охраны труда и окружающей среды. По результатам испытаний составляется протокол испыта¬ ний, который содержит необходимые сведения об объекте испы¬ таний, применяемых методах, средствах и условиях испытаний, а также заключение по результатам испытаний. Испытания деталей. Испытания деталей выполняются как на этапе разработки метода изготовления, так и при серийном про¬ изводстве деталей. Детали испытывают на точность, прочность, жесткость, теплостойкость, виброустойчивость. Испытания деталей проводят на экспериментальных установ¬ ках, которые позволяют испытывать образцы, использовать фор¬ сированные режимы, проводить точные измерения, а в натурных узлах и машинах — выполнять испытания в условиях, близких к эксплуатационным. Испытания деталей в условиях производства сводятся к про¬ верке точности обработки и неразрушающему контролю. Испытания (исследования) деталей на точность проводят как при разработке метода изготовления, так и в серийном производ¬ стве. Геометрическую точность проверяют универсальными инст¬ рументами для измерения длин, углов, шероховатости поверхно¬ сти, а также специальными приборами (для проверки зубчатых колес, резьб, подшипников качения). Проверяется также непря- молинейность, неплоскостность поверхностей. 174
Испытания на прочность проводятся в рамках исследователь¬ ских испытаний для определения напряженного состояния, а также статической, циклической и ударной прочности, прочнос¬ ти при низких и высоких температурах и т. д. Целью испыта¬ ний на прочность является определение пределов выносливости и построение кривых усталости. Ускорение получения результа¬ тов при усталостных испытаниях достигается за счет повышения частоты напряжения и исключения тех напряжений в спектре, которые практически не сказываются на усталости. Они позво¬ ляют снизить затраты времени, материалов и труда, а также проводить ускоренную оценку усталостной прочности деталей. Испытания деталей на изнашивание наиболее важны, так как именно оно является одной из основных причин выхода де¬ талей из строя. Основная масса деталей работает в условиях гра¬ ничного, жидкостного или полужидкостного трения, поэтому при испытаниях деталей необходимо учитывать эти виды трения. Износ деталей оценивается при лабораторных, стендовых и эксплуатационных испытаниях. Одним из наиболее распростра¬ ненных способов оценки износа деталей является микрометриро- вание, при котором линейный износ определяется с помощью из¬ мерения размеров детали измерительным инструментом (микро¬ метром, индикатором). Износ также можно определить взвешиванием, в результате которого определяется суммарный износ по потере массы с поверх¬ ности трения. Степень износа деталей агрегата можно оценить, используя метод спектрального анализа. С этой целью осуществляется пери¬ одический отбор проб масла из картера испытываемого агрегата. Износ деталей можно определить также с помощью радиоак¬ тивных индикаторов. Радиоактивный изотоп, предварительно введенный в изнашиваемый материал, удаляется вместе с части¬ цами износа. Измеряемая при этом радиоактивность указывает на значение величины износа. Метод встроенных датчиков позволяет определять износ с по¬ мощью фиксации изменения линейных размеров, для чего ис¬ пользуют тензодатчики, выходные сигналы которых регистриру¬ ют осциллографом. Метод искусственных баз дает возможность оценить значение износа по определению размеров искусственно нанесенных углуб¬ лений, выполненных на изнашиваемых поверхностях. Углубле¬ ния выполняются нарезанием лунок, сверлением конических от¬ верстий, отпечатками в форме конуса или пирамиды. 175
Испытания агрегатов. Виды и режимы испытаний агрегатов ав¬ томобилей регламентированы государственными или отраслевыми стандартами. Испытания, как правило, совмещаются с обкаткой (об¬ катка предшествует испытаниям) и выполняются на одном стенде. Целью обкатки и испытания является подготовка агрегата к восприятию эксплуатационных нагрузок, выявление дефектов, связанных с качеством изготовления деталей и сборки агрегатов, а также проверка соответствия характеристик агрегатов требова¬ ниям нормативно-технической документации. Обкатка и испытание двигателей осуществляются на обкаточ¬ но-тормозных стендах переменного тока, включающих устрой¬ ство для вращения двигателя в период холодной обкатки и для поглощения мощности двигателя во время горячей обкатки и ис¬ пытания, а также дополнительное оборудование, обеспечивающее двигатель топливом, охлаждающей водой и смазкой. В ходе контрольных испытаний проверяется, нет ли резких стуков и шумов, течи масла, воды или топлива, пропуска отра¬ ботавших газов в местах соединений, подсоса воздуха через про¬ кладку впускной трубы и карбюратора. Допускается «потение» (образование масляных пятен без падения капель) в местах саль¬ никовых уплотнений, выделение отдельных капель воды из дре¬ нажных отверстий водяного насоса. Обкатка и испытание двигателя состоят из следующих этапов: ♦ холодная обкатка путем вращения от электромотора или другого двигателя; ♦ горячая обкатка двигателя на холостом ходу; ♦ горячая обкатка под нагрузкой; ♦ приемка двигателя. Режим обкатки устанавливается техническими условиями. Для ускорения приработки трущихся поверхностей рекомен¬ дуется применять менее вязкие масла, чем заливаемые в картер двигателя. Большой практический интерес представляет перевод обкат¬ ки двигателя на автоматический режим. Автоматизация обкат¬ ки включает регулирование нагрузки и подачи топлива в процес¬ се испытаний. Работа оператора сводится к пуску стенда и на¬ блюдению за его работой. Приемосдаточные испытания проходят все автомобильные двигатели. Их целью является оценка качества сборки двигате¬ ля. На этом этапе проверяется его комплектность, затяжка всех наружных резьбовых соединений, уровень масла в картере, от¬ сутствие течи воды и масла, проводится запуск двигателя. Режи¬ 176
мы приемосдаточных испытаний зависят от используемого стен¬ да и модели двигателя (бензиновый или дизельный). Целью испытания коробок передач является проверка каче¬ ства изготовления отдельных деталей и качества сборки в целом. Испытания проводят как под нагрузкой, так и без нагрузки. Сна¬ чала коробка передач испытывается без нагрузки на всех переда¬ чах при частоте вращения первичного вала 900—1000 мин-1, за¬ тем при 1400—-1500 мин-1. Продолжительность испытания оп¬ ределяется временем, необходимым для прослушивания работы коробки передач и выявления дефектов. На тех же частотах осу¬ ществляют испытание под нагрузкой в течение 2—3 мин на каж¬ дой передаче. В ходе испытаний проверяют наличие подтеканий масла, самопроизвольного выключения передач, наличие шумов, стуков, ударов. Для испытания коробок передач используются стенды различной конструкции: электромагнитные, с синхрон¬ ным электродвигателем, с нагрузкой внутренними силами и др. Задние мосты испытывают с нагрузкой и без нагрузки, как правило, на стенде с асинхронными электродвигателями. Целью испытаний является выявление шумов высокого тона, для чего проводят испытание без нагрузки и под нагрузкой в течение 10— 15 мин. При испытаниях регулируют тормозные механизмы и проверяют работу главной передачи и дифференциала. Испытание автомобилей. На Минском автомобильном заводе испытания проводятся в соответствии с «Инструкцией на сборку, обкатку и приемку автомобилей семейства МАЗ». Инструкция ус¬ танавливает контрольные параметры, которые проверяются на ав¬ томобиле в сборе, собранном в условиях конвейера, а также мето¬ ды обкаточных испытаний перед сдачей в отдел сбыта. Каждый собранный автомобиль перед проверкой контрольных параметров и обкаткой подвергается наружному осмотру без сня¬ тия или разборки агрегатов или узлов. При осмотре проверяется комплектность автомобиля, выявляются внешние дефекты, воз¬ никшие в процессе сборки и транспортировки. При проверке контрольных параметров руководствуются дей¬ ствующей технической документацией и контролируют следующие параметры и системы: давление в шинах; регулировку тормозов; ре¬ гулировку фар; водопыленепроницаемость кабины; герметичность системы потребителей воздуха; антиблокировочную систему тормо¬ зов; электрооборудование, пневмоподвеску; электронную систему управления двигателей MAN; настройку и пломбировку тахографа. После осмотра и проверки контрольных параметров проводят обкатку и испытание автомобиля, во время которых наблюдают 177
как за работой автомобиля в целом, так и за работой его агрега¬ тов и систем в отдельности. При этом проверяются агрегаты и узлы в действии: ♦ прослушивается двигатель; ♦ проверяется действие привода тормозного крана, стояноч¬ ного тормоза, антиблокировочной системы тормозов и системы ограничения скорости; ♦ проверяется работа рулевого управления, приводов сцепле¬ ния и управления коробкой передач; ♦ работа электрооборудования; ♦ работа световой и звуковой сигнализации; ♦ работа стеклоочистителя и вентиляторов отопителя кабины; ♦ герметичность системы охлаждения, подогрева и системы промежуточного охлаждения воздуха; ♦ работа пневмоподвески (при ее наличии). Обкатка автомобиля проводится на всех передачах при мак¬ симальной скорости 60 км/ч по спидометру или тахографу. Про¬ бег должен составлять не менее 30 км. При замене двигателя, сцепления, коробки передач автомо¬ биль повторно обкатывается. При замене карданного вала, передней оси, рулевого механиз¬ ма и цилиндра гидроусилителя, заднего или среднего моста ав¬ томобиль дополнительно обкатывается не менее 50 % от общего объема, а при замене узлов и деталей в указанных выше агрега¬ тах пробег должен составлять не менее 25 % нормируемого. После обкатки проводится окончательный осмотр автомоби¬ ля: проверяется затяжка крепления деталей и узлов, выявляют¬ ся течи масла, топлива и охлаждающей жидкости в любом из аг¬ регатов или соединений автомобиля. Замеченные отклонения, выходящие за пределы, допускаемые конструкторской документацией, или другие отклонения и неис¬ правности, нарушающие нормальную работу агрегатов и узлов автомобиля, фиксируются в технологическом паспорте сборки, испытания и сдачи автомобиля и должны быть устранены. Каждый автомобиль, принимаемый представителем заказчи¬ ка или предназначенный на экспорт, должен пройти технологи¬ ческую обкатку в объеме 15 км, предъявительские испытания ОТК в объеме 5 км и предъявительские испытания представите¬ ля заказчика также в объеме 5 км.
Основные направления развития автомобильного производства 9.1. Выбор рациональных методов организации и управления производственными процессами Разработка новых конструкций автомобилей. Производство ав¬ томобилей является ведущей отраслью машиностроения, оказыва¬ ющей существенное влияние на развитие ряда смежных отраслей и экономику страны в целом. Такие отрасли промышленности, как металлургическая, приборостроительная, электротехническая и электронная, резинотехническая, тесно связаны с производством ав¬ томобилей, поэтому автомобилестроение стимулирует технический прогресс в целом и способствует созданию новых рабочих мест. Именно автомобилестроение способствовало превращению США, Японии, Франции, Южной Кореи в высокоразвитые про¬ мышленные страны. Сейчас по этому пути идут Китай, Испания и другие страны. Производство автомобилей, так же как и военно-промышлен¬ ный комплекс, является отраслью, где разрабатываются и по¬ требляются наукоемкие технологии. Главным следствием отста¬ вания технологии производства автомобилей у нас в стране й в СНГ в целом стало снижение качества и надежности автомоби¬ лей. Не соответствующая мировым стандартам экологическая бе¬ зопасность, высокие цены привели к существенному снижению конкурентоспособности отечественной автомобильной продукции. Поэтому усилия специалистов, работающих в автомобилестрое¬ нии, должны быть направлены прежде всего на повышение на¬ дежности автомобилей, сокращение материалоемкости, трудоем¬ кости и энергозатрат при их изготовлении, повышение экологи¬ ческой безопасности при эксплуатации и ремонте машин. Указанные проблемы можно решить, разрабатывая новые конструкции автомобилей, применяя прогрессивные технологии и рациональные методы организации и управления производствен¬ ными процессами. 9 179
Конструктор должен уметь использовать новейшие достиже¬ ния науки и техники для получения требуемых параметров из¬ делия с наименьшими затратами при его изготовлении. Для это¬ го следует ориентироваться на малоотходные производства, при¬ менение современных технологий и автоматизированных средств подготовки производства. Совершенствование конструкций автомобилей требует и не¬ прерывного совершенствования технологии их производства, при¬ менения современного оборудования, новых средств механизации и автоматизации производственных процессов. От технологии производства во многом зависит надежность выпускаемой продук¬ ции и ее себестоимость. . Особенность автомобилестроения заключается в том, что при крупносерийном характере производства и многочисленности мо¬ дификаций машин существует необходимость в быстрой смене мо¬ делей для повышения конкурентоспособности продукции, что сле¬ дует учитывать еще на стадиях разработки конструкции автомо¬ биля и его узлов, проектирования технологии их производства. Разделение задач проектирования и производства изделий уже не соответствует современным требованиям, так как не мо¬ жет обеспечить ни высокого качества проектов, ни требуемого уровня организации производства. Проектирование изделий, тех¬ нологий их изготовления и подготовку производства необходимо вести практически одновременно. В процессе проектирования из¬ делий выделяется основная информация, которая одновременно используется для подготовки и организации производства и раз¬ работки технологических процессов. Параллельная разработка различных этапов создания изделия требует от проектанта хоро¬ ших технологических знаний. Возникает необходимость в подго¬ товке высококвалифицированных специалистов по проектирова¬ нию со знанием технологической науки. 9.2. Совершенствование методов создания оптимальной конструкции автомобиля Направления повышения эффективности производства. При создании современных машин практика последовательной разра¬ ботки конструкции автомобиля и технологии производства заме¬ няется параллельным решением этих задач, начиная с отработ¬ ки конструкций каждого узла и детали на «технологичность» до совместного решения многих проблем, определяющих качество 180
изделий, себестоимость их изготовления, максимальное удовлет¬ ворение индивидуальных требований потенциальных покупате¬ лей и полное обеспечение спроса на каждый тип и модификацию автомобиля. В области повышения эффективности производства в совре¬ менных условиях ведущими являются два направления: 1) проектирование конструкций изделий таким образом, что¬ бы они были максимально подготовлены к производству без дальнейшей их доработки и внесения многочисленных измене¬ ний. Это направление получило название «конструирование для производства» и интенсивно разрабатывается многими учеными и специалистами за рубежом. Этот этап конструкторско-техноло¬ гической подготовки производства у нас называется отработка конструкции изделия на технологичность; 2) широкое применение метода параллельного проектирова¬ ния изделий с использованием компьютерных информационных технологий, т. е. параллельное, с некоторым сдвигом по време¬ ни, создание конструкции машины (и ее элементов) и проекти¬ рование производственных процессов их изготовления. На многих зарубежных автомобильных заводах нет отдель¬ ных технологических служб и понятия «инженер-технолог». Проектирование технологических процессов выполняет инженер- производственник, который хорошо знает конструкцию автомо¬ биля и технологию его производства, а в целом проект разраба¬ тывается группой специалистов разного профиля. Реализация этих двух направлений уменьшает время на под¬ готовку производства с 30 до 7 %, снижает число вносимых из¬ менений в проекты с 65 до 9 % (по данным' Института стандар¬ тов и технологий США). Процесс проектирования конструкций, технологий производ¬ ства, проектирование технологической оснастки, инструмента, технологических машин различного назначения, составление уп¬ равляющих программ для отдельных станков и гибких производ¬ ственных участков, диагностика инструмента и оборудования, планирование производства и ряд других задач, связанных с ре¬ ализацией жизненного цикла изделий, выполняется с помощью компьютерных программ, используемых различными службами предприятия, объединенными в единую компьютерную сеть, по¬ стоянно взаимодействующую с внешними службами. До начала проектирования нового изделия изучается рынок — анализируется спрос на данное изделие и оценивается необходи¬ мая программа выпуска. 181
Жизненный цикл изделия, как правило, включает следую¬ щие этапы: 1) планирование продукта; 2) конструирование изде¬ лия и его узлов; 3) проектирование производственных процессов; 4) производство продукции; 5) маркетинг и распространение про¬ дукта; 6) использование продукта; 7) переработка и утилизация продукта. Для подготовки производства автомобилей очень важными являются этапы 2 и 3, осуществление которых обеспечивает воз¬ можность максимального удовлетворения запросов потребителей, эстетическую привлекательность, надежность, безопасность (в том числе экологическую), снижение стоимости автомобиля, т. е. те качества, которые обеспечивают успех продукции на рын¬ ке. С другой стороны, этапы 2, 3 и 4 существенно влияют на ус¬ пешное решение проблемы всех последующих этапов. Поэтому только совместная работа конструктора и технолога может обес¬ печить необходимый успех. Широкое использование информационных технологий при конструировании автомобиля и проектировании процессов его из¬ готовления — это насущная необходимость, которая обеспечива¬ ет существенное сокращение времени на конструкторскую и тех¬ нологическую подготовку производства и повышение качества проектных решений путем использования соответствующих ком¬ пьютерных программ, генерирования и анализа большого коли¬ чества вариантов проектных решений. Сегодня многие фирмы работают над созданием интегрирован¬ ных производств, сочетающих в себе информационные и производ¬ ственные технологии, так называемые кибернетические системы производства, где автоматизированы все элементы жизненного цикла изделий — от маркетинга (включая анализ требований за¬ казчиков к будущей продукции) до хранения и сбыта продукции. Цель кибернетической системы управления производством — минимизация времени поступления на рынок продукции высоко¬ го качества с момента заказа изделий. Вся конструкторская, тех¬ нологическая, управленческая и экономическая информация че¬ рез центральную базу данных моментально становится доступной всем отделам < Использование параллельного проектирования обеспечивает минимальное время подготовки всех этапов произ¬ водства и снижает себестоимость продукции. При таком управлении производством вся информация через центральную базу данных может быть мгновенно получена лю¬ бым отделом завода: инженерным, производственным, отделом сбыта и другими. 182
Использование информационных технологий и компьютерных моделей позволяет минимизировать время от начала конструирова¬ ния изделия до его получения заказчиком, что повышает конкурен¬ тоспособность производителя и укрепляет его финансовое положение. При данной организации производства возможно дистанцион¬ ное диагностирование машин, которые уже находятся в эксплуа¬ тации, а обобщенные результаты эксплуатации используются при разработке новых конструкций автомобилей. 9.3. Обеспечение высокого качества автомобилей при их производстве Направления развития технологии изготовления деталей. Проблема обеспечения высокого уровня потребительских свойств автомобильной техники, в том числе ее прочностных свойств и долговечности, непрерывно обостряется, и именно они всё в большей степени будут определять судьбу отечественных автомо¬ билей в условиях конкуренции как внутри страны, так и со сто¬ роны зарубежных производителей. Для создания высоконадеж¬ ных автомобилей необходимо выполнить два условия: 1) создать оптимальную конструкцию автомобиля и 2) обеспечить высокое качество его изготовления. Между тем решение второй проблемы зависит от большого числа факторов, в том числе и от результа¬ тов деятельности многих специалистов, и прежде всего конструк¬ торов. Именно они в первую очередь отвечают за малый ресурс, поломки и другие дефекты автомобильной техники. В то же вре¬ мя хорошая работа конструкторов на стадии проектирования не обеспечивает автоматически такие же успехи при эксплуатации изделий. Об этом свидетельствует, в частности, большой разброс долговечности деталей одного и того же наименования. Напри¬ мер, ресурс зубчатых колес автомобилей различается в 8—10 раз, предел прочности цементованных сталей при статическом изгибе изменяется от 1500 до 2400 МПа, износостойкость и контакт¬ ная выносливость таких сталей тоже изменяются в несколько раз. Можно утверждать, что на стадии изготовления замыслы конструкторов реализуются не в полной мере. Другими словами, в создании автомобильной техники, обеспечении ее высоких экс¬ плуатационных свойств, прежде всего прочности и долговечнос¬ ти, значительная роль принадлежит технологии. При создании новых изделий должны быть тщательно разработаны отдельные технологические стадии изготовления автомобиля. 183
Основными направлениями развития технологии изго¬ товления деталей являются: ♦ получение наиболее точных заготовок с приближением их по форме и размерам к готовым деталям, что целесообразно не только с точки зрения экономии металла, но и значительного уменьшения трудоемкости обработки и сокращения расходов на производство готовой продукции; ♦ применение автоматизированных станков и многолезвий¬ ных инструментов, обеспечивающих внедрение наиболее произво¬ дительных методов обработки; ♦ внедрение современных механических и термохимических методов упрочнения, что способствует повышению эксплуатаци¬ онных свойств деталей автомобилей и их надежности; ♦ разработка оптимальных технологических процессов и ши¬ рокое применение новых материалов; ♦ внедрение информационных технологий, резко сокращаю¬ щих сроки и повышающих качество проектирования технологи¬ ческих процессов. Большое влияние на процессы формирования свойств поверх¬ ности и точность деталей оказывает их конструктивная форма. Поэтому при проектировании новых деталей надо стремиться к тому, чтобы они были технологичны: не имели резких переходов, не обладали значительной разностью толщины, имели макси¬ мальную жесткость и т. д., что будет способствовать стабильно¬ му получению высокого качества при производстве заготовок, при их механической обработке, при упрочнении деталей термической обработкой, при сборке. При изготовлении и упрочнении деталей действует принцип технологической наследственности, который гласит, что оконча¬ тельные свойства деталей и изделий в целом формируются на протяжении всего производственного процесса, начиная от выбо¬ ра материала, заготовки и заканчивая сборкой. Каждая техно¬ логическая операция и каждый технологический процесс влияют на структуру и свойства материала, из которого изготавливается деталь. И, как правило, эти воздействия проявляются на после¬ дующих операциях. Например, если зубчатое колесо штамповать из неточной мерной заготовки, то это отразится на ее плотности и точности. При механической обработке неточных штампован¬ ных заготовок из-за неравномерного снятия стружки происходит неравномерный наклеп их поверхностных слоев, что при после¬ дующей термической обработке может привести к деформации го¬ товой детали. Если микроструктура заготовки после термической 184
обработки отличается грубым строением и неравномерным распре¬ делением структурных составляющих, то это, как правило, ве¬ дет к разбросу окончательных свойств (твердости, толщины уп¬ рочненного слоя) и влияет на стабильность геометрической точ¬ ности готовых деталей. Учитывая, что получение требуемых свойств деталей зависит от технологической наследственности используемых материалов, практически важно сохранять и усиливать положительные при¬ знаки этой наследственности и, естественно, предотвращать или уменьшать ее отрицательные последствия. Для современного автомобилестроения характерна широкая номенклатура изделий, отличающихся функциональными свой¬ ствами, техническими и экономическими параметрами. При этом явно просматриваются две тенденции развития производства: 1) увеличение номенклатуры выпускаемых изделий для обеспече¬ ния всех требований потребителя и 2) сокращение сроков их об¬ новления. В первом случае поставленные задачи решаются созда¬ нием конструкций изделий по блочно-модульному принципу, по¬ зволяющему из набора типовых узлов компоновать машины с различными потребительскими свойствами. Для решения задач второго направления создаются технологии, обеспечивающие вы¬ пуск различных изделий с минимальными затратами ресурсов и времени на переход от одной модели к другой (сложность изделий машиностроения возрастает примерно вдвое каждые 15—20 лет). Учитывая быстроменяющиеся требования рынка, необходимо обеспечить не только высокую производительность технологического оборудования, но и возможность его переналад¬ ки под следующее поколение разрабатываемых автомобилей. В связи с этим большое внимание необходимо уделять созданию переналаживаемых производственных систем. До появления гиб¬ ких систем автоматизация производственных процессов ограни¬ чивалась, в основном, массовым производством. Однако с умень¬ шением жизненного цикла изделий в результате научно-техничес¬ кого прогресса и с увеличением номенклатуры изготовляемой продукции возникла необходимость в создании таких произ¬ водств, которые обеспечивали бы изготовление деталей неболь¬ шими партиями при сохранении производительности, качества и себестоимости, присущих крупносерийному производству. Такие автоматизированные системы проектирования и изготовления из¬ делий особенно эффективны в условиях динамичного производ¬ ства, сопряженного с многократными переналадками технологи¬ ческого оборудования. 185
9.4. Повышение качества сборочных процессов Анализ процессов сборки. Анализ производства автомобилей показал, что имеются значительные диспропорции в развитии различных технологических процессов, которые являются тормо¬ зом для комплексной автоматизации производства. Если в заго¬ товительном и обрабатывающем производствах произошли очень большие изменения в структуре парка технологического оборудо¬ вания, что привело к существенному сокращению ручного труда и повышению качества продукции путем внедрения полуавтома¬ тов, автоматов, автоматических линий и участков, то в сбороч¬ ном производстве ручной труд остался преобладающим. Качество сборочного процесса непосредственно влияет на ка¬ чество продукции и лучше всего обеспечивается автоматической сборкой. Она исключает монотонный, физически тяжелый ручной труд, т. е. гуманизирует производственные процессы. Эти обсто¬ ятельства должны способствовать широкой автоматизации сбо¬ рочных процессов, однако до настоящего времени уровень авто¬ матизации их остается низким. Опыт промышленно развитых стран показывает, что из-за проблем с обеспечением сборочного производства квалифицированными кадрами предприятия вынуж¬ дены искать новые организационные формы сборки или проводить комплексную автоматизацию. Детальный анализ процессов сбор¬ ки и различных аспектов ее автоматизации позволил выявить главные проблемы в этой области: ♦ неприспособленность конструкций автомобилей и их со¬ ставных частей к требованиям автоматической сборки; ♦ неэффективность замены механизмами ручных операций сборки без коренного изменения их содержания; ♦ жесткие требования к точности автоматических сборочных машин и их высокая стоимость; ♦ трудности в обеспечении быстрой переналадки, гибкости, надежности сборочного оборудования. Есть немало примеров эффективного решения этих проблем, однако при автоматизации сборки риск неудачного решения на¬ много выше, чем, например, в области обработки деталей. Мо¬ жет быть, поэтому число фирм, занятых в мире изготовлением сборочных машин и линий, в десятки раз меньше, чем металло¬ обрабатывающих . Сборка — заключительный этап производственного процесса в автомобилестроении. Технологические процессы механической обработки всегда являются подчиненными технологии сборки, 186
поэтому технология производства любого изделия начинается с проработки технологии сборки. Только рассматривая двигатель как законченный агрегат, можно определить назначение каждой отдельной детали, установить для нее требуемые значения точ¬ ности размеров, шероховатость и другие требования к поверхно¬ стному слою, т. е. назначить технические условия на изготовле¬ ние и сборку агрегата. Изучив технологию сборки изделия и ра¬ боту его узлов и отдельных деталей, назначают допуски разме¬ ров на сопрягаемые поверхности и определяют метод сборки. Трудоемкость сборки составляет 25—35 % от общей трудо¬ емкости изготовления автомобиля. Анализ путей развития авто¬ матизации сборки показал, что можно сократить трудоемкость сборки на 50—55 %, улучшив технологичность конструкции со¬ бираемых изделий (17—20 %), повысив уровень автоматизации сборочных процессов (15—17 %), использовав новые технологии (Ю—12 %), усовершенствовав организационные формы сборки (около 10 %). Основные направления повышения производительности сборки устранение пригоночных работ, рациональное постро¬ ение технологического процесса, его механизация и автомати¬ зация. Конструкция автомобиля должна обеспечивать его сбор¬ ку из предварительно собранных узлов, что позволяет осуществ¬ лять параллельную сборку и испытание узлов, сокращает про¬ должительность цикла сборки. На основе анализа конструкции изделия предусматривают конструктивные изменения, упроща¬ ющие сборку, и прогнозируют перспективность производства из¬ делий (от этого зависит степень механизации и автоматизации сборки). Конструктор определяет методы обеспечения заданной точно¬ сти замыкающих звеньев размерных цепей, которые могут быть изменены, если технолог предложит более рациональный метод сборки. Уменьшение числа деталей и узлов, а также использова¬ ние стандартных деталей и узлов снижают стоимость изготовле¬ ния изделия. Нормализация крепежных и других деталей сокра¬ щает номенклатуру сборочных инструментов и позволяет более эффективно использовать средства механизации сборочных работ. Необходимо обеспечивать удобный подвод механизированцого сборочного инструмента к местам соединения деталей и легкость захвата их грузоподъемными устройствами. Кадровые и сырьевые ресурсы страны, а также огромный научно-технический потенциал Беларуси могут стать базой создания высокоэффективных конструкций автомобилей новых 187
поколений, современных производственных и информационных технологий. Уникальное географическое положение Беларуси создает пред¬ посылки создания транспортной системы высокорентабельных грузоперевозок из Европы в Россию, страны Ближнего Востока и Азию на базе собственного транспорта и развитой инфраструкту¬ ры: дорог, терминалов, гостиниц, станций обслуживания автомо¬ билей.
Раздел II Технология ремонта автомобилей
Общие положения 10 по ремонту автомобилей 10.1. Ремонт автомобилей в их жизненном цикле Система технического обслуживания и ремонта автомобилей. Жизненный цикл автомобиля состоит из частей. Это поиск и изучение рынка 1, составление технических требований к авто¬ мобилю 2, его проектирование 3 и подготовка технологических процессов и средств технологического оснащения 4, материаль¬ но-техническое обеспечение 5, производство (изготовление, конт¬ роль, испытание) 6, хранение 7, продажа 8, использование по назначению 9, техническое обслуживание 10, ремонт 11 и ути¬ лизация после использования 12 (рис. 10.1). Части жизненного цикла 1—8 закреплены за предприятиями, изготавливающими автомобили (автомобильными заводами), все остальные, в том числе несложный ремонт, — за предприятиями, использующими автомобили (автотранспортными предприятиями), и часть 11 в деле выполнения сложного трудоемкого ремонта — за авторемонт¬ ными предприятиями. Наиболее важная часть жизненного цик¬ ла автомобиля — использование его по назначению (потребле¬ ние). В национальном хозяйстве Республики Беларусь использу¬ ются десятки тысяч, а в личном пользовании — сотни тысяч ав¬ томобилей, поэтому потребность в их ремонте велика. 8 7 Рис. 10.1. Схема жизненного цикла автомобиля 190
В отличие от продукции, которая расходуется при использо¬ вании сама, автомобиль относится к продукции, которая расхо¬ дует свою способность выполнять полезную функцию. При исчер¬ пании этой способности автомобиль перестает существовать как средство производства и превращается во множество годных, под¬ лежащих восстановлению и негодных деталей. При этом исполь¬ зование первых двух групп деталей в качестве ремонтного фонда для целей вторичного производства автомобилей при определен¬ ных условиях экономически оправдано. Автомобиль может пребывать в исправном, неисправном, ра¬ ботоспособном, неработоспособном и предельном состояниях. В исправном состоянии автомобиль соответствует всем требо¬ ваниям технической документации, а если автомобиль не соот¬ ветствует хотя бы одному из этих требований, то он признается неисправным. Неисправное состояние автомобиля характеризует¬ ся накоплением критического числа повреждений в его частях. Работоспособное состояние автомобиля такое, при котором зна¬ чения всех параметров, характеризующих его способность вы¬ полнять заданную функцию, соответствуют требованиям техни¬ ческой документации. Если значение хотя бы одного из этих па¬ раметров не соответствует требованиям технической документа¬ ции, то автомобиль признают неработоспособным. Изменение состояния автомобиля в худшую сторону происхо¬ дит при его использовании. В автомобиле протекают рабочие и разрушительные процессы. Рабочие процессы обеспечивают вы¬ полнение автомобилем своей основной функции. Для разработки процессов восстановления исправного состояния автомобиля не¬ обходимы сведения о последствиях разрушительных процессов. Интенсивность рабочих fi(t) и разрушительных f2(t) процес¬ сов, протекающих в автомобиле (рис. 10.2), может быть пред- Рис. 10.2. Интенсивность рабочих fx(t) и разрушительных f2(t) процессов, протекающих в автомобиле в течение наработки t 191
ставлена двумя штриховыми кривыми. Естественно, интенсив¬ ность рабочих процессов по мере наработки t автомобиля умень¬ шается, а интенсивность разрушительных процессов — увеличи¬ вается. Если не ограничивать разрушительные процессы, то ско¬ ро наступит момент tQ, после которого автомобиль будет неспо¬ собен выполнять заданную функцию. Сдерживают рост интенсив¬ ности разрушительных процессов и уменьшают падение кривой рабочих процессов работы по техническому обслуживанию авто¬ мобилей, направленные на предупреждение и своевременное вы¬ явление неисправностей. Неисправности выявляются в результа¬ те осмотра, контроля и проверки действия механизмов, а предуп¬ реждаются за счет проведения уборочно-моечных, смазочных и крепежно-регулировочных работ. Разрывы сплошных кривых в точках графика t\, t2, •••, tt, ..., i, tn объясняются скачкооб¬ разным изменением интенсивностей обоих процессов за счет ре¬ монтных работ. Однако наступает момент, когда разрушение начинает прева¬ лировать над полезными процессами. Автомобиль в этом случае или не способен выполнять предназначенную функцию, или вы¬ полнение ее обусловлено затратами, превышающими пользу от применения автомобиля. Такое состояние автомобиля называют предельным. Площадь, ограниченная осью ординат и кривыми fi(t) и f2(t), характеризует способность А выполнять полезную функцию ав¬ томобилей, которая выражается интегралом где inp — наработка, соответствующая предельному состоянию автомобиля; п — число отрезков срока службы автомобиля. В условиях автотранспортного предприятия исправное состояние автомобилю из неисправного или неработоспособного возвращают путем технического обслуживания или несложного ремонта. При достижении автомобилем предельного состояния он мо¬ жет быть утилизирован или направлен на авторемонтное пред¬ приятие. Функции авторемонтного производства сводятся к переводу автомобилей из предельного состояния в исправное путем восста¬ новления показателей их надежности за счет наиболее полного использования остаточной долговечности деталей. Система технического обслуживания и ремонта автомоби¬ лей (согласно ГОСТ 18322—78) — это совокупность предприя¬ 192 (Ю.1)
тий и подразделений, включающих здания, сооружения, техно¬ логическое оборудование и оснастку, исполнителей и документа¬ цию, необходимых для поддержания и восстановления исправно¬ го состояния автомобилей. Эта система имеет профилактическую направленность и учитывает закономерности изнашивания авто¬ мобилей. Таким образом, в системе технического обслуживания и ремонта автомобилей предусмотрены их диагностирование (оп¬ ределение технического состояния), техническое обслуживание и ремонт, при этом техническое обслуживание осуществляется при¬ нудительно по плану, а ремонтные работы — преимущественно по потребности. Виды, методы и целесообразность ремонта автомобилей. Ремонт, автомобилей или их составных частей (согласно ГОСТ 18322—78) — это комплекс технологических операций по восстановлению их исправного или работоспособного состояния и ресурса. Ремонт автомобилей разделяют на капитальный, средний и текущий, в зависимости от степени восстановления их ресурса и вида заменяемых деталей. Капитальный ремонт возвращает ав¬ томобилю исправное состояние и восстанавливает полностью или близко к этому его ресурс с заменой или восстановлением любых его деталей, включая базовые. Средний ремонт приводит автомо¬ биль в исправное состояние с частичным восстановлением ресур¬ са и заменой или восстановлением составных частей ограничен¬ ной номенклатуры. Текущий ремонт автомобиля служит для вос¬ становления его работоспособного состояния и состоит в замене или восстановлении его неосновных частей. В свою очередь указанные виды ремонта по признаку плани¬ рования могут быть плановыми и неплановыми, а по регламен¬ тации выполнения — регламентированными и по техническому состоянию. Система плановых (профилактических) ремонтов, назначае¬ мых через определенные сроки, действует, например, в авиации, исходя из высоких требований к безотказности. Эту систему применяют для пожарных автомобилей, подвижного состава, пе¬ ревозящего опасные грузы и работающего в экстремальных усло¬ виях. На автомобильном транспорте преимущественно действует система ремонтов по потребности (при возникновении отказа), называемая системой ремонтов по потребности. Получает разви¬ тие планово-диагностическая система ремонтов (с учетом техни¬ ческого состояния автомобиля), основанная на измерении диагно¬ стических параметров автомобиля, определении неисправностей 7-135 193
и остаточного ресурса и принятии решения о сроках и объеме ре¬ монтных работ. Метод ремонта — это совокупность технологических и орга¬ низационных правил выполнения операций ремонта. Метод ремонта, выполняемого с принудительным перемеще¬ нием автомобилей или их частей с одного специализированного рабочего места на другое в определенной технологической после¬ довательности через установленные отрезки времени, называют поточным. В противном случае ремонт является тупиковым. Ремонт автомобилей выполняют силами автотранспортных предприятий, авторемонтных заводов или технических центров автомобильных заводов. Наиболее развита производственная фирма «КамАЗ-автоцентр», которая образует единый хозяйствен¬ ный механизм фирменной системы содержания автомобилей в ис¬ правном состоянии и имеет в своем составе 4 завода по ремонту агрегатов (двигателей, коробок передач, средних и задних мостов) и около 200 станций. Фирма выполняет техническое обслужива¬ ние и текущий ремонт автомобилей, а также капитальный и средний ремонт их агрегатов и систем. Головной завод по капи¬ тальному ремонту двигателей рассчитан на ремонт 100 тыс. дви¬ гателей в год, его технологическое оснащение не уступает луч¬ шим зарубежным ремонтным заводам. Станции на договорной ос¬ нове обеспечивают авторемонтные предприятия ремонтным фон¬ дом и запасными частями. По признаку принадлежности восстанавливаемых составных частей к определенному экземпляру автомобиля различают его обезличенный или необезличенный ремонт. При необезличенном методе ремонта сохраняют принадлежность частей автомобиля к определенному его экземпляру, а при обезличенном — не сохра¬ няют. Обезличенный метод ремонта, при котором неисправные агрегаты заменяют новыми или заранее отремонтированными, называют агрегатным. Необезличенный метод ремонта автомобилей становится востре¬ бованным при уменьшении объемов их ремонта и увеличении их типов и видов. Этот метод ремонта требует маркирования состав¬ ных частей автомобиля, обеспечивает их прослеживаемость, повы¬ шает ответственность за качество ремонта и предусматривает оп¬ лату за действительно выполненный объем ремонтных работ. Капитальный ремонт полнокомплектных автомобилей, требу¬ ющий их вывода из использования на длительный срок, в насто¬ ящее время ограничен. Это обусловлено тем, что рамы и кабины грузовых автомобилей и кузова легковых автомобилей обладают 194
ресурсом, равным нормативной наработке автомобиля. Агрегат¬ ный метод ремонта предусматривает замену неисправного агрега¬ та на исправный при текущем ремонте автомобиля в условиях автотранспортного предприятия. Неисправные агрегаты пройдут капитальный ремонт на авторемонтном предприятии. Для грузо¬ вых автомобилей новых моделей МАЗ, КамАЗ, ЗИЛ предусмот¬ рен капитальный ремонт только агрегатов. В зависимости от разнообразия работ, выполняемых на от¬ дельных рабочих местах, различают методы ремонта на универ¬ сальных и специализированных рабочих местах. Уточним использование понятий, применяемых в литературе по ремонту автомобилей: реставрация, восстановление и ремонт. Реставрация (лат. restauratio) — означает преобразование в пер¬ воначальный вид художественных и архитектурных произведе¬ ний, возвращение свергнутого общественного строя. Вводить этот термин в практику ремонта автомобилей нет необходимости. Тер¬ мин *восстановление» — приведение в прежнее состояние — относится к детали. Ремонт — буквально означает «перемонти¬ ровать». В свою очередь «монтаж» (фр. montage) — это подъем, сборка и установка машин и сооружений. Таким образом, ремонт относится к автомобилю или его частям, над которыми выпол¬ няют разборочные и сборочные работы. Целесообразность и необходимость ремонта автомобилей обус¬ ловлена рядом обстоятельств. 1. Ограниченные государственные запасы топлива и материа¬ лов в Беларуси не могут обеспечить достаточное воспроизводство парка автомобилей силами автомобильных заводов и наряду с их сохранением требуют развития авторемонтного производства, ко¬ торое сберегает много живого и овеществленного труда. Только за счет исключения металлургического процесса при восстановле¬ нии одной тонны стальных деталей экономят 180 кВт-ч элект¬ роэнергии, 0,8 т угля, 0,8 т известняка и 175 м3 природного газа. 2. Различные детали и узлы автомобилей имеют неодинако¬ вую долговечность. Если автомобиль спроектирован как устрой¬ ство с равноресурсными элементами, то он не может реализовать это свойство в разных условиях эксплуатации. Составные части автомобиля отказывают в разные моменты времени, поэтому по¬ требность в ремонте возникает в различное время его использо¬ вания. Ремонт обеспечивает нормативную безотказность автомо¬ билей в течение срока их службы. 3. Ремонт автомобилей позволяет использовать сохранившую¬ ся потребительскую стоимость в виде остаточной долговечности их 195
деталей. Досрочная замена автомобиля приводит к потере его не¬ использованной стоимости. 4. Ремонт, проводимый совместно с модернизацией, позволя¬ ет значительно сблизить сроки физического и морального изна¬ шивания автомобилей, повысить их технический уровень или приспособить к новым требованиям при использовании. Модер¬ низация заключается в использовании более совершенных агре¬ гатов или их частей, выпускаемых автомобильными заводами, и проведении ряда мероприятий авторемонтным предприятием. Примеры таких мероприятий следующие: замена карбюраторно¬ го двигателя дизелем для уменьшения эксплуатационных затрат; установка более совершенных агрегатов системы питания, смаз¬ ки и электрооборудования для повышения экономичности и на¬ дежности; использование пятиступенчатой коробки передач вме¬ сто четырехступенчатой для повышения динамики легкового ав¬ томобиля; замена брезентового тента кузова легкового автомоби¬ ля высокой пластмассовой крышей для повышения комфорта¬ бельности; упрочнение быстроизнашиваемых деталей для уравни¬ вания их наработки с наработкой других деталей; коррозионная защита элементов кузова для повышения его долговечности. 5. Ремонт автомобилей экономически целесообразен. Около четверти деталей ремонтного фонда не изношены или изношены в допустимых пределах и могут быть использованы повторно, а около половины деталей могут быть использованы после восста¬ новления при его себестоимости 15—30 % от цены новых дета¬ лей. Восстановление деталей сохраняет большое количество ма¬ териалов, энергии и труда. В учебнике приведены процессы и средства капитального ре¬ монта автомобилей. Элементы капитального ремонта присутству¬ ют при среднем и текущем ремонтах автомобилей. 10.2. Ремонтный фонд автомобиля Изнашивание деталей во времени. Техническое состояние ав¬ томобиля в наибольшей степени определяется состоянием его ча¬ стей — деталей, которые во время его длительного использова¬ ния приобретают множество дефектов в результате действия раз¬ ных видов нагрузок и изнашивания, окружающей среды и вре¬ мени. Некоторые сочетания дефектов обусловливают предельное состояние деталей. Знание природы достижения деталями этого состояния позволяет обоснованно назначать мероприятия по по¬ вышению их долговечности. 196
Основная доля (80—90 %) деталей в составе соединений с дру¬ гими деталями достигает предельного состояния по причине изна¬ шивания. В результате этого процесса происходит разрушение и отделение материала с поверхности твердого тела и (или) накоп¬ ление его остаточной деформации. Указанные явления приводят к постепенному изменению размеров и (или) формы деталей. Интенсивность изнашивания трущегося соединения в течение срока службы существенно изменяется (рис. 10.3). Во время при¬ работки соединения наблюдается его повышенное изнашивание. Затем эта интенсивность стабилизируется и сохраняется длитель¬ ное время, соответствующее нормальной эксплуатации. И, нако¬ нец, при достижении предельного зазора в соединении Snp в нем появляются стуки при работе, нарушаются расчетные условия смазки, а интенсивность изнашивания растет вплоть до отказа соединения. Рис. 10.3. Зависимость зазора S в соединении деталей от наработки t: 1—2, 2—3 и 3—4 — участки приработки, нормальной и аварийной эксплуатации Межремонтный срок службы соединения (fM, ч) определяют по прямолинейному участку кривой изнашивания: Snp-SH *м=-^т ", (10.2) tga где S„ — начальный зазор приработанного соединения, мм; tga — интенсивность изнашивания соединения (увеличение зазо¬ ра в течение 1 ч наработки). Для текущего момента времени tT в пределах прямолинейно¬ го участка кривой изнашивания можно записать: 197
*т-Л=^-^> (Ю-З) tga где ST — текущее значение зазора в сопряжении; tH — наработка соединения до достижения зазора SH. Тогда остаточный ресурс соединения t0CT <10-4> tga где tM — эксплуатационная наработка. Значение tga можно определить по формуле tga = . (10.5) <*т-*н) Виды изнашивания и коррозионных разрушений. До 85 % де¬ талей теряют работоспособность при износах, не превышающих 0,2—0,3 мм. В зависимости от условий трения и активности окру¬ жающей среды имеют место основные виды изнашивания: механи¬ ческое, коррозионно-механическое и молекулярно-механическое. Механическое изнашивание происходит в результате механи¬ ческих воздействий. Основные виды этого изнашивания следую¬ щие: абразивное, усталостное, кавитационное и эрозионное. Абразивное изнашивание материала происходит в результате режущего или царапающего действия на него твердых частиц, находящихся в свободном или закрепленном состоянии. Абразивные частицы размером 1—30 мкм всегда присутству¬ ют в воздухе, смазочном материале и на трущихся поверхностях. Такими частицами являются продукты изнашивания, твердые частицы оксидов, частицы нагара и др. В зависимости от вида среды (жидкость или газ), перемещающей эти частицы, различа¬ ют следующие виды абразивного изнашивания — гидроабразив¬ ное и газоабразивное. Скорость абразивного изнашивания зависит от контактных напряжений, относительной скорости частиц и направления их потока к рабочей поверхности детали, твердости частиц и мате¬ риала изнашиваемой поверхности, структуры материала. Технологические способы повышения стойкости к механичес¬ кому изнашиванию сводятся к выбору материала трущихся по¬ верхностей, его структуры и твердости. Многие детали под действием знакопеременной нагрузки под¬ вергаются усталостному изнашиванию и разрушению и утрачи¬ вают в работе часть усталостной прочности. Критическим напря¬ жением при усталости является предел выносливости. Этот па¬ 198
раметр, в отличие от других прочностных характеристик (преде¬ лов упругости, текучести и прочности), во многом зависит от со¬ стояния поверхности детали. Разрушению металлических деталей при усталости предшеству¬ ют процессы зарождения и распространения усталостных трещин. Первые микротрещины размером порядка 1 мкм появляются в процессе циклического пластического деформирования матери¬ ала в результате его текучести и упрочнения. Это упрочнение вызвано накоплением дислокаций, вакансий кристаллической ре¬ шетки и их перемещением к границам зерен. Циклическое упроч¬ нение завершается микротрещинами, размеры которых сопоста¬ вимы с размерами зерен материала. Повреждения на этой стадии приобретают необратимый характер. Кроме того, происходят фа¬ зовые превращения (например, образование мартенсита деформа¬ ции в метастабильных аустенитных сталях), процессы возврата или старения. Распространение усталостных трещин включает медленный, стабильный и ускоренный их рост. Таким образом, начиная с первых циклов нагружения дета¬ ли, в ее материале происходит эволюция дислокационной струк¬ туры. Результат изменения проявляется в виде магистральной трещины. В зависимости от расстояния от вершины этой трещи¬ ны до рассматриваемого участка материала изменяется его на¬ пряженное состояние и формируется новая структура. Эта струк¬ тура мелкоячеистая у самой вершины трещины, далее она имеет вид дислокационных стенок и завершается полосовой и венной структурами, дислокационными петлями и скоплениями. В поверхностных слоях материала имеются и нераспростра- няющиеся трещины размером 10—120 мкм. Усталостное повреждение (рис. 10.4) возникает в локальной зоне, близкой к точке возникновения начальной микротрещины К этой зоне примыкает участок развития трещины с характер¬ ными линиями, волнообразно расходящимися от очага разрушения. Следующий участок ускоренного развития трещины образуется в течение нескольких циклов, предшествующих окончательному раз¬ рушению. Зона долома имеет признаки хрупкого разрушения. Выделяют контактную усталость поверхностных слоев, кото¬ рая возникает при трении качения и называется «питтинг», и ус¬ талостное изнашивание при трении скольжения, хотя усталост¬ ная природа разрушения в обоих случаях одинакова. Кавитационное изнашивание — это разрушение материала при соприкосновении его с движущейся жидкостью, в которой 199
5 Рис. 10.4. Усталостный излом: 1 — фокус излома и очаг разрушения; 2 — вторичные ступеньки и рубцы; 3 — усталостные линии; 4 — зона ускоренного развития трещины; 5 — зона долома возникают полости, заполненные паром, газом или их смесью. Так изнашиваются крыльчатки насосов, водоохлаждаемые гиль¬ зы цилиндров и другие детали или элементы. Интенсивность кавитационного изнашивания возрастает при увеличении скорости жидкости. При завихрении сплошной поток жидкости разрывается, из- за локального уменьшения давления в нем образуются парогазо¬ вые пузыри размером порядка десятых долей миллиметра. За 0,002 с кавитационный пузырек может вырасти до 6 мм в диа¬ метре и разрушиться в течение 0,001 с. За одну секунду на пло¬ щади в 1 см2 могут образоваться и разрушиться более 30 млн та¬ ких пузырьков. Исчезновение (захлопывание) пузырьков сопровождается по¬ вышением давления, конденсацией паров и растворением газов. Движение жидкости с большим ускорением в полость исчезающе¬ го пузырька создает гидравлические удары с вибрацией поверх¬ ностей деталей. Кавитационная стойкость материала определяется его соста¬ вом и структурой. Повышение содержания углерода в сталях до 0,8 % увеличивает ее. Пластинчатый перлит более стойкий к ка¬ витации, чем зернистый. Введение никеля и хрома в сталь по¬ вышает эту стойкость. Наиболее стойким является низколегиро¬ ванный чугун (1 % Ni и 0,3 % Мо) с шаровидным графитом. За¬ калка ТВЧ, цементация, поверхностное упрочнение, наплавка твердых сплавов уменьшают кавитационное изнашивание. 200
Эрозионное изнашивание — это механическое изнашивание поверхности в результате воздействия на нее потока жидкости и (или) газа. Так разрушаются детали вентилей и клапанов. Электроэрозионное изнашивание усложняется разрушением поверхности детали в результате воздействия разрядов при про¬ хождении электрического тока. Изнашивание сопровождается пе¬ реносом ионов материала и появлением оксидных пленок. Интен¬ сивность изнашивания зависит от плотности тока, электрическо¬ го сопротивления и скорости перемещения контакта, механи¬ ческой нагрузки, температуры поверхностей и вида материала де¬ талей. Коррозионно-механическое изнашивание происходит в резуль¬ тате механического воздействия, которое сопровождается хими¬ ческим и (или) электрическим взаимодействием материала со сре¬ дой. Так изнашиваются выпускные клапаны двигателей внутрен¬ него сгорания и другие детали. Видами коррозионно-механического изнашивания является окислительное изнашивание, при котором основное влияние на изнашивание оказывает химическая реакция материала с кисло¬ родом или окисляющей средой, и изнашивание при фреттинг- коррозии. Окислительное изнашивание характеризуется образованием и разрушением вторичных структур в поверхностных слоях детали при их нагружении и трении. При этом на поверхности трения образуются твердые растворы или химические соединения с кис¬ лородом, водородом или азотом. Механизм окислительного изнашивания включает три ста¬ дии: ♦ непосредственный механический контакт трущихся поверх¬ ностей или через среду и образование тонкого слоя деформиро¬ ванного активированного металла; ♦ химическую реакцию образовавшегося слоя с активными элементами среды и образование вторичных структур толщиной 0,01—0,02 мкм с низкой механической прочностью; ♦ механическое разрушение и удаление вторичных структур. На ювенильных поверхностях практически мгновенно образуют¬ ся новые структуры, которые затем также разрушаются. Повышение износостойкости в условиях окислительного из¬ нашивания происходит за счет повышения химической стойкос¬ ти и твердости поверхностного слоя деталей. Изнашивание при фреттинг-коррозии — это вид изнашива¬ ния соприкасающихся тел при колебательных относительных 201
перемещениях, не превышающих размеров пятен фактического контакта. Механизм изнашивания при фреттинг-коррозии следующий: ♦ пластическое деформирование выступов шероховатости, по¬ вышение контактных температур, разрушение пленок оксидов, адгезионное схватывание поверхностей, срезание образовавших¬ ся связей, усталостные явления. Разрушившиеся выступы быст¬ ро окисляются кислородом воздуха; ♦ инкубационное накопление усталостных повреждений, уменьшение скорости изнашивания вследствие адсорбции на про¬ дуктах изнашивания кислорода и влаги; ♦ поверхностно-усталостное разрушение. Фреттинг-коррозия развивается на поверхностях соединений с натягом, контактных поверхностях шарнирных механизмов. При этом ослабляется натяг поверхностей или происходит их заклинивание, если продукты изнашивания не выходят из зоны контакта. Уменьшение или предотвращение фреттинг-коррозии достига¬ ется конструктивными и технологическими методами. Первое на¬ правление заключается в увеличении натяга в соединениях, ис¬ пользовании демпфирующих устройств, применении жидких и твердых смазочных материалов. Второе направление включает упрочнение поверхностей пластическим деформированием или термической обработкой, нанесение электрохимических или по¬ лимерных покрытий. Изнашивание при заедании — это вид молекулярно-механи- ческого изнашивания в результате схватывания трущихся поверх¬ ностей, глубинного вырывания материала, переноса его с одной поверхности трения на другую и абразивного воздействия возник¬ ших неровностей на сопрягаемую поверхность, сопровождающе¬ гося выделением теплоты. Обязательным условием этого вида из¬ нашивания является разрушение оксидных и масляных пленок, разделяющих поверхности, сближение ювенильных поверхностей до расстояния действия межатомных сил. Явление имеет место при работе шеек валов в подшипниках скольжения при перегруз¬ ке и недостатке смазочного материала. Заедание в неподвижных сопряжениях объясняется образовани¬ ем оксидных пленок и соединением их кристаллических решеток. Деформация деталей проявляется в виде изменения формы поверхностей и параметров их взаимного расположения. Это про¬ исходит под действием релаксации внутренних напряжений и в результате длительных эксплуатационных нагрузок при рабочей 202
температуре механизма. Повреждение характерно для корпусных деталей и длинных валов. Например, блоки цилиндров двигате¬ лей, поступившие на восстановление, имеют увеличенную несо- осность коренных опор в 2—4 раза по сравнению с исходной. Внутренние напряжения, возникающие при изготовлении, эк¬ сплуатации и восстановлении деталей, распределяются в объеме детали неравномерно. При деформировании кристаллических тел, приводящем к повышению внутренних напряжений, всё большее число зерен участвует в процессе. Когда внешняя нагрузка сни¬ мается, зерна, оставшиеся в различном упругопластическом со¬ стоянии, не способны возвратить весь объем детали в исходное состояние вследствие анизотропии кристаллов. Коррозия поверхностей — это результат их химического или электрохимического взаимодействия с коррозионной средой. В зависимости от условий протекания различают много видов коррозии: атмосферную, щелевую, питтинговую, контактную, ка¬ витационную и др. Коррозии подвержены детали кузовов, бунке¬ ров и др. Атмосферная коррозия — это вид электрохимической корро¬ зии, возникающей при непосредственном воздействии влажной атмосферы на металл. Щелевая коррозия имеет место по причи¬ не большого количества щелей и зазоров в конструкции кузова. Питтинговая коррозия начинается в местах разрушения лако¬ красочного покрытия щебнем. Язвы коррозии занимают неболь¬ шую площадь, но имеют большую глубину. Контактная корро¬ зия приводит к разрушению металла в результате соприкоснове¬ ния деталей из разнородных материалов. Процесс ускоряется при трении и вибрации. Прочность панели уменьшается при этом на 40 %. Кавитационному разрушению подвергаются те детали (например, днища кузовов), которые оказываются под воздей¬ ствием воды. По типу коррозионного разрушения различают общую и мест¬ ную коррозию. Общая коррозия протекает на большой поверхно¬ сти панелей с одной скоростью. Этот тип коррозии поражает уча¬ стки металла (надколесных дуг, стоек) с разрушенным покрыти¬ ем и увлажненных. Местная коррозия развивается с большой скоростью и приводит к образованию сквозных отверстий, точек или нитей. Старение материала — это процесс изменения состава и стро¬ ения, а следовательно, и свойств материалов, происходящий в течение длительного времени при рабочей температуре деталей. Старение характеризуется переходом материала из метастабильного 203
состояния в стабильное. Старение металлов включает аллотро¬ пическое и мартенситное превращения, распад мартенситной структуры, образование и распад пересыщенных твердых раство¬ ров, их упорядочение и разупрочнение и ряд других процессов. Быстро стареют лакокрасочные покрытия и пластмассовые де¬ тали. Дефекты деталей закономерно возникают под влиянием раз¬ личных факторов. Как правило, у одноименных деталей наблю¬ дается несколько различных дефектов, которые образуют статис¬ тически устойчивые сочетания. В составе агрегатов автомобиля имеются также детали с за¬ боинами, обломами и трещинами аварийного характера как ре¬ зультат неумелой или небрежной его эксплуатации. Объемы ремонтного фонда деталей. Только 6—8 % деталей автомобилей с неустранимыми дефектами подлежат утилизации. Эти детали подлежат обязательной замене. Остальные детали, не имеющие дефектов (25—30 %), используют без восстанови¬ тельных воздействий, а детали, имеющие устранимые дефекты (40—50 %), могут быть восстановлены. Большая доля деталей, требующих восстановления, обусловливает целесообразность это¬ го процесса. 10.3. Требования к отремонтированным автомобилям Автомобиль, прошедший ремонт, должен быть установленной комплектности, а значения его основных параметров, описываю¬ щих состояние деталей, агрегатов и автомобиля в сборе, долж¬ ны соответствовать технической документации. В большинстве случаев в ремонт принимают и соответствен¬ но выпускают из ремонта полнокомплектные автомобили. Одна¬ ко, например, для грузовых автомобилей установлены две комп¬ лектности: полная и неполная (без платформы, фургона и дета¬ лей крепления их к раме). Для двигателей также существуют две комплектности: первая (полная) и вторая (неполная) без прибо¬ ров электрооборудования и питания. Качество восстановленных деталей и отремонтированных сбо¬ рочных единиц, агрегатов и автомобилей определяется показате¬ лями (свойствами) (табл. 10.1), значения которых регламенти¬ рованы руководствами по капитальному ремонту автомобилей и их агрегатов. Показатели качества деталей в большой степени определяют показатели сборочных единиц и агрегатов, а послед¬ ние в свою очередь — показатели автомобилей. 204
Таблица 10.1 Восстанавливаемые свойства автомобилей и их составных частей Объекты Восстанавливаемые свойства Детали Чистота поверхностей Химический и структурный состав материала Износостойкость поверхностей Прочность элементов, воспринимающих статические на¬ грузки Усталостная (циклическая) прочность Жесткость Герметичность стенок Взаимное расположение и форма элементов Линейные и угловые размеры Шероховатость рабочих поверхностей Масса и ее распределение относительно осей вращения и инерции Коррозионная стойкость Сборочные единицы Замыкающие размеры Масса и ее распределение относительно осей вращения и инерции Сборочные усилия и моменты Агрегаты Замыкающие размеры Сборочные усилия и моменты Герметичность стыков Коррозионная стойкость У равновешенность Приработанность поверхностей трущихся соединений Шум при работе Температура стенок корпусной детали Расход и давление сред Параметры процессов (перемещение, скорость, ускоре¬ ние, время и др.) Моменты на валах Выделение вредных веществ Автомобили Относительное расположение частей Сборочные усилия и моменты Коррозионная стойкость листовых панелей Толщина, состав, прочность и гладкость лакокрасочных покрытий Тяговые свойства Топливная экономичность Динамические свойства Плавность хода У правляемость 205
Показатели подразделяют на функциональные и ресурсные. Функциональные показатели характеризуют работоспособность изделий, а ресурсные — степень восстановления их ресурса. Нор¬ мативные значения функциональных показателей являются ог¬ раничениями, которые в свою очередь обеспечивают не менее чем 80%-ную послеремонтную наработку автомобилей от наработки новых изделий. Задачи технологов при разработке технологических процессов ремонта автомобилей и цехового персонала при реализации этих процессов состоят в достижении нормативных значений установ¬ ленных показателей с наименьшим расходом материальных, тру¬ довых и энергетических ресурсов.
Основы организации авторемонтного производства 11.1. Производственный процесс ремонта автомобилей Определение и содержание процесса. Производственный процесс ремонта автомобилей — это совокупность всех действий людей и средств ремонта, необходимых на данном предприятии для превращения автомобилей из состояния ремонтного фонда в состояние товарной продукции (рис. 11.1). Производственный процесс авторемонтного завода охватыва¬ ет доставку, приемку, консервацию и хранение ремонтного фон¬ да, обеспечение производства материалами и запасными частями, их складское хранение и распределение, работы по обеспечению теплом, энергией, воздухом, холодом и другими ресурсами, а так¬ же по ремонту и обслуживанию зданий, сооружений и средств технологического оснащения, все технологические воздействия на ремонтируемые изделия, хранение и сбыт отремонтированных агрегатов или автомобилей. Технологические процессы ремонта — это части производ¬ ственного процесса, которые содержат действия по изменению со¬ стояний ремонтируемых изделий и последующему определению этих состояний. Под операцией ремонта понимают законченную часть техно¬ логического процесса, выполняемую на одном рабочем месте ра¬ бочими определенной специальности и квалификации. Владелец автомобиля подготавливает его и доставляет на ав¬ торемонтное предприятие. Здесь определяют объем ремонтных ра¬ бот, назначают вид и метод ремонта и документально оформля¬ ют передачу автомобиля. Если отрезок времени между приемкой автомобиля в ремонт и самим ремонтом превышает один месяц, то автомобиль консервируют и направляют на склад (площадку) ремонтного фонда. 207
В утиль Рис. 11.1. Схема производственного процесса ремонта автомобилей 208
Затем автомобиль перемещают на разборочно-очистной учас¬ ток с помощью лебедки или тягача. Перед очисткой с автомобиля снимают сидения, приборы электрооборудования и питания, которые направляют на специ¬ ализированные участки их ремонта. Очистные и разборочные технологические операции, сменяя друг друга, превращают автомобиль во множество деталей, кото¬ рые подлежат сортировке на три группы: годные, требующие вос¬ становления и негодные. Сортировочные работы выполняют на участке определения технического состояния деталей. Сортиров¬ ке подлежат все детали разобранного автомобиля, рассмотренные соответствующим руководством по его капитальному ремонту. Годные к использованию детали без дальнейшей доработки на¬ правляют на комплектовочный участок. Детали, которые имеют устранимые дефекты и подлежат восстановлению, являются ис¬ ходными заготовками, их направляют в склад накопления. Де¬ тали, имеющие неисправимые дефекты, признают утильными и направляют на участок переработки металлолома. Исходные заготовки в складе накопления объединяют в груп¬ пы с одинаковыми сочетаниями дефектов и в виде партий направ¬ ляют на соответствующие участки восстановления деталей. Восстановление деталей — основной источник эффективнос¬ ти авторемонтного производства и его основа. На специализированных участках по восстановлению отдель¬ ных деталей исходные заготовки превращают в ремонтные заго¬ товки путем создания припусков на обработку восстанавливае¬ мых элементов. Припуски получают из материала исходной за¬ готовки или материала, закрепленного на ее поверхности. Мате¬ риал самой детали может быть использован для обработки под ремонтный или номинальный размер. В последнем случае пред¬ варительно перемещают материал детали путем пластического де¬ формирования из неизнашиваемого объема в зону износа. Авто¬ ремонтное производство располагает различными способами со¬ здания припусков на обработку из материала, закрепленного на восстанавливаемых поверхностях. Эти способы включают уста¬ новку дополнительных ремонтных деталей (ДРД), наплавку, на¬ пыление, нанесение химических и электрохимических покрытий и другие. Создание припусков в отдельных случаях совмещают с упрочнением восстанавливаемых элементов. Ремонтные заготовки проходят механическую и термическую обработку, в результате которой они превращаются в детали пу¬ 209
тем обеспечения необходимых взаимного расположения, формы, размеров и шероховатости поверхностей, а также требуемых физико-механических свойств материала. В конце процесса восстановления у деталей измеряют параметры, приведенные в карте технического контроля. Восстановленные детали поступают на комплектовочный уча¬ сток. Здесь формируют сборочные комплекты деталей, из кото¬ рых будут состоять отдельные агрегаты. В эти комплекты вхо¬ дят детали годные без восстановления, восстановленные, а так¬ же приобретенные запасные части. Детали, входящие в соедине¬ ния, подбирают друг к другу по размерам. Некоторые одноимен¬ ные детали должны иметь одинаковую массу. Ряд вращающихся изделий проходит статическую или динамическую балансировку. Целые сборочные комплекты деталей подают на универсаль¬ ные сборочные рабочие места, а части этих комплектов на по¬ зиции сборочного конвейера. При сборке обеспечивают точность замыкающих размеров сборочных единиц с контролем значений моментов затяжки резьбовых соединений, а в необходимых слу¬ чаях — усилий запрессовывания деталей. Собранные агрегаты окрашивают с целью придания им товар¬ ного вида и защиты от вредного влияния окружающей среды. Затем их направляют на участок обкатки. Двигатели, например, приводят вначале от постороннего источника энергии, а затем заводят, постепенно увеличивая нагрузку до максимальной по ус¬ тановленной программе. Соединения, таким образом, прирабаты¬ вают и готовят к эксплуатационному нагружению. В заключение обкатки агрегаты испытывают под нагрузкой. При этом измеря¬ ют значения рабочих параметров и сопоставляют их с норматив¬ ными, а сами агрегаты осматривают и прослушивают. На некоторые поверхности автомобильного кузова наносят противокоррозионное покрытие, а затем кузов окрашивают. Собранный автомобиль также обкатывают и испытывают. По результатам испытаний принимают решение о его продаже. Если были выявлены дефекты, то их устраняют, а автомобиль направ¬ ляют на повторные (возможно, сокращенные) сдаточно-приемоч¬ ные испытания. Автомобиль, принятый ОТК, консервируют и сдают на склад готовой продукции. Выше описаны технологические процессы производственных участков, специализированных по технологическому признаку. Однако ряд частей автомобиля (узлы и приборы систем питания, электрооборудования, гидравлических систем, рамы, радиаторы, сидения и др.) с разборочного участка направляют для ремонта 210
на производственные участки, специализированные по предметно¬ му признаку. Эти части после своего ремонта поступят на учас¬ ток общей сборки автомобиля. Отличительные признаки ремонта автомобилей. Выяснение общих признаков ремонта (вторичного производства) автомоби¬ лей и их изготовления (первичного производства), а также отЛи- чий соответствующих производств друг от друга необходимо для заимствования прогрессивных средств оснащения, технологичес¬ ких процессов и организационных форм и определения специфич¬ ных путей развития авторемонтного производства. Особенности ремонта автомобилей обусловлены: ♦ наличием разборочного процесса; ♦ большим числом состояний деталей ремонтного фонда. ♦ определением технического состояния деталей ремонтного фонда и их сортировкой; ♦ отличием способов восстановления деталей от способов их изготовления; ♦ сборкой автомобилей в значительной мере из уже работав¬ ших деталей (восстановленных и годных без восстановления), которые по значениям отдельных параметров отличаются от но¬ вых деталей. Авторемонтное производство отличается от производства ав¬ томобилей исходными заготовками и меньшими производствен¬ ными мощностями (табл. 11.1). Таблица 11.1 Сопоставление основных признаков предприятий по изготовлению автомобилей и их ремонту Признаки Производство автомобилей Ремонт автомобилей 1 2 3 Цель Создание парка автомо¬ билей (первичное про¬ изводство) Устранение неисправно¬ стей и восстановление ресурса парка автомоби¬ лей (вторичное произ¬ водство) Исходный предмет труда Материалы, полуфабри¬ каты Ремонтный фонд авто¬ мобилей Источник заготовок Заготовительные произ¬ водства: литейное, куз¬ нечное, штамповочное Разборочно-очистной участок 211
Окончание таблицы 11.1 1 2 3 Число состояний Одно Больше одного Производственный участок по определе¬ нию технологических маршрутов изготовле¬ ния или восстановле¬ ния деталей Отсутствует Участок сортировки де¬ талей Способ создания при¬ пуска на обработку Формой заготовки Нанесением покрытий, перемещением материа¬ ла, использованием по¬ верхностного слоя детали Объемы и тип произ¬ водства Сотни тысяч единиц, массовое Десятки тысяч единиц, серийное Оборудование Специальное, специали¬ зированное Специализированное, универсальное Детали для сборки автомобилей После изготовления Годные после разборки, восстановленные, изго¬ товленные, приобретен¬ ные Детали новых автомобилей изготавливают из материальных полуфабрикатов, обладающих определенной формой и размерами. Исходные заготовки ремонта — это загрязненные и изношенные детали из ремонтного фонда автомобилей. Дефекты одноименных элементов деталей описываются различными значениями пара¬ метров, которые могут быть допустимыми и предельными. Соче¬ тание этих дефектов и обусловливает различную остаточную дол¬ говечность деталей. Большое количество состояний деталей ре¬ монтного фонда требует группирования заготовок с подобными сочетаниями дефектов, формирования партий заготовок с таки¬ ми сочетаниями и запуск их на восстановление партиями. В ряде случаев исходные заготовки ремонта не имеют припус¬ ков на обработку не только под номинальные, но и под ремонт¬ ные размеры, что приводит к необходимости создания припусков на изношенных поверхностях. Эти припуски необходимы для восстановления физико-механических свойств, шероховатости, размеров, формы и расположения поверхностей путем их меха¬ нической и термической обработки. Ремонтируемые агрегаты предварительно комплектуют из де¬ талей, имеющих допустимые износы (без восстановления), восста¬ новленных и новых (запасных частей), а затем собирают. 212
Меньшие объемы выпуска продукции отдельными авто¬ ремонтными заводами объясняются большим количеством ав¬ торемонтных предприятий по сравнению с числом автозаводов и их ведомственной разобщенностью. Этим в свою очередь объясняется и недостаточная оснащенность операций ремонта как по количеству, так и по техническому уровню оборудова¬ ния. Авторемонтные предприятия оснащены в 4—6 раз хуже автозаводов. Распространенное оборудование в авторемонт¬ ном производстве — универсальное и специализированное. Спе¬ циальное оборудование здесь исчисляется единицами. На авто¬ заводах распространено оборудование специализированное и специальное. Таким образом, отличие авторемонтного производства от про¬ изводства автомобилей обусловливается следующими причинами: ♦ наличием специализированных производств (разборки, очи¬ стки, определения технического состояния деталей, создания ре¬ монтных заготовок, комплектования сборочных рабочих мест де¬ талями различных категорий), которым нет аналогов в автомо¬ бильной промышленности; ♦ необходимостью пред- и послеремонтного диагностиро¬ вания агрегатов, как неразрушающего и безразборного опреде¬ ления их неисправностей, качества ремонта и остаточного ре¬ сурса; ♦ наличием технологических процессов, присущих только ав¬ торемонтному производству (очистка от эксплуатационных заг¬ рязнений поверхностей деталей ремонтного фонда, разборка агрегатов после их длительной эксплуатации, нанесение восста¬ новительных покрытий, восстановление жесткости, усталостной прочности и герметичности деталей); ♦ большим количеством состояний исходных заготовок; ♦ отсутствием в авторемонтном производстве стадии отработ¬ ки изделий на технологичность, так как в качестве чертежей из¬ делий применяют разработки автозаводов с небольшими измене¬ ниями; ♦ различными производственными возможностями рассматри¬ ваемых предприятий, хотя значения показателей качества товар¬ ной продукции должны быть одинаковы; ♦ большой потребностью в создании переналаживаемых средств технологического оснащения и необходимостью изготов¬ ления большого количества технологической оснастки на универ¬ сальное оборудование. 213
11.2. Авторемонтные предприятия и подразделения Виды предприятий и подразделений по ремонту автомоби¬ лей. Отрасли машиностроения, как правило, не ремонтируют свои выпущенные изделия. Сложившаяся практика использования машин такова, что эту функцию выполняют отрасли, потребля¬ ющие машины. В зависимости от структурной принадлежности, объемов про¬ изводства, видов ремонтируемых изделий, производственных воз¬ можностей и сложности выполняемых работ ремонтное производ¬ ство существует в виде: ♦ участков текущего ремонта техники ремонтных предприятий; ♦ универсальных или специализированных мастерских теку¬ щего и среднего ремонта; ♦ станций технического обслуживания и текущего ремонта; ♦ технических центров машиностроительных заводов по тех¬ ническому обслуживанию и ремонту своей техники; ♦ заводов по капитальному ремонту машин и их агрегатов. Специализированное ремонтное производство Республики Бе¬ ларусь включает более чем 40 ремонтных заводов областного или республиканского подчинения, по существу выполняющих вто- ричное производство машин на принципах полной или групповой взаимозаменяемости. Ремонтные предприятия специализированы по предметному признаку, они ремонтируют технику определен¬ ного вида и комплектности. Различные заводы ремонтируют ав¬ томобили, тракторы, комбайны, тепловозы, вагоны, суда, само¬ леты, бронетехнику, металлорежущие станки и другие машины, а также их агрегаты. Ремонтные заводы принадлежат министер¬ ствам сельского хозяйства и продовольствия, транспорта и ком¬ муникаций, обороны и другим ведомствам. Самое большое ремон¬ тно-обслуживающее производство в Республике Беларусь нахо¬ дится в составе Министерства сельского хозяйства и продоволь¬ ствия. Оно обслуживает около 30 % автомобилей общего пользо¬ вания. Авторемонтное производство представляет собой множество промышленных предприятий, которые осуществляют капиталь¬ ный ремонт автомобилей. Авторемонтные заводы (предприятия), специализированные по ремонту автомобилей отдельных марок, предназначены для наиболее сложного и трудоемкого капитального ремонта и наи¬ более оснащены. На авторемонтных заводах имеются технологи¬ 214
ческие процессы, действующие в ранее перечисленных зонах, ма¬ стерских, станциях и центрах. Авторемонтное предприятие — это система производствен¬ ных зданий и сооружений, технологического оборудования и ос¬ настки, исполнителей и технической документации, способная выполнять капитальный ремонт автомобилей одной или несколь¬ ких марок и (или) их агрегатов. Структура авторемонтного предприятия. Производственная структура авторемонтного предприятия — это состав его произ¬ водств, цехов, участков и служб с указанием связей между ними. Назначение, структура, функции и производственная мощность авторемонтного предприятия определяются видами, содержанием и объемом выполняемых работ. Для выполнения своих функций авторемонтное предприятие имеет в своем составе основное, вспомогательное и обслуживаю¬ щее производства и заводоуправление. Основное производство — это множество производственных цехов (участков) с обеспеченными документацией исполнителя¬ ми и средствами технологического оснащения, которые непос¬ редственно воздействуют на ремонтируемые изделия. Основное производство занято выпуском продукции для продажи или об¬ мена. В основном производстве применяют цеховую, участковую или комбинированную структуры. Структуру первого вида используют на крупных предприятиях с числом работающих свыше 500 человек. В этом случае предприятие, в зависимос¬ ти от его специализации и кооперации с другими заводами, со¬ стоит из 3—5 самостоятельных цехов с числом работающих в каждом цехе 125—300 человек. Цехи состоят из участков. В структуре управления цехом имеются начальник цеха, на¬ чальники смен, старшие мастера, мастера и бригадиры. Заво¬ ды с числом работающих менее 500 человек имеют в своем со¬ ставе только участки, которые возглавляются старшими мас¬ терами. Организационная структура предприятия зависит от числен¬ ности работающих, стоимости производственных фондов, видов, сложности и объемов выпускаемой продукции. Производственный участок — это структурная составляю¬ щая предприятия или цеха, которая состоит из множества рабо¬ чих мест и предназначена для выполнения отдельного техноло¬ гического процесса или комплекса работ по ремонту отдельных 215
агрегатов. В первом случае производственный участок организо¬ ван по технологическому признаку, во втором — по предметно¬ му. Технологическая специализация участков более прогрессив¬ ная, чем предметная. Состав производственных участков предприятия определя¬ ется видом изготавливаемых или ремонтируемых изделий, технологическими процессами, объемом и организацией произ¬ водства. Вспомогательное производство завода служит для обеспече¬ ния жизнедеятельности основного производства. Во вспомогательном производстве изготавливают средства ре¬ монта, необходимые в основном производстве, приобретение ко¬ торых невозможно или нецелесообразно. Это производство содер¬ жит в исправном состоянии здания и сооружения, средства тех¬ нологического оснащения, энергосистемы и инженерные сети. Оно обеспечивает основное производство ресурсами (теплом, хо¬ лодом, водой, сжатым воздухом, чистым воздухом, газами, элек¬ троэнергией и др.). Его службы — инструментальный участок (ИУ), отделы главного механика (ОГМ) и энергетика (ОГЭ), ре¬ монтно-строительный участок (РСУ). Обслуживающее производство обеспечивает материалами, по¬ луфабрикатами и услугами основное и вспомогательное производ¬ ства. В его составе имеются транспортный цех, службы снабже¬ ния и сбыта со складским хозяйством. Заводоуправление состоит из администрации, отделов и лабо¬ раторий. Состав и функции заводоуправления зависят от мощно¬ сти и специализации предприятия. Заводские отделы — это от¬ делы главного технолога (ОГТ) и главного конструктора (ОГК) (может быть объединенный из них — технический отдел), тех¬ нического контроля (ОТК), материально-технического снабжения (ОМТС), планово-экономический (ПЭО), финансово-сбытовой (ФСО), производственно-диспетчерский (ПДО), труда и заработ¬ ной платы (ОТиЗ), кадров (ОК). Основные функции заводских лабораторий: химический и металлографический анализ матери¬ алов, ремонт и поверка средств измерений, сбор данных о надеж¬ ности проданной техники и др. Функции производственных участков, входящих в состав ав¬ торемонтного предприятия, приведены в табл. 11.2. 216
Таблица 11.2 Состав участков авторемонтного предприятия и их функции Наименование участков Выполняемые работы 1 2 Основное производство Разборочно- очистной Диагностирование агрегатов, наружная очистка автомобилей, разборка их на агрегаты, подразборка, очистка подразобранных агрегатов, разборка агрега¬ тов на сборочные единицы^ очистка сборочных еди¬ ниц, разборка сборочных единиц, очистка деталей Дефектации деталей Определение технического состояния и сортиров¬ ка деталей Восстановления деталей Сварочные, наплавочные, нанесение электрохими¬ ческих покрытий, переработка резины и пласт¬ масс, механические, слесарные, кузнечные, тер¬ мические, прессовые, восстановление отдельных деталей (корпусных, валов и др.) или их групп Медницкий Ремонт водяных и масляных радиаторов, топлив¬ ных баков, масляных фильтров, трубопроводов, упорных шайб, втулок и др. Термический Термическая и химико-термическая обработка за¬ готовок Деревообрабаты¬ вающий Изготовление деревянных заготовок, ремонт дере¬ вянных кузовов грузовых автомобилей, упаковоч¬ ной тары, ремонт спинок и сидений Шиноремонтный Устранение местных повреждений шин, ремонт камер Ремонта электро¬ оборудования Проверка и ремонт электродвигателей, стартеров, генераторов и реле-регуляторов, ремонт фар, элек¬ тропроводки, приборов (в т.ч. электронных), теку¬ щий ремонт и зарядка аккумуляторных батарей Ремонта топливной аппаратуры Ремонт подкачивающих топливных насосов, карбю¬ раторов, инжекторов, топливных насосов высокого давления и форсунок Слесарно-механи¬ ческий Подбор деталей и подгонка сопрягаемых поверхно¬ стей, работы на металлорежущем оборудовании, изготовление деталей Ремонта агрегатов Работы по ремонту отдельных агрегатов Окрасочный Подготовка поверхностей, нанесение и сушка ла¬ кокрасочных покрытий Комплектовочно¬ сборочный Накопление деталей, образование и хранение сбо¬ рочных комплектов деталей, узловая и общая сбор¬ ка агрегатов и автомобилей 217
Окончание таблицы 11.2 1 2 Обкаточно-испы- тательный Заправка топливом и маслом, обкатка, испытания, послеремонтное диагностирование, устранение не¬ исправностей, консервация и сдача агрегатов и автомобилей Вспомогательное производство Отдел главного механика Планово-предуиредительный ремонт технологичес¬ кого и подъемно-транспортного оборудования Инструменталь¬ ный участок Изготовление оборудования, приспособлений и ин¬ струмента, ремонт приспособлений, содержание и заточка инструмента Отдел главного энергетика Ремонт и обслуживание силового, осветительного, теплотехнического и вентиляционного оборудова¬ ния, содержание инженерных сетей, эксплуатация компрессорной и котельной Обслуживающее производство Склад ремонтного фонда Приемка и хранение ремонтного фонда Склад материаль¬ но-технического обеспечения Расконсервация и входной контроль деталей, учет и хранение запасных частей, материалов, метал¬ ла, химикатов, баллонов со сжатым и сжиженным газом, карбида кальция и др., выдача в цех Склад готовой гтодукции Хранение и выдача готовой продукции Транспортный Эксплуатация межцехового транспорта 11.3. Техническая документация Техническая документация на ремонт автомобилей включает нормативные, организационные, конструкторские и технологичес¬ кие документы. Нормативные документы — это межгосудар¬ ственные или республиканские стандарты, которые определяют общие технические требования к автомобилям, сдаваемым в ре¬ монт и выпускаемым из ремонта, их комплектность, а также дру¬ гие стандарты, на которые имеются ссылки в документации. Применительно к автомобилям и их составным частям в Беларуси действуют стандарты СТБ 928—93, СТБ 929—93 и СТБ 930—93. Они устанавливают комплектность и состояние ав¬ томобилей, поступающих в ремонт, правила приемки и соответ¬ ствующую документацию, состояние автомобилей, сдаваемых 218
владельцу, и регламентируют их послеремонтную наработку. Предполагается, что автомобиль проходит только один капиталь¬ ный ремонт в течение своего жизненного цикла. Организационные документы — это технические условия или руководства по капитальному ремонту отдельных автомо¬ билей и их агрегатов, разработанные отраслевыми специализиро¬ ванными проектно-конструкторскими организациями. Документы определяют организацию ремонта, содержат сведения по приемке и хранению ремонтного фонда, разборке изделий, технические требования к сортировке и восстановлению деталей, сборке, ок¬ рашиванию, обкатке, испытанию, хранению и транспортирова¬ нию агрегатов и автомобилей, устанавливают порядок маркиро¬ вания и упаковки изделий, приводят гарантии авторемонтного предприятия. Эти документы устанавливают обязательную заме¬ ну ряда ответственных или малоресурсных деталей (подшипни¬ ков качения и скольжения, прокладок, некоторых крепежных деталей и др.). Конструкторские документы включают ремонтные чертежи изделий, каталоги деталей и нормы расхода запасных частей и материалов. Первичный конструкторский документ, который определяет ус¬ тройство, материал и размеры восстанавливаемой детали, устраня¬ емые дефекты и требования к качеству ее восстановленной, — это ремонтный чертеж. Его разрабатывают по ГОСТ 2.604—2000 на основании рабочего чертежа новой детали. На ремонтном чертеже приводят изображение, название и обозначение восстановленной детали, ее материал, размеры, па¬ раметры формы и расположения элементов и их допустимые от¬ клонения, шероховатость восстановленных поверхностей, другие параметры, условия, при которых деталь не принимают на вос¬ становление, таблицу дефектов и способов их устранения, техни¬ ческие требования к детали. При необходимости приводят дан¬ ные по базированию и таблицы ремонтных (категорийных и при¬ гоночных) размеров. На ремонтном чертеже приводят информа¬ цию, необходимую только для восстановления детали и ее контроля. Таблица дефектов и способов их устранения располагается слева на поле ремонтного чертежа. Она содержит коэффициенты повторяемости и возможные сочетания дефектов, основной и до¬ пускаемые способы их устранения. На ремонтном чертеже допускается указывать несколько ва¬ риантов восстановления одних и тех же элементов детали. На 219
каждый принципиально отличный вариант восстановления (на¬ пример, с применением пластического деформирования или элек¬ тромагнитной наплавки) выполняют отдельный ремонтный чер¬ теж. В обозначении этих чертежей добавляют через тире римскую цифру I, II и др. (соответственно для первого, второго и последу¬ ющих вариантов восстановления). При этом первый вариант яв¬ ляется основным. При использовании сварки, наплавки, напы¬ ления и других способов создания ремонтных заготовок указы¬ вают материалы, флюсы и защитные среды. В технических требованиях к детали указывают: химический и фазовый состав материала, твердость рабочей поверхности и разброс ее значений, допустимое наличие пор, раковин и отслое¬ ний, прочность соединения покрытия с основой и другие парамет¬ ры, обусловленные применением конкретного способа восстанов¬ ления детали. Разрабатывают также ремонтные чертежи сборочных единиц и агрегатов. В качестве таких чертежей могут быть использова¬ ны чертежи завода-изготовителя с измененными обозначениями и значениями параметров. Ремонтные чертежи разрабатывают в две стадии: для опытного (литера «РО») и серийного (литера «РА») восстановления или ремон¬ та изделий. По ним подготавливают и организуют производство. Каталоги деталей автомобилей в виде иллюстрированных книг выпускают заводы-изготовители. Укрупненные нормы расхода запасных частей, материалов и инструментов на капитальный ремонт отдельных автомобилей, в том числе их агрегатов, разрабатывают проектные организации. Заводские инженерные отделы завода разрабатывают различ¬ ные технологические документы и уточняют материальные нор¬ мативы. Комплект технологической документации содержит титуль¬ ный лист, карты эскизов, маршрутную или операционную кар¬ ту, или карту типовой (групповой) операции, ведомость деталей (сборочных единиц) к типовому технологическому процессу, ве¬ домости технологических документов, оборудования, оснастки и материалов. Титульный лист относится к отдельному технологическому процессу или группе процессов, содержит название комплекта технологической документации с указанием изделия и процесса, организации-разработчика, фамилий и подписей главного техно¬ лога и начальника ОТК. На титульном листе процесса имеется утверждающая подпись главного инженера завода. 220
Карты эскизов — графический материал, содержащий эс¬ кизы, схемы и таблицы, необходимые для пояснения выпол¬ нения технологического процесса, операции или перехода вос¬ становления или ремонта изделия, включая контроль и пере¬ мещение. Технологические карты (маршрутная и операционная карты, карты технологического процесса, типового или группового тех¬ нологического процесса) содержат описания технологических опе¬ раций, включая контроль и перемещение, с указанием данных об оборудовании, оснастке, технологических режимах, материаль¬ ных нормативах и трудовых затратах со ссылками на докумен¬ ты по охране труда. Маршрутная карта является основным и обязательным документом, в котором описывают весь процесс в технологической последовательности. При разработке типовых или групповых процессов в маршрутной карте указывают только постоянную информацию, относящуюся ко всей группе изделий. Операционная карта предназначена для описания технологичес¬ кой операции с указанием переходов, технологических режимов, оборудования, приспособлений, инструментов и основного време¬ ни. Состав сведений должен быть достаточным для выполнения операции с необходимым качеством. Ведомости деталей (сборочных единиц) к типовому техноло¬ гическому процессу содержат состав деталей или типоразмеров поверхностей, восстанавливаемых по данному процессу, и пере¬ менные данные, которые представляют таблицами. Ведомость технологических документов определяет их состав. Ведомости оснастки и оборудования содержат их перечни, кото¬ рые необходимы для выполнения технологического процесса. Технологическую документацию разрабатывают в две стадии: для опытного (литера «РО») и серийного (литера «РА») восста¬ новления или ремонта изделий. Технологическая документация и средства технологического оснащения, разработанные на заво¬ де, проходят технологическую экспертизу и нормоконтроль на предмет обеспечения требований, установленных нормативными документами. 11.4. Организация производства Основные понятия и содержание организации производства. Организация производства — это упорядоченность действий ра¬ ботников авторемонтного предприятия, обеспечивающая ритмич¬ 221
ный выпуск продукции нормативного качества с необходимой производительностью, надлежащими условиями безопасного тру¬ да, без загрязнения окружающей среды и с минимальным расхо¬ дом производственных ресурсов. При организации производства различают: критерий, с ис¬ пользованием которого оценивают систему действий; ограниче¬ ния, которые должны быть выполнены неукоснительно; парамет¬ ры оптимизации, значения которых стремятся изменить в луч¬ шую сторону. Критерий организации производства — это его ритмич¬ ность, которая определяется выпуском продукции через равные отрезки времени. Ритмичность производства обусловлена его чет¬ ким планированием, работой оборудования без остановок, свое¬ временным обеспечением рабочих мест производственными ресур¬ сами, образцовой технологической и трудовой дисциплиной. Ограничения — это установленные уровень качества продук¬ ции и объемы ее выпуска, требования охраны труда, режим ра¬ боты предприятия и его экологическая безопасность. Параметры оптимизации при организации производства — это расход производственных ресурсов. Если технологические процессы излагают в виде описания способов, то организационные мероприятия — в виде описания инструкций и методов. Технологическая документация регламен¬ тирует действия рабочих и средств технологического оснащения над ремонтируемыми объектами, а организационная документа¬ ция — деятельность руководителей и исполнителей и их взаи¬ модействие. Организационные мероприятия выполняются в рам¬ ках действующих технологических процессов. Различают объекты и средства организации производства (табл. 11.3). Производство и труд организуют руководите¬ ли предприятия, цехов, участков, смен, бригад, работники ПДО и ОТиЗ. Организация производства в пространстве и во времени. Производство вначале организуют в пространстве, а затем — во времени. Организация производства в пространстве основана на реше¬ нии о месте его размещения на территории экономического райо¬ на и его частей на территории предприятия. Решение зависит от вида ремонтируемых объектов, объемов их выпуска и характери¬ зуется размещением цехов внутри предприятия, участков внутри цехов и рабочих мест, инженерных сетей, оборудования, транс- 222
Таблица 11.3 Объекты и средства организации авторемонтного производства Объекты организации Средства организации Рабочие Начало и конец работы Последовательное или параллельное выполне¬ ние работ Поддержание плановой интенсивности труда в течение смены Соотношение труда и отдыха Исполнение обязанностей и предписаний Организация труда на рабочих местах Средства технологи¬ ческого оснащения и оргтехоснастка Наличие табельного комплекта средств техноло¬ гического оснащения Рациональное расположение средств технологи¬ ческого оснащения и оргтехоснастки на рабо¬ чих местах Содержание средств технологического оснаще¬ ния в исправном состоянии Производственная среда на рабочем месте Скорость, температура и влажность воздуха Содержание в воздухе вредных веществ Интенсивность излучений (электромагнитных, оптических и тепловых), шума и вибраций Производственная эстетика Ремонтируемые (восстанавливаемые) объекты Обеспечение рабочих мест, создание запаса Сохранность Учет, использование и переработка отходов Производственная мощность предприя¬ тия и его частей Расчет производственной мощности предприятия Уравнивание производственной мощности пред¬ приятия и его частей Производственные ресурсы Нормирование и учет Контроль за расходованием Своевременная подача на рабочие места Учет и переработка отходов Организационная структура предприя¬ тия Определение состава предприятия и отношений между его частями Система управления Кадровый состав: количество, распределение по специальностям, квалификация. Подготовка и переподготовка Анализ, совершенствование и оптимизация структуры Организационная документация Своевременная разработка Наличие на рабочих местах Непрерывное совершенствование 223
портных средств и оргтехоснастки внутри участков. Работы по организации производства в пространстве выполняют единовре¬ менно при его организационной и технологической подготовке. При этом стремятся сократить производственную площадь и транспортную работу по перемещению ремонтируемых объектов и их частей за счет оптимального расположения рабочих мест, средств технологического оснащения, транспортных и инженер¬ ных сетей. Организация производства во времени выполняется непрерыв¬ но в течение всего времени существования производства. Она включает определение количества производственных ресурсов на ремонт единицы продукции, распределение и своевременное обеспечение ими рабочих мест, а также контроль их расходова¬ ния, содержание средств технологического оснащения в исправ¬ ном состоянии, управление перемещением изделий, обеспечение надлежащих условий труда, переработку отходов, взаимодей¬ ствие работников, действие системы качества и др. Основные принципы организации производства во времени: дифференциация или концентрация операций, непрерывность, гибкость, поточность и равенство производственных мощностей предприятия и его частей. Дифференциация операций предполагает разделение их на со¬ ставные операции или переходы. Чем на большее число частей разделена операция, тем меньше требования к квалификации ра¬ бочих, зато выше производительность труда и более высокие тре¬ бования к организации производства. Рабочие места становятся специализированными. Эта фррма организации применяется в крупных ремонтных мастерских и на предприятиях средней и большой мощности. Концентрация операций — принцип, обратный их дифферен¬ циации. Технологические операции такого вида становятся мно¬ гопереходными и многоинструментальными и реализуются, на¬ пример, на оборудовании с ЧПУ. Квалификация рабочих при этом высокая, зато организация работ простая. Рабочие места становятся универсальными. Эта форма организации применяет¬ ся на предприятиях различных типов. Непрерывность производства обеспечивают за счет исключе¬ ния или сокращения перерывов в его процессах. Гибкость производства — это его способность за короткое время и при минимальных затратах на одном и том же оборудо¬ вании, не прерывая производственного процесса, переходить на 224
ремонт машин нового вида. Создание гибкого производства ак¬ туально для ремонтного производства в настоящее время по при¬ чине выпуска продукции различных видов малыми объемами. При прочих равных условиях издержки производства будут наименьшими при полном использовании его производственной мощности. Производственная мощность предприятия определяется мак¬ симально возможным выпуском товарной продукции нормативно¬ го качества и необходимой номенклатуры при полном использо¬ вании технологического оборудования и производственной пло¬ щади. Если производственная мощность рабочего места или участка будет выше производственной мощности предприятия, то изли¬ шек этой мощности не будет востребован, а капитальные и те¬ кущие затраты будут больше необходимых. Мероприятия по уравниванию производственной мощности отдельных рабочих мест между собой включают передачу части работ с одного рабо¬ чего места на другое, параллельное выполнение работ, переста¬ новку рабочих или дополнительное оснащение рабочих мест сред¬ ствами ремонта. Трудоемкость работ, выполняемых на рабо¬ чих местах, должна быть пропорциональна численности рабочих на них: где ti и mt — трудоемкость работ (чел.-ч) и численность рабочих на i-м рабочем месте; х — такт производства, мин. Обеспечение условия (11.1) приводит к повышению произв.од- ственной мощности предприятия в целом, улучшению использо¬ вания производственных фондов и снижению себестоимости про¬ дукции. Для разработки мер по наращиванию производственной мощ¬ ности предприятия берут ее значение на начало планируемого года и устанавливают ее значение на конец этого года. Разницу между этими значениями мощности, т. е. ее прирост за год, обеспечивают за счет реализации намеченных организационно¬ технических мероприятий. Нормирование и учет производственных ресурсов. Производ¬ ственные ресурсы (в экономике — оборотные средства) — это ма¬ териалы, полуфабрикаты, запасные части, исходные заготовки ремонта, энергоносители и рабочее время, необходимые для те¬ 60ti_ 60*2 (li-i) тг т2
кущего обеспечения производства. На ремонт, например, одного автомобильного двигателя с рабочим объемом 4,8 л расходуют 60—140 кВт ч электроэнергии, 420—2000 МДж тепловой энер¬ гии и 25—70 чел.-ч трудозатрат. Материальные ресурсы — это несколько сотен наименований материалов, полуфабрикатов, заготовок и деталей. В этот пере¬ чень входят запасные части, детали ремонтного фонда, металло¬ прокат круглого и шестигранного сечений, листовой прокат, ла- бомиды и едкий натр для очистки, порошки для напыления, на¬ плавочные проволоки и шнуры, хромовый ангидрид и серная кислота для хромирования, кислота соляная для пайки и желез¬ нения, бензин и масло для обкатки, технологические (горючие, инертные и окислительные) газы, СОЖ, пасты, смазочные мате¬ риалы, пластмассы, клеи, прокладочные, лакокрасочные и анти¬ коррозионные материалы, производственная и питьевая вода и многое другое. Энергетические ресурсы включают электрическую энергию, энергоносители (пар, горячая вода, хладоносители), сжатый воз¬ дух — носитель потенциальной энергии давления и топливо (твердое, жидкое и газообразное). Трудовые ресурсы — это рабочее время работников. Нормирование производственных ресурсов, учет и анализ их потребления служат предпосылкой эффективности ремонтного производства. Техническое нормирование — это установление технически обоснованных норм расхода производственных ресурсов. Норма расхода производственных ресурсов — это необходи¬ мое их количество для ремонта единицы продукции в определен¬ ных производственных условиях, установленное расчетным или экспериментальным путем. Нормы расхода производственных ресурсов состоят из основ¬ ной и дополнительной частей. Основная часть нормы включает научно обоснованное количество ресурсов, которое должно быть затрачено на выполнение технологического процесса с учетом объективных законов сохранения материи и преобразования энергии. Дополнительная часть нормы учитывает несовершенство процесса, оборудования и организации, а также прямые потери ресурса. На предприятии создают комиссии и творческие коллек¬ тивы, деятельность которых направляют на подробный анализ действующих норм, минимизацию их дополнительной части и разработку соответствующих мер технологического и организаци- 226
онного характера. Затраты, связанные с выявлением и исполь¬ зованием этой части ресурсов, в 3—6 раз меньше затрат на при¬ обретение такого их количества. Расходуемые ресурсы измеряют и учитывают. Например, рас¬ ход газов, холодной и горячей воды, электроэнергии и мазута из¬ меряют с помощью счетчиков. Нормы расхода материалов дово¬ дят до каждого рабочего места, а нормы расхода энергии — до цеховых участков и энергоемкого оборудования. Количественным показателем рационального использования материалов является коэффициент их использования, равный от¬ ношению массы изделия к массе заготовки. В зависимости от серийности производства и опыта нормиро¬ вания применяют нормы, установленные методом сравнения, и технически обоснованные. Нормы, установленные методом сравнения (опытно-статисти¬ ческие), назначают по аналогии с уже существующими нормами на подобные работы. Метод применяют в единичном и мелкосе¬ рийном производстве, он основан на использовании статистичес¬ ких данных и личном опыте разработчика. Применение метода крайне ограничено, потому что результаты, полученные с его по- ' мощью, не могут служить стимулом повышения эффективности производства. Технически обоснованные нормы устанавливают аналитичес¬ ким методом. 11.5. Технологическая и организационная подготовка авторемонтного производства Технологическая подготовка. Создание и непрерывное совер¬ шенствование участков или рабочих мест авторемонтного произ¬ водства происходят в результате его технологической подготов¬ ки. Она становится необходимой при освоении ремонта автомо¬ билей или агрегатов новых видов, увеличении объемов выпуска освоенных изделий, уменьшении расхода производственных ре¬ сурсов, повышении производительности труда и качества продук¬ ции. Последняя потребность возникает в случае снижения пока¬ зателей качества изделий относительно их нормативных значе¬ ний или требований заказчика. Технологическая подготовка авторемонтного производства включает множество работ, которое приводит это производство 227
в состояние готовности к ремонту изделий определенной моде¬ ли и комплектности, заданного объема, к установленному сро¬ ку, с заданными показателями качества и наименьшими затра¬ тами. Виды, объемы выпуска, показатели качества отремонтирован¬ ных изделий и сроки завершения подготовки являются ограни¬ чениями (они выполняются неукоснительно), а затраты и дли¬ тельность подготовки являются параметрами оптимизации (их стремятся уменьшить). Технологическая подготовка авторемонтного производства требует больших материальных, трудовых и энергетических зат¬ рат на создание системы средств технологического оснащения. Например, силами вспомогательного производства авторемонтно¬ го завода при освоении ремонта двигателя новой модели создают 100—200 единиц оборудования, которым почти полностью осна¬ щены разборочно-очистной, комплектовочно-сборочный, окрасоч¬ ный и испытательный участки. Благодаря нескольким тысячам приспособлений расширяются технологические возможности при¬ обретенного оборудования. Необходимо еще большее число инст¬ рументов для обработки заготовок. Каждая технологическая опе¬ рация требует создания контрольных средств для измерения па¬ раметров расположения деталей и функциональных характерис¬ тик сборочных единиц. Трудоемкость изготовления такого коли¬ чества средств технологического оснащения составляет 50—350 тыс. чел.-ч, что соответствует более чем полугодовому объему трудоемкости основного производства. Связное множество работ по приведению авторемонтного про¬ изводства в состояние технологической готовности представлено в виде схемы сетевого графика на рис. 11.2. Технологическую подготовку производства выполняют сила¬ ми технологической и конструкторской служб завода и собствен¬ ного вспомогательного производства, при этом ответственными за работы и события назначают: 1 и 7 — ОГК; 2 — 4, 8 — 16, 21, 22 и 23 — ОГТ; 5 — отдел маркетинга; 6 — научные организа¬ ции; 17 и 21 — ИУ; 18 — РСУ; 19, 20 и 21 — ОГМ, 18, 20 и 21 — ОГЭ. Признаки технологической готовности производства: ♦ подготовлено производственное помещение с инженерными сетями для подвода производственных ресурсов и отвода отходов, вентиляцией, отоплением и освещением; ♦ смонтированы, установлены и введены в эксплуатацию средства технологического оснащения; 228
♦ имеется комплект технологической документации на все операции ремонта; ♦ отремонтирована первая партия изделий с заданной произ¬ водительностью и показателями качества, установленными ре¬ монтной документацией. Факт технологической готовности производства оформляют сдаточно-приемочным актом. ОГТ (разработчик технологическо- Рис. 11.2. Схема сетевого графика технологической подготовки авторемонтного производства: Н и К — начало и конец технологической подготовки авторемонтного про¬ изводства; 1 — обеспечение конструкторской документацией; 2 и 3 — со¬ ответственно, изучение производства по изготовлению и капитальному ре¬ монту автомобилей; 4 — исследование технического состояния ремонтного фонда; 5 — изучение рынка товарной продукции (маркетинг); 6 — науч- но-исследовательская подготовка; 7 — обеспечение нормативной докумен¬ тацией; 8 — составление картотеки деталей и сборочных единиц предмета труда; 9 — разработка технологической документации с литерой «РО»; 10 — разработка материальных нормативов; 11 — составление картотеки технологических процессов, средств ремонта и рабочих мест; 12 — состав¬ ление ведомости покупных средств ремонта; 13 — составление ведомости средств ремонта собственного изготовления; 14 — разработка технологи¬ ческих планировок; 15 — составление заявок на приобретение средств ре¬ монта; 16 — проектирование средств ремонта собственного изготовления; 17 — изготовление средств ремонта; 18 — подготовка производственной площади под установку оборудования; 19 — приобретение средств ремон¬ та; 20 — монтаж средств ремонта; 21 — испытание, доводка и ввод в экс¬ плуатацию средств ремонта; 22 — доработка технологической документации с присвоением литеры «РА»; 23 — уточнение материальных нормативов 229
го процесса, средств технологического оснащения и планировоч¬ ного решения) и службы вспомогательного производства, которые подготовили помещение, смонтировали оборудование, изготовили и установили оснастку, сдают участок (рабочее место) персоналу основного производства, который принимает средства технологи¬ ческого оснащения и технологический процесс. Организационная подготовка. Параллельно с технологичес¬ кой подготовкой выполняют и элементы организационной подго¬ товки производства, которая включает: ♦ обоснование производственной структуры авторемонтного предприятия или его части; ♦ разработку системы управления заводом, в том числе его структурными подразделениями (отделами, цехами, участками, сменами и бригадами); ♦ распределение функций и установление взаимодействия между подразделениями и работниками; ♦ безотказную работу оборудования; ♦ нормирование труда и его организацию на рабочих местах; ♦ разработку организационной документации и определение внутрицеховой отчетности и прохождения заказа; ♦ текущее обеспечение производственными ресурсами и их распределение между рабочими местами; ♦ повседневное обеспечение надлежащих условий труда; ♦ обеспечение кадрами и их подготовку. Работы по организационной подготовке производства выпол¬ няют работники ПДО, ОТиЗ, OK, ОМТС, ОГМ, ОГЭ и цехов. 11.6. Обеспечение послеремонтной надежности автомобилей Требования к качеству отремонтированных автомобилей. Нормативные документы на ремонт автомобилей ориентируют специалистов на достижение 80 %-ной послеремонтной их на¬ работки от наработки новых машин. В качестве основного кри¬ терия надежности выступает долговечность отремонтированного автомобиля или товарного агрегата. Указанная наработка будет достигнута в том случае, когда состояние деталей, поступаю¬ щих на сборку агрегатов, значения замыкающих размеров в со¬ единениях и другие параметры будут соответствовать норматив¬ ным значениям. 230
Восстановленные детали входят составными частями в отре¬ монтированные агрегаты, из которых состоит автомобиль, поэто¬ му ресурс автомобиля зависит от ресурсов его частей, входящих друг в друга. В идеальном случае ресурсы частей (деталей и агре¬ гатов) и целого (автомобиля) должны быть равны друг другу. Од¬ нако в реальных случаях это условие чаще не выполняется. Если ресурс агрегата превышает нормативный ресурс автомобиля, а ре¬ сурсы деталей — ресурс агрегата, то излишние ресурсы состав¬ ных частей оказываются невостребованными. Чаще ресурсы со¬ ставных частей автомобиля оказываются недостаточными, что обусловливает их трудоемкую замену в эксплуатации на новые, отремонтированные или восстановленные. Если наработка дета¬ ли меньше нормативной и отстает от наработки остальных дета¬ лей агрегата, то возникает потребность в повышении долговеч¬ ности элементов этой детали (упрочнении) за счет повышения износостойкости, твердости, усталостной прочности и других свойств. В общем случае под упрочнением деталей понимают по¬ вышение значений их физико-механических и геометрических свойств, которые являются определяющими для обеспечения на¬ дежности ремонтируемого агрегата. Обеспечение нормативной надежности. Работа по обеспече¬ нию нормативной надежности автомобиля начинается с обеспе¬ чения долговечности его деталей. Эта работа включает: ♦ входной контроль поступающих на предприятие материа¬ лов, полуфабрикатов, деталей (запасных частей) и агрегатов. Это мероприятие допускает в производство только те материалы и изделия, состояние которых соответствует договорным требо¬ ваниям; ♦ использование в производстве аттестованной технологичес¬ кой документации, которая учитывает все требования норматив¬ ной и конструкторской документации, обеспечивающей норматив¬ ный уровень качества продукции; ♦ наличие на предприятии всех средств технологического ос¬ нащения, указанных в технологических документах; ♦ содержание средств технологического оснащения в исправ¬ ном состоянии; ♦ привлечение к работе исполнителей той квалификации, ко¬ торой требует технологическая документация; ♦ обеспечение всех требований технологической документа¬ ции в части выдерживания необходимых условий производства, установленных технологических режимов, состава, давления и температуры технологических сред и других параметров; 231
♦ действие на предприятии системы качества, направленной на непрерывное его улучшение; ♦ постоянное ужесточение требований к товарной продук¬ ции, совершенствование технологических процессов и средств технологического оснащения, повышение квалификации работ¬ ников. Входной контроль поступивших на авторемонтный завод ма¬ териалов и полуфабрикатов с предприятий-изготовителей, за¬ пасных частей с автозаводов, отремонтированных агрегатов, по¬ ступивших по кооперации с других ремонтных предприятий, выполняют контролеры ОТК. Объем выборочного контроля за¬ висит от репутации поставщика. При обнаружении брака объем выборки увеличивают, к поставщику предъявляют санкции, предусмотренные договорами. В исключительных случаях отно¬ шения с поставщиками расторгаются. Рабочие места входного контроля оснащают измерительными и испытательными сред¬ ствами и обеспечивают необходимой технологической докумен¬ тацией. На рабочие места производственных участков выдают только утвержденную технологическую документацию, прошедшую нор- мализационный и технологический контроль на предмет учета требований нормативной и конструкторской документации. Определяющее влияние на послеремонтную надежность про¬ дукции оказывают технологическое оборудование и оснастка. Состав этих средств должен обеспечить выполнение всех техно¬ логических воздействий, указанных в технологических докумен¬ тах, с нормативной точностью. При ремонте автомобилей приме¬ няют следующее технологическое оборудование: диагностическое; разборочное; очистное; для определения технического состояния деталей; для нанесения покрытий; прессовое; для механической обработки (металлорежущее); для термической обработки; изме¬ рительное; балансировочное; сборочное; окрасочное; обкаточное; испытательное; для перемещения ремонтируемых изделий; для переработки отходов. Ремонт и обслуживание технологического оборудования с це¬ лью содержания его в исправном состоянии обеспечивает пла- ново-предупредительная система. Осмотры и ремонты оборудо¬ вания завершают контролем его технологической точности. Для выполнения контрольных работ в ОГМ имеется комплект соот¬ ветствующей оснастки. Сведения об осмотрах и ремонтах, а также результаты контроля точности вносят в паспорта обору¬ дования. 232
Формуляры приспособлений хранятся на инструментальном участке. Приспособления проходят проверку технологической точности согласно графику. По результатам этой проверки может быть назначен их ремонт. На рабочих местах используют только те средства измере¬ ний, которые приведены в технологической документации. Цена деления средств измерений согласована с допуском измеряемой величины и погрешностью измерений. Используют только сред¬ ства измерений, прошедшие государственную, ведомственную или заводскую лабораторную поверку (в зависимости от ее не¬ обходимого статуса). Факт поверки и срок использования при¬ бора удостоверяет штамп контролирующего органа на нем. Не допускается наличие на рабочих местах средств измерений, не указанных в технологических документах. Измерения ряда де¬ талей (поршней, вкладышей коленчатого вала, гильз цилинд¬ ров и др.), обрабатываемых с точностью 5—6-го квалитетов, выполняют в термоконстантных помещениях. Температура воз¬ духа в них поддерживается в пределах 20 + 3 °С. К работе привлекают исполнителей той квалификации, кото¬ рой требует технологическая документация. Более высокая ква¬ лификация работников необходима на операциях, связанных с чистовой и отделочной обработкой, балансировкой, сборкой и ис¬ пытанием изделий. На предприятии соблюдается технологическая дисциплина, под которой понимают соблюдение точного соответствия техно¬ логических процессов требованиям технической документации. Технология — закон производства. Соблюдаются технологичес¬ кие режимы в виде совокупности значений параметров процессов в определенном отрезке времени. Восстановление износостойкости деталей требует обеспечения структуры поверхностных слоев, которая определяется составом материала и содержанием механической и термической обработ¬ ки. Для контроля состава, структуры и свойств поверхностных слоев деталей с отработкой технологических режимов создают за¬ водскую лабораторию. Заводские технологи проверяют соблюдение технологической дисциплины, а ее результаты оформляют актом. К нарушителям дисциплины применяют меры административного и дисциплинар¬ ного характера. Ресурс агрегатов и автомобиля в целом дополнительно обес¬ печивают соблюдением требований к точности замыкающих раз¬ 233
меров в соединениях деталей и обкаткой изделий, а также отно¬ сительным расположением частей при сборке автомобиля. Для завоевания места на рынке продукции коллектив пред¬ приятия должен учитывать возрастающие требования заказчика к качеству и цене этой продукции. На предприятии создают сис¬ тему качества, цель которой — непрерывное улучшение качества отремонтированных автомобилей или товарных агрегатов. Для этого непрерывно обновляют материальную базу предприятия, совершенствуют технологические процессы и организацию произ¬ водства и повышают квалификацию работников. Приведенные требования к качеству отремонтированных ав¬ томобилей в части обеспечения нормативной послеремонтной на¬ работки обеспечивают теми средствами, процессами и организа¬ цией, которые изучаются в последующих главах учебника.
Приемка автомобилей в ремонт, их разборка и очистка 12.1. Приемка автомобилей в ремонт Порядок приемки и ее оформление. Автомобили в ремонт до¬ ставляет на завод заказчик, а ремонтный фонд агрегатов, как правило, централизованным порядком — авторемонтный завод. С приемкой автомобиля в ремонт связаны его подготовка, до¬ ставка на ремонтное предприятие, предремонтное диагностировав ние, документальное оформление, консервация и хранение. Автомобиль, сдаваемый в ремонт, должен быть очищен сна¬ ружи от масла и почвенных загрязнений. Для этой цели, напри¬ мер, применяют струйную очистку холодной водой под давлени¬ ем 10—15 МПа с помощью мониторной установки. При этом вначале автомобиль очищают сосредоточенной струей воды, со¬ здаваемой турбонасадком или регулируемым соплом, а затем — веерообразной струей. Автомобиль, принимаемый в капитальный ремонт, должен быть в состоянии, обусловленном использованием его по назна¬ чению и естественным изнашиванием деталей. На автомобиле не должно быть деталей с автомобилей других марок и сборочных единиц со следами работ, исключающими возможность последу¬ ющего восстановления деталей (например, приваркой вместо за¬ крепления резьбой и др.). Все агрегаты, приборы, сборочные еди¬ ницы и детали должны быть закреплены так, как это предусмот¬ рено конструкцией. В ремонт принимают автомобили только со¬ ответствующей комплектности. Колеса и аккумуляторные бата¬ реи в ряде случаев не обезличивают. Автомобиль поступает на ремонтное предприятие вместе с тех¬ ническим паспортом, справками о техническом состоянии и доре- монтной наработке. Технический руководитель автотранспортно¬ го предприятия справкой о техническом состоянии подтвержда¬ ет, что автомобиль состоит из тех деталей, которые были в его составе во время эксплуатации (т. е. автомобиль не подсобран). 235
Агрегаты, сдаваемые в ремонт, должны быть без жидкой смазки, герметизированы пробками или заглушками, а неокра¬ шенные поверхности покрыты коррозионно-стойкими составами. Автомобили в ремонт принимает представитель ремонтного завода у заказчика. Приемщик составляет заключение о техни¬ ческом состоянии изделия в результате наружного осмотра и ди¬ агностирования. Заказчик с приемщиком составляют сдаточно¬ приемочный акт. Предремонтное диагностирование агрегатов. Предремонтное диагностирование агрегатов при поступлении их на разборочно- очистной участок необходимо для определения объема ремонтных работ и подготовки решений о методе их ремонта (обезличенном или необезличенном). Результаты диагностирования вносят в формуляр агрегата. Параметры технического состояния — это физические вели¬ чины, значения которых характеризуют вид состояния изделия. Различают структурные и диагностические, ресурсные и функци¬ ональные параметры. Структурные параметры непосредственно обусловливают тех¬ ническое состояние изделия. Это, например, износ поверхностей, мощность двигателя, твердость материала и др. В ряде случаев измерение структурных параметров затруднено. Диагностические параметры косвенно характеризуют струк¬ турные параметры. Так, например, вибрация стенок блока ци¬ линдров двигателя увеличивается, а давление масла в системе смазки уменьшается по мере изнашивания подшипников колен¬ чатого вала. Функциональные параметры — это параметры, выход за пре¬ дельное значение которых приводит к потере работоспособности. Изделие в этом случае требует технического обслуживания. При¬ меры: зазор между клапаном и толкателем, цикловая подача топлива. Ресурсные параметры — это параметры, выход за предельное значение которых связан с исчерпанием ресурса агрегата, кото¬ рый в этом случае требует ремонта. Примеры — зазоры в соеди¬ нениях: подшипник — шейка коленчатого вала двигателя, ци¬ линдр — поршень. Агрегат при диагностировании приводят в движение. Спосо¬ бы и средства диагностирования выбирают в зависимости от ви¬ дов измеряемых величин. Наиболее распространены такие спосо¬ бы диагностирования, как кинематические, динамические, пнев¬ матические и оптические. 236
Кинематический способ диагностирования основан на изме¬ рении относительного перемещения деталей в пределах зазоров в соединениях. По значениям зазоров в трущихся парах на графи¬ ке изнашивания (см. рис. 10.3) определяют остаточный ресурс соединений и агрегата в целом. Для определения зазоров в кри- вошипно-шатунном механизме двигателя внутреннего сгорания применяют, например, устройство КИ-13933, предел и погреш¬ ность измерения равны 8 и 0,02 мм соответственно. Динамический способ применяют при диагностировании двига¬ телей внутреннего сгорания. Он основан на использовании функци¬ ональной зависимости ускорения коленчатого вала двигателя на ус¬ тановленном отрезке его частоты вращения при полном открытии дросселя или полной подаче топлива. Угловое ускорение является диагностическим параметром, который косвенно характеризует мощность двигателя. Угловое ускорение вращающейся Детали определяют с помощью приборов ИМД-2М, ИМД-Ц, КИ-11331, КИ-13009, КИ-13940 (Россия), JK-1 (Чехия), DS-205 (Германия). Индуктивный датчик частоты вращения коленчатого вала, напри¬ мер, вырабатывает электрические импульсы от перемещающихся зубьев венца маховика или зубчатого колеса, устанавливаемого на время диагностирования на вал коробки отбора мощности. Пневматический способ диагностирования применяют при оценке герметичности замкнутых полостей (топливных баков, ра¬ диаторов, камер сгорания, внутренних полостей агрегатов транс¬ миссий и др.). В качестве диагностических параметров используют время сни¬ жения давления воздуха в полости при заданных пределах его из¬ менения или расход среды под заданным давлением через течь. Точ¬ ную оценку герметичности, особенно при малых утечках, обеспечи¬ вают пневмокалибратором, схема которого приведена на рис. 12.1. 1 Рраб = Const 2 О Рис. 12.1. Схема пневмокалибратора 237
Воздух под установленным давлением, которое поддерживает¬ ся регулятором, поступает в магистраль 6. Давление воздуха контролируют манометром 1. В пневматическую сеть установле¬ но калиброванное отверстие 5. Трубопровод 4 соединяет пневмо¬ калибратор с проверяемым объектом 3 (например, с цилиндром двигателя). Давление в трубопроводе 4 измеряют манометром 2. Это давление зависит от значения течи из проверяемого объекта. Для определения площади течи снимают тарировочную кри¬ вую калибратора. Она характеризует зависимость между давле¬ нием Риз„, измеряемым манометром 2, и площадью F0 тарировоч- ного отверстия на выходе из трубопровода 4. Тангенс угла на¬ клона касательной к кривой графика по отношению к оси F0 оп¬ ределяет передаточное отношение измерительного устройства (рис. 12.2). В процессе измерений по полученному значению риям определяют площадь течи, которая является диагностическим параметром. Рис. 12.2. Характеристика пневмокалибратора манометрического типа Оптические способы диагностирования основаны на осмотре частей изделий. При обнаружении поверхностных дефектов в труднодоступ¬ ных местах, в том числе внутри механизмов, используют эндо¬ скопы. Эндоскопы бывают жесткой и гибкой конструкции. Эндо¬ скоп ЭЖО 16.1600 (эндоскоп жесткий охлаждаемый) имеет диа¬ метр цилиндрической части 22 мм, длину 1505 мм, обеспечивает угол зрения 40° в направлении бокового осмотра под углом 90° к оси эндоскопа. Цистоскопы диаметром 8 мм используют для ос¬ мотра полостей с глубиной погружения 200 мм при увеличении 238
изображения до двух раз. Бронхоскопы позволяют осматривать глубокие полости с углом обзора 162—180°, обеспечивая при этом изменение направления осмотра с 45 до 115°. Мини¬ эндоскопы имеют диаметр рабочей части менее 2 мм и передают изображение по волоконному световоду, который заканчивается линзовым окуляром. С помощью оптических способов выявляют задиры, трещи¬ ны, сколы, изломы, прогары, эрозию и другие повреждения. На¬ пример, с помощью устройства с гибким волоконным световодом можно оценить состояние днищ поршней, тарелок клапанов, зуб¬ чатых колес, подшипников и др. через отверстия, соответствен¬ но, под свечи, форсунки или для залива масла. Диагностические средства могут быть в виде стационарных и передвижных стендов и комплектов переносных приборов. С помощью стендов измеряют, например, тягово-экономичес- кие показатели автомобилей, определяют техническое состояние цилиндропоршневых групп, кривошипно-шатунного и газораспре¬ делительного механизмов, топливной аппаратуры, трансмиссии, колесных и стояночных тормозов, рулевого управления, гидравли¬ ческих систем, передней подвески автомобиля и др. На стенде КИ-8877 диагностируют турбокомпрессоры двига¬ телей ЯМЗ-238НБ, а на универсальном стенде КИ-968 — агре¬ гаты электрооборудования. Стенд диагностический тормозной КИ-8944 предназначен для одновременной проверки тормозов ав¬ томобиля с нагрузкой на ось до 1,5 тс. Измеряемые параметры и их значения: тормозная сила на колесе (0—500 кгс), усилие на тормозной педали (0—70 кгс), время срабатывания тормозного привода (0—9,99 с). Стенд диагностический тормозной КИ-8964 предназначен для одновременной проверки тормозов автомобиля с нагрузкой на ось до 5 тс. Измеряемые параметры и их значения: тормозная сила на колесе (160—1600 кгс), усилие на тормозной педали (7—70 кгс), время срабатывания тормозного привода (0— 9,99 с). Стенд КИ-8945 служит для диагностирования переднего управляемого моста автомобиля, а стенд КИ-4998 — для провер¬ ки тормозов грузовых автомобилей. Стенд КИ-13944 для диагно¬ стирования гидравлических коробок передач определяет состояние их гидравлической системы, а устройство КИ-13605 проверяет предохранительные муфты путем измерения крутящего момента при их срабатывании. Применяют следующие приборы: осциллографы с датчиками для снятия индикаторных диаграмм; анализаторы вибраций для определения частот, виброскоростей и виброускорений; расходо¬ 239
меры жидкостей и газов; спектрометры для определения металла в масле; инфракрасные бесконтактные датчики для измерения температуры деталей; торсиометры для измерения моментов на выходных валах механизмов и др. Мотор-тестор КИ-5524 предназначен для комплексного диагно¬ стирования карбюраторных двигателей. С его помощью измеряют следующие параметры (в скобках приведены их значения): часто¬ ту вращения коленчатого вала (0—1000 и 0—5000 мин *), напря¬ жение (0—20 В), сопротивление (0—100 Ом и 0—1000 кОм) и силу тока (0—100 и 0—1000 А) в сети электрооборудования, угол замкнутого состояния контактов прерывателя (0—90°), дав¬ ление (0—0,005 МПа) и расход топлива (100—1000 см3/мин). Переносное устройство КИ-13671 служит для измерения рас¬ хода газов, прорывающихся в картер, при диагностировании ци¬ линдропоршневой группы двигателей внутреннего сгорания. Пре¬ делы измерения 0—500 л/мин, цена деления шкалы 3,3 л/мин. Масса устройства 0,38 кг. Расход топлива измеряют с помощью устройства КИ-12371 в комплекте с электронными средствами при диагностировании двигателей внутреннего сгорания. Пределы измерений 5—25 и 12—63 л/ч. Основная приведенная погрешность 2,5 %. Расхо¬ домер топлива КИ-8955 содержит имитатор нагрузки КИ-5653. С помощью устройства КИ-13943 проверяют топливные фильтры. 12.2. Разборка и очистка автомобилей Разборочно-очистной процесс. Разборка автомобиля — техно¬ логический процесс последовательного разъединения его на агре¬ гаты, сборочные единицы и детали. Очистка автомобиля — технологический процесс удаления загрязнений с поверхностей автомобиля и его составных частей. Загрязнения — это слои веществ внешней среды на поверхнос¬ тях деталей с прочными когезионными и адгезионными связями. Загрязнения образуются при использовании и ремонте автомоби¬ лей. Загрязнения в зависимости от места и времени своего образо¬ вания подразделяют на эксплуатационные и технологические. Автомобиль, поступивший в ремонт, несет на поверхностях своих деталей десятки килограммов эксплуатационных загрязне¬ ний. На наружных поверхностях его находятся остатки матери¬ алов, которые он перевозил, масла и смазки, маслогрязевые от¬ ложения, остатки герметизирующих мастик, разрушенные ла¬ кокрасочные покрытия, продукты коррозии и др. Загрязнения на 240
внутренних поверхностях деталей представляют собой углеводо¬ родные отложения (в результате химико-термического превраще¬ ния топлива и смазочных материалов), продукты изнашивания и накипь в виде солей кальция и магния. Детали в процессе восстановления покрываются технологи¬ ческими загрязнениями (окалиной, стружкой, притирочными па¬ стами, смазочными маслами, очистными материалами, продукта¬ ми приработочного изнашивания и др.). Основную массу загрязнений по химическому составу делят на две большие группы — кремнеземные (минеральные) и угле¬ водородные (органические). Кремнеземные загрязнения образуются на поверхностях дета¬ лей в результате их взаимодействия с почвой и почвенной пылью. Углеводородные загрязнения образуются в результате взаимо¬ действия на поверхностях деталей топлив и масел с газами и влагой при повышенной температуре. Они включают масла и нейтральные смолы, оксикислоты, асфальтены, карбены и кар- боиды, несгораемый остаток (золу). Комбинированные углеводо¬ родные загрязнения в зависимости от соотношения составляю¬ щих веществ подразделяют на масляные, асфальтосмолистые, лаковые и нагар. Отдельный вид загрязнений представляет накипь, которая от¬ кладывается на внутренних поверхностях стенок радиаторов и рубашек охлаждения двигателей. Ее образование обусловлено со¬ держанием в воде растворенных солей кальция и магния. По хи¬ мическому составу накипь разделяют на карбонатную (СаС03, MgC03 и Mg(HC03)2), некарбонатную (CaS04, MgSi03 и CaSi03) и смешанную. Карбонатные соли обусловливают временную жест¬ кость воды, а некарбонатные — постоянную. Первую устраняют нагреванием воды до 70—80 °С или ее кипячением, при этом из нее выпадают соли в виде шлама. Вторая жесткость обусловлена солями, не выпадающими в осадок при нагревании воды. Продукты коррозии образуются в результате химического или электрохимического разрушения металлов. Разрушенные лакокрасочные покрытия необходимо удалять с поверхности деталей, поэтому их относят к загрязнениям. Принятый, например, в капитальный ремонт двигатель внут¬ реннего сгорания с рабочим объемом 4,8 л имеет на поверхнос¬ тях своих деталей 5—10 кг эксплуатационных загрязнений. Мас¬ лопочвенные загрязнения распределены на площади поверхностей 6 м2, их доля в общей массе загрязнений составляет 75—80 %, асфальтосмолистые загрязнения, остатки лакокрасочных покры¬ 241
тий, нагар и накипь распределены, соответственно, на площади 2,3; 1,5; 0,5 и 1,7 м2. Операции по очистке и разборке автомобилей и агрегатов и очистке их деталей следуют друг за другом и выполняются на од¬ ном производственном участке. При качественной очистке изде¬ лий повышается культура производства, становится более объек¬ тивным определение технического состояния, сортировки и кон¬ троля деталей. От соблюдения вышеперечисленных требований зависит качество восстановления деталей и последующая после- ремонтная наработка агрегатов. Загрязнения на поверхностях от¬ ремонтированных агрегатов вызывают: ♦ абразивное изнашивание трущихся поверхностей; ♦ повышение температуры трущихся соединений за счет уве¬ личения термического сопротивления стенок деталей; ♦ уменьшение площади сечений каналов, по которым переме¬ щаются охлаждающие среды, масла и топливо; ♦ отказы клапанных механизмов; ♦ отклонение хода рабочих процессов от расчетного из-за из¬ менения давления и расходов сред, изменения рабочих объемов полостей, неуправляемого зажигания рабочих смесей и др. Из-за указанных причин послеремонтная наработка агрегатов снижается на 20—30 %. Допускаемая загрязненность (остаточная масса загрязнений на единице площади поверхности детали) зависит от значения шероховатости очищаемой поверхности (табл. 12.1). Эталон про¬ мышленной чистоты поверхностей соответствует остаточной за¬ грязненности 0,5 г/м2. Хорошо очищенные агрегаты и сборочные единицы требуют меньших усилий и моментов для своей разбор¬ ки и меньше повреждаются. Таблица 12.1 Допустимая загрязненность поверхностей в зависимости от класса шероховатости Шероховатость очищаемой поверхности, мкм Допустимая загрязненность, г/м2 Rz= 10—40 12,5 Ra = 0,63—2,5 7,0 Ra = 0,16—0,63 2,5 Разборочно-очистной участок является, по сути, заготовитель¬ ным, который полностью обеспечивает участки восстановления 242
деталей их заготовками и сборочный участок — частью годных де¬ талей. Трудоемкость очистных работ составляет 4—6 %, а разбо¬ рочных — 6—8 % от общей трудоемкости ремонта автомобилей. Качественную очистку автомобилей обеспечивает пятиопера¬ ционный процесс (рис. 12.3). В промежутках между очистными операциями выполняют разборку изделий. Во время первой очи¬ стной операции удаляют до 80 % по массе маслопочвенных и масляных загрязнений с продуктами изнашивания. Затем авто¬ мобиль разбирают на агрегаты. После снятия головок, люков, крышек и пробок очищают наружные и внутренние поверхности ремонтируемых агрегатов. Затем выполняют их общую и узловую разборку. После очистки и разборки узлов очищают все детали. В конце технологического процесса некоторые детали очищают от прочных загрязнений. Хотя их масса составляет не более 5 % от общей массы загрязнений и они не являются источником за¬ грязнений рабочего места, но для своего удаления требуют боль¬ шого расхода энергии и применения оборудования, специализи¬ рованного по видам загрязнений и материала деталей. Наиболь¬ шие. 12.3. Схема технологического процесса очистки автомобилей от эксплуатационных загрязнений и их разборки (курсивом приведены разборочные операции) 243
шие трудности представляет очистка поверхностей от прочных загрязнений в каналах и во внутренних полостях. Таким образом, в результате последующих операций по очис¬ тке деталей обеспечивается снятие более прочных загрязнений. Независимо от выбранного способа очистки изделий значи¬ тельного снижения расхода энергии добиваются за счет предва¬ рительной выдержки изделий в растворе ТМС. Асфальтосмолис¬ тые отложения, например, начинают разрыхляться в растворе при выдержке 15—20 мин. За 8 часов пребывания поршней с на¬ гаром в растворе «Лабомид-203» отделяется 60—80 % массы загрязнений. Способы очистки. Применяют следующие основные способы очистки поверхностей изделий в зависимости от состава и свойств загрязнений: ♦ гидродинамическое разрушение и смывание струей воды с образованием взвеси; ♦ растворение; ♦ эмульгирование; ♦ разрушение потоком металлической дроби, стеклянных ша¬ риков, кварцевого песка, пластмассовой или косточковой крошки; ♦ электрохимическая обработка; ♦ ультразвуковая обработка в жидкости; ♦ термическое разрушение; ♦ срезание скребками, щетками. Гидродинамическую очистку поверхностей струей холодной или горячей воды под давлением 0,5—20 МПа применяют для наружной очистки изделий от непрочных кремнезёмных загряз¬ нений, смачиваемых водой. Сила гидродинамического давления (Q, Н) струи воды на очи¬ щаемую поверхность равна Q - 10pSu2sina, (12.1) где р — средняя плотность аэрированной воды, кг/м3; S — пло¬ щадь поперечного сечения струи, соприкасающейся с очищаемой поверхностью, м2; v — средняя скорость воды у очищаемой по¬ верхности, м/с; a — угол между осью струи и нормалью к по¬ верхности. Скорость воды определяют из выражения v = <$sj2gH, (12.2) где ф — коэффициент скорости, принимает значения 0,96, 0,90 и 0,67, соответственно, для коноидальных, конических и цилин¬ дрических насадков; Н — напор перед насадком, м. 244
Растворение — это процесс образования однородной системы из двух веществ (одно из которых загрязнение) с распределением загрязнения в жидкой очистной среде. Загрязнения при этом виде очистки переходят с поверхности очищаемой детали в раствор. Наибольшей взаимной растворимостью обладают вещества со сходным строением молекул — «подобное растворяется в подобном». Растворимость загрязнений определяется электростатическим взаимодействием полярных молекул. Молекулы воды, спиртов, кислот, щелочей и ряда других веществ полярные, т. е. облада¬ ют дипольным моментом. У молекул некоторых веществ диполь- ный момент может индуцироваться (наводиться) при соприкосно¬ вении с полярными молекулами. К таким веществам относят, например, ароматические углеводороды. При введении растворя¬ емого вещества в растворитель их молекулы образуют агрегати- рованные молекулы (сольваты). Последние равномерно распреде¬ ляются по всему объему растворителя. Растворение сопровожда¬ ется и диффузией. Последний механизм растворения типичен для неполярных жидкостей. В этом случае вязкость смешиваемых ве¬ ществ имеет основное значение. Углеводородные загрязнения при очистке деталей растворяют в органических растворителях, ржавчину — в кислотном раство¬ ре, а лакокрасочные материалы —в щелочном. Смачивание заключается в растекании жидкости по поверх¬ ности твердого тела. Это свойство зависит от поверхностного на¬ тяжения жидкости, сочетания свойств ее материала и материала очищаемой поверхности. Смачивание — результат межмолеку- лярного взаимодействия сред на границе соприкосновения трех тел: твердого тела, жидкости и газа. Бели загрязнение смачива¬ ется раствором, то он проникает в поры и трещины твердого тела. Углеводородные загрязнения не смачиваются водой, а ми¬ неральные частицы смачиваются при отсутствии жировых пленок на поверхности. Силы в поверхностном слое жидкости стремятся придать ей такую форму, чтобы площадь ее поверхности была наименьшей. На каждую элементарную частицу жидкости у ее края на поверх¬ ности твердого тела (рис. 12.4) действуют сила Рj на границе твердое тело — газ, Р2 — твердое тело — жидкость и Р3 — жид¬ кость — газ. Жидкость растекается по поверхности при благо¬ приятном соотношении этих сил, зависящих от свойств взаимо¬ действующих веществ. Краевой угол смачивания ф определяют из соотношения созф = (Р2-Р;)/Р3. (12.3) 245
Рис. 12.4. Схема взаимодействия капли жидкости с поверхностью твердого тела и газовой средой: а — поверхность смачивается; б — поверхность не смачивается; 1 — капля жидкости; 2 — твердое тело; 3 — газовая среда (воздух) Чем меньше значение угла ф, тем больше смачивающая спо¬ собность жидкости. На границе очищающей среды имеется слой молекул раство¬ ра, не уравновешенных жидкостью, поэтому в единице объема этого слоя сосредоточено энергии больше, чем в равном объеме жидкости в глубине раствора. Этот слой обладает избытком сво¬ бодной энергии, которую измеряют работой для увеличения пло¬ щади поверхности жидкости на одну единицу, а произведение ее на величину поверхности называют поверхностной энергией. Имеются вещества, способные понижать поверхностную энер¬ гию раствора, которые называют поверхностно-активными веще¬ ствами (ПАВ). ПАВ представляют собой полярные органические соединения. Полярность ПАВ обусловлена строением молекул, состоящих из гидрофобной (водоотталкивающей) и гидрофильной (букв. — любовь к воде) частей. Гидрофобная часть молекулы (хвост) состоит из неполярного остатка углеводородной цепи длиной 10—18 групп и способствует растворению ПАВ в масле. Гидрофильная часть молекулы (голова) содержит полярные кар¬ боксильную СООН, гидроксильную ОН, сульфатную 0S03 или аминогруппу NH2 и способствует растворению ПАВ в воде. Хвос¬ ты молекул выталкиваются из полярного растворителя, а голо¬ вы удерживают молекулы на границе раздела фаз. Концентрация ПАВ в поверхностном слое на несколько поряд¬ ков выше, чем в объеме жидкости, поэтому даже при малом содер¬ жании ПАВ (0,01—0,10 % по массе) они значительно снижают по¬ верхностное натяжение среды (например, у воды при 20 °С от 72,8 до 25 МДж/м2). Поверхностная активность ПАВ возрастает с уве¬ личением их концентрации и длины углеводородной части молекул. Наибольшее применение в очистных процессах имеют колло¬ идные (мылоподобные) ПАВ. В водных растворах они имеют вы¬
сокую активность и способны образовать коллоидные агрегаты- мицеллы. Эта способность проявляется при концентрации ПАВ, называемой критической концентрацией мицеллообразования (ККМ), и выражается в резком изменении плотности, электричес¬ кой проводимости, поверхностного натяжения и моющего дей¬ ствия растворов. Щелочные добавки и повышение температуры раствора значительно снижают ККМ, что обеспечивает очистное действие раствора при меньшем расходе ПАВ. Для различных ПАВ значения ККМ составляют 1—10 г/л. Водные растворы коллоидных ПАВ при концентрации выше ККМ способны поглощать значительное количество нераствори¬ мых в воде веществ с образованием прозрачных нерасслаиваю- щихся со временем растворов. Такой процесс называют коллоид¬ ным растворением. Несмачиваемые и нерастворимые загрязнения могут быть пе¬ реведены в жидкую среду в виде устойчивых дисперсных эмуль¬ сий. Эмульгирование — это процесс образования эмульсий. Адсорбция ПАВ сопровождается образованием слоя сольвати- рованных молекул, покрывающих поверхность загрязнений. Это уменьшает как прочность самого загрязнения, так и прочность его соединения с металлической поверхностью. Вещества, которые способны адсорбироваться на поверхности гидрофобных материа¬ лов, называются эмульгаторами. Смачивание и адсорбция сопро¬ вождаются разрушающими загрязнение давлениями: расклинива¬ ющим, капиллярным и их комбинацией. Так, расклинивающее давление в микротрещинах имеет значения 80—100 МПа, а ка¬ пиллярное — 150—260 МПа. Загрязнения, как правило, состоят из жидкой (масла, смолы) и твердой (пыль, асфальтены, карбены и др.) частей. Такие за¬ грязнения удаляют с поверхностей деталей путем эмульгирования жидкой фазы (образования эмульсий) и диспергирования твердой фазы (образования дисперсий). Механическое движение раствора ускоряет очистку загрязненных поверхностей. Стабилизация очистки заключается в способности очистного раствора удерживать в своем объеме загрязнения, препятствуя обратному осаждению их на очищенные поверхности деталей. Очистку поверхности металла от загрязнения в жидком ра¬ створе ПАВ можно представить рядом стадий (рис. 12.5). Вода обладает большим поверхностным натяжением, она не смачивает гидрофобные загрязнения, а стягивается в отдельные капли. Растворение в воде ТМС уменьшает поверхностное натя¬ жение раствора, что приводит к проникновению его в трещины 247
Рис. 12.5. Схема очистного процесса в жидких технологических средах: а, б, в, г — стадии процесса; 1 — капли воды; 2 — загрязнение; 3 — очищаемая деталь; 4 — очистной раствор; 5 — гидрофильная часть молекулы ПАВ; 6 — гидрофобная часть молекулы ПАВ; 7 — перевод частиц загрязнений в раствор; 8 — частицы загрязнения, стабилизированные в растворе; 9 — адсорбированные молекулы ПАВ на очищенной поверхности и поры загрязнения. Капиллярное и расклинивающее действие раствора приводит к разрушению загрязнений. Отколовшиеся ча¬ стицы переходят в раствор. Молекулы ПАВ адсорбируют на час¬ тицах загрязнения и очищенных поверхностях деталей и препят¬ ствуют укрупнению частиц и оседанию их на поверхность. В ре¬ зультате частицы загрязнений вначале находятся в растворе во взвешенном состоянии, а затем всплывают на поверхность ра¬ створа или оседают на дно ванны. Электрохимическая обработка поверхности деталей заключа¬ ется в отрыве частиц загрязнений пузырьками водорода и кисло¬ рода, выделяющихся, соответственно, на катоде и аноде. 248
Ультразвуковая очистка основана на передаче энергии от из¬ лучателя через жидкую среду к очищаемой поверхности. Колеба¬ ния среды с частотой 20—25 кГц вызывают гидравлические уда¬ ры у поверхности детали, которые разрушают масляные пленки за 30—40 с, а твердые углеводородные загрязнения — в течение 2—3 мин. Этот способ нашел применение при очистке прецизи¬ онных деталей сложной формы от прочных загрязнений. Если приведенные процессы неэффективны при очистке дета¬ лей от прочных загрязнений, то последние разрушают потоком твердых частиц, срезают или применяют огневую обработку. Очистные среды. Широко применяют жидкие технологичес¬ кие среды на основе органических растворителей и технических моющих средств. Однако эти среды не могут с необходимой про¬ изводительностью очистить детали от загрязнений всех видов, поэтому используют и другие вещества. Органические растворители обладают незначительным по¬ верхностным натяжением, они способны растворять загрязнения с образованием однофазных растворов переменного состава. По¬ лученные растворы содержат не менее двух компонентов. Эти очистные среды обладают высокой растворяющей способностью и нейтральностью по отношению к материалам поверхностей. Их можно регенерировать. Углеводородные растворители принадле¬ жат к слабополярным гидрофобным веществам, их применяют для растворения неполярных и слабополярных загрязнений: ма¬ сел, жиров, простых эфиров и битумов. Органические раствори¬ тели по составу делят на две группы. Первую группу образуют алифатические углеводороды, полу¬ ченные из нефти (керосин, уайт-спирит, бензин), ароматические углеводороды, получаемые из каменноугольной смолы (бензол, толуол, ксилол), неароматические кольцевые углеводороды (ски¬ пидар), спирты (метиловый, этиловый, изопропиленовый), кето- ны (ацетон, циклогексанон) и эфиры (этилацетат, бутйлацетат). Все они пожароопасны и умеренно токсичны. Вторую группу составляют хлорированные углеводороды. По¬ чти все они негорючи, но токсичны. При взаимодействии с во¬ дой, светом и теплом нестабилизированные хлорированные ра¬ створители разлагаются, а продукты разложения (соляная кис¬ лота, хлор, фосген) вызывают коррозию металлов. Хлорирован¬ ные углеводороды работают при комнатной температуре. Хлорированные углеводороды обеспечивают высокое качество очистки деталей, но требуют больших затрат на обеспечение бе¬ зопасных условий труда, обеспечивающих исключение контакта 249
растворителя и продуктов его превращений с организмом опера¬ тора. Растворяющая способность органических растворителей высокая. Для некоторых растворителей показатель имеет такие значения (кг/м2-с): трихлорэтилен 3,10; ксилол 2,20; тетрахлор- этилен 1,70; бензин 1,30; уайт-спирит 0,90; керосин 0,60. Для облегчения снятия масляных, нитроцеллюлозных и пер¬ хлорвинил овых покрытий применяют смывки. Они представля¬ ют собой смеси органических растворителей, замедлителей испа¬ рения, загустителей, эмульгаторов и разрыхлителей. При накоплении предельной массы загрязнений в органичес¬ ких растворителях очистка прекращается. Этот недостаток час¬ тично устраняют растворяюще-эмульгирующие средства (РЭС). РЭС состоят из основного и дополнительного растворителей, ПАВ и небольшой добавки воды. Основным растворителем слу¬ жат ксилол, уайт-спирит или хлорированные углеводороды. До¬ полнительный растворитель обеспечивает однородность и ста¬ бильность раствора с эмульгированным (диспергированным) за¬ грязнением. В качестве дополнительного растворителя применя¬ ют ализариновое масло, канифоль и трикрезол. Детали после из¬ влечения из РЭС помещают в воду или раствор ПАВ, где загряз¬ нения эмульгируются, а очистка деталей продолжается. РЭС применяют при очистке деталей от асфальтосмолистых отложе¬ ний при температуре 20—50 °С. Создание технических моющих средств (ТМС) на основе ще¬ лочных веществ и ПАВ — одно из важнейших достижений в об¬ ласти очистки техники. Щелочные компоненты в ТМС изменяют химический состав загрязнений и повышают активность ПАВ. Щелочную реакцию раствору придают как щелочи, так и щелоч¬ ные соли. Щелочная реакция раствора щелочей объясняется их диссоциацией, а раствора щелочных солей — гидролизом. Из щелочей применяют едкий натр, а в качестве щелочных солей — кальцинированную соду, силикаты (метасиликат на¬ трия, жидкое стекло) и фосфаты (тринатрийфосфат, триполифос- фат). Степень гидролиза солей возрастает с понижением их кон¬ центрации и повышением температуры раствора. Щелочные ве¬ щества умягчают воду, нейтрализуют свободные жирные кисло¬ ты, омыляют загрязнения и поддерживают необходимую концен¬ трацию водородных ионов (показатель pH). Значение показателя pH раствора ограничивают во избежание коррозии металлов. При очистке деталей из цинка и алюминия pH составляет 9—10, олова — не выше 11, латуни — не выше 12,0—12,5, а сталь допускает очистку при pH до 14. Детали из 250
цветных металлов можно очищать при значительно больших значениях pH, например, 11,5—12,8, однако в такие растворы необходимо добавлять метасиликат натрия и жидкое стекло. ТМС являются многокомпонентными смесями химических ве¬ ществ, каждое из которых выполняет определенные функции в процессе очистки. Состав ТМС подбирают для применения в кон¬ кретном технологическом процессе очистки деталей из определен¬ ного материала от заданных загрязнений. Большинство ТМС состоит из смесей щелочных неорганичес¬ ких веществ — кальцинированной соды, силиката натрия, солей фосфорной кислоты с небольшими добавками ПАВ. К таким по¬ рошкообразным ТМС относят лабомид, МС, MJI, викол, темп и другие. ТМС лабомид, МС, MJI и темп практически взаимозаме¬ няемы при очистке деталей. Средства МС-6 и МС-8 представляют собой смеси неионогенных ПАВ с неорганическими щелочными солями. МС-6 предназначено для очистки деталей шасси автомобилей, их агрегатов и узлов, МС-8 — для очистки деталей двигателей. MJI-51 и МЛ-52 — сме¬ си ПАВ с щелочными неорганическими солями. Средство МЛ-51 предназначено для очистки деталей от остатков горючесмазочных материалов, маслогрязевых отложений и консервационных по¬ крытий. МЛ-52 служит для очистки деталей от остатков горюче¬ смазочных и асфальтосмолистых отложений. МС-15 — смесь не¬ ионогенных ПАВ с неорганическими щелочными веществами. Средство предназначено для очистки автомобилей, агрегатов, уз¬ лов и деталей от масляных отложений в различных очистных машинах погружного типа. Концентрация ТМС в растворах составляет 15—30 г/л, а ра¬ бочая температура этих растворов равна 80—90 °С. Необходимость уменьшить коррозионное воздействие на поверх¬ ность деталей из цветных металлов и сплавов обусловила приме¬ нение ТМС на основе неионогенных ПАВ в смеси с растворителя¬ ми и органическими добавками к ним. К ним относят средства: Вертолин-74, Истра, Импульс, Фокус-74, ТМС-57, Омега и др. Использование ТМС по сравнению с органическими раствори¬ телями обеспечивает снижение стоимости очистных растворов на 40—60 % и сокращение времени очистки в 5—7 раз. Прочные неомыляемые загрязнения удаляют с поверхности детали путем их механического дробления потоком твердых час¬ тиц (косточковой крошки фруктовых растений, стеклянными шариками диаметром 0,3—0,8 мм, частицами полиэтилена или полиамида, корундом, чугунной или стальной сферической дро¬ 251
бью, кварцевым песком). Среда переноса этих частиц — сжатый воздух, вода, растворы ТМС. Перспективно применение гранули¬ рованного сухого льда, который полностью испаряется после очистки поверхностей. Расплав щелочей и солей из едкого натра (NaOH), нитрата натрия (NaN03) и хлорида натрия (NaCl) очищает поверхности деталей практически от всех видов загрязнений. Водные растворы серной и соляной кислот используют для травления, очистки от продуктов коррозии, накипи и асфальто¬ смолистых отложений. Применяют также уксусную, щавелевую, олеиновую, лимонную и нафтеновую кислоты. Коррозионная ак¬ тивность кислот уменьшается при введении в очистной раствор ингибирующих добавок. В установке ОМ-21605 для очистки чугунных деталей применя¬ ют 20 %-ный раствор, а для деталей из алюминиевого сплава — 8 %-ный раствор соляной кислоты с добавкой уротропина и сульфата калия. Ополаскивающая среда — вода, а нейтрализую¬ щая — раствор кальцинированной соды. Растворы каустической соды применяют в выварочных ван¬ нах для снятия старой краски. Очистное оборудование. Наибольший объем общей очистки автомобилей приходится на струйные или погружные машины проходного или тупикового типа, заправленные жидкими техно¬ логическими средами. Основные элементы струйной машины проходного типа (рис. 12.6): очистная камера 7, ванна с раствором 6, фильтры 5 и 9, насосный агрегат 11, система гидрантов 8, транспорти¬ рующее устройство. Раствор нагревают паровыми или электри¬ ческими теплообменниками. При работе машины насос подает очистную среду под давлением 0,2—1,0 МПа в систему гидран¬ тов, которые представляют собой фигурные трубопроводы с мно¬ жеством сопел. Форма гидрантов, число и направление сопел обеспечивают формирование струй, направленных в наиболее загрязненные места. В некоторых машинах гидранты выполне¬ ны подвижными, что позволяет струям раствора взаимодейство¬ вать с очищаемой поверхностью с разных направлений со ска¬ нирующим эффектом. В процессе очистки изделия поступательно перемещаются на транспортере или подвесном конвейере относительно гидрантов. Перемещение деталей на подвесном конвейере обеспечивает луч¬ шее качество их очистки, а перемещение на решетчатом транс¬ портере исключает время их завешивания на подвески. 252
12 3 4 Рис. 12.6. Машина для струйной очистки изделий: 1 — тамбур; 2 — вентиляционный отвод; 3 — люк; 4 — флотационный отсек; 5 и 9 — фильтры напорные; 6 — ванна с раствором и нагревательными элементами; 7 очистная камера; 8 — система гидрантов; 10 — емкость подачи раствора; 11 — насосный агрегат; 12 — приборы Устройство погружной машины крестово-роторного типа при¬ ведено на рис. 12.7. Внутри ванны 5 установлен вал 4 с кресто¬ винами на опорах. Вал приводится во вращение от электродви¬ гателя через клиноременную передачу и редуктор. На шипы кре¬ стовины устанавливают контейнеры 3 с изделиями. Теплообмен¬ ник 7 нагревает раствор. Маслосборник 6 и устройство для сбо¬ ра загрязнений 2 с насосом 8 поддерживают чистоту раствора. Дно ванны выполнено с уклоном для облегчения удаления шла¬ ма. Производительность очистки повышает ротор-активатор 1. Машина работает следующим образом. При открытой крыш¬ ке ванны устанавливают контейнеры с очищаемыми объектами на шипы крестовин. Такими объектами могут быть автомобили, агрегаты или детали. Закрывают крышку и включают привод 253
Рис. 12.7. Машина для погружной очистки изделий от маслогрязевых и асфальтосмолистых загрязнений вращения вала. Контейнеры с очищаемыми объектами с часто¬ той 3—10 мин”1 погружаются в очистной раствор и извлекаются из него. Частоту вращения вала выбирают из расчета, чтобы ра¬ створ успевал заполнять полости деталей и вытекать из них во время нахождения очищаемого объекта в растворе и над ним со¬ ответственно. Это обеспечивает высокую скорость и непрерывное обновление раствора вблизи очищаемых поверхностей деталей. Автомобиль для очистки может быть установлен на качающейся платформе. Производительность и качество погружной очистки увеличи¬ вают радиальные роторы-активаторы, осевые винты и ультразву¬ ковые излучатели. Струйные машины легко приспосабливаются к конвейерной очистке, они менее металлоемки, у них меньшая мощность ме¬ ханического привода, однако эти машины требуют большего рас¬ хода тепловой энергии на нагрев раствора. Общая поверхность капель, образующихся при струйной очист¬ ке деталей, составляет 10—15 тыс. м2 на каждый литр раствора. Высокая кратность перекачки очистного раствора (до 20 раз в час) 254
приводит к образованию стабильных эмульсий из загрязнений в растворе, в результате чего растворы быстро истощаются. При этом большая часть молекул ПАВ адсорбируется на отделивших¬ ся частицах загрязнения и в процессе дальнейшей очистки не уча¬ ствует. Такие эмульсии практически не поддаются расслоению, а их слив в канализацию наносит большой ущерб природе. Макси¬ мальная активность раствора ТМС начинает проявляться не с мо¬ мента контакта раствора с загрязнением, а через 0,1—0,2 ч. Это время необходимо для адсорбции молекул ПАВ на частицах за¬ грязнений, следовательно, энергия для механического воздействия на загрязнение в начальный период очистки расходуется неэффек¬ тивно. Качественной очистке подвергаются только поверхности де¬ талей, имеющие непосредственный контакт со струями, а поверх¬ ности, находящиеся в «тени», не очищаются. Погружные машины лишены ряда приведенных недостатков, однако требуют больших трудозатрат на загрузку и выгрузку из¬ делий. Общие затраты на создание и эксплуатацию погружных машин меньше, чем на создание струйных. Ряд передовых ремонт¬ ных заводов ведет очистку ремонтируемой техники только в по¬ гружных машинах. Имеется ряд погружных машин, специализи¬ рованных по очистке отдельных деталей от прочных загрязнений различных видов. Детали топливной аппаратуры очищают в установках УЗВ-15М, УЗВ-16М, УЗВ-17М и УЗВ-18М с ультразвуковыми колебания¬ ми очищающей среды. Установки включают ванну и ультразву¬ ковой генератор. Наиболее часто для ультразвуковой очистки применяют щелочные растворы с ПАВ. Режим очистки: продол¬ жительность 1—5 мин; частота колебаний 20—40 кГц, удельная мощность 1—3 Вт/см2, температура раствора 40—60 °С. Остатки лакокрасочных покрытий снимают с деталей из чер¬ ных металлов в течение 30—-60 мин в роторных погружных ма¬ шинах, заправленных 1,5—3,0 %-ным раствором каустической соды. Этот способ очистки деталей требует последующего их опо¬ ласкивания в растворе ТМС. Смывки при снятии красок наносят кистью или пульвериза¬ тором, спустя 20—40 мин покрытие набухает и его соскаблива¬ ют скребком или смывают раствором ТМС. Детали очищают от накипи в 15 %-ном растворе соляной кислоты, подогретом в ванне до температуры 60 °С. Процесс про¬ текает при включенной вентиляции. Для изготовления ванн при¬ меняют дорогие кислотостойкие материалы. Несмотря на просто¬ ту процесса, следует учитывать, что он требует больших затрат 255
на обеспечение безопасных условий труда. Необходима нейтрали¬ зация раствора, оставшегося на поверхностях очищаемых дета¬ лей и находящегося в виде паров в вентиляционных каналах. Очистка деталей из алюминиевого сплава от углеводородных отложений эффективна в расплаве щелочей и солей в четырех¬ секционных машинах. Непосредственно отделение загрязнений протекает в первой секции с расплавом едкого натра (NaOH, 65 %), нитрата натрия (NaN03, 30 %) и хлорида натрия (NaCl, 5 %), нагретого до температуры 300 °С. В остальных секциях ведут нейтрализацию остатков расплава, осветление и промывку поверх¬ ностей деталей. При очистке деталей из черных металлов допус¬ кается повышение температуры расплава до 400—420 °С. По этой технологии, например, очищают коленчатые валы с прочными загрязнениями во внутренних полостях в шатунных шейках. Широко применяют очистку деталей из алюминиевого сплава от прочных загрязнений потоком косточковой крошки, зернами полиэтилена или полиамида в струе сжатого воздуха. Однако эта очистка сопряжена с большими трудозатратами на непрерывное относительное перемещение очищаемого изделия и эжекционно- го пистолета. Кроме того, для установки оборудования требует¬ ся яма в полу. Большой расход сжатого воздуха для создания разрежения в эжекционном пистолете сопряжен с большими экс¬ плуатационными расходами. В производство внедрена очистка деталей стеклянными ша¬ риками диаметром 0,3—0,8 мм. Этот вид очистки по сравнению с очисткой деталей косточковой крошкой более производитель¬ ный, здесь меньшая стоимость очистного агента, машина имеет меньшие габариты, а процесс легче механизируется. Материал шариков по сравнению с другими искусственными материалами характеризуется наибольшим значением коэффициента восста¬ новления при ударе (15/16). Установка для очистки от нагара поршней двигателей внут¬ реннего сгорания (рис. 12.8) включает корпус 1 с приводом, ка¬ меры 7 и сборник-фильтр 10. На корпусе 1 установлены все узлы установки. Электродви¬ гатель 2 посредством клиноременной передачи 3 приводит в дви¬ жение червячный редуктор 4, который в свою очередь клиноре¬ менной передачей 5 соединен с двумя шкивами, установленными на валах 6. На других концах валов закреплены стаканы, в ко¬ торые устанавливают очищаемые детали. В сборнике-фильтре 10 находится запас стеклянных шари¬ ков, матерчатый фильтр 11 и фильтрующая сетка 12. Шланги 256
Рис. 12.8. Машина для очистки поршней потоком стеклянных шариков для подачи шариков к эжекционным форсункам 9 подключены к основанию конусного дна сборника. Патрубок, по которому ша¬ рики возвращаются в сборник-фильтр, расположен тангенциаль¬ но его корпусу. В два стакана на валах 6 устанавливают очищаемые детали и закрывают двери 8. Эжекционные форсунки создают разреже¬ ние в подводных шлангах, что приводит к поступлению шари¬ ков к форсункам. Шарики из фильтра-отстойника попадают в струю сжатого воздуха и приобретают необходимую энергию для разрушения нагара в момент соударения с загрязнением. Верхние форсунки, установленные в камерах 7, очищают днище поршня, а боковые форсунки — канавки под поршневые кольца. 9-135 257
Шарики после соударения с нагаром попадают вместе с час¬ тицами загрязнений на наклонное дно камеры, а затем за счет работы эжектора 13 — в сборник-фильтр. Шарики просыпаются через сетку 12, на которой задерживаются частицы загрязнения. Отработавший воздух через фильтр 11 выходит в атмосферу в очищенном состоянии. Для очистки крепежных деталей эффективны технологичес¬ кие машины, в которых дробление загрязнений происходит при соударении деталей во время их перекатывания друг через друга в барабане. Разновидностью таких машин является средство со шнековым барабаном и автоматической выгрузкой метизов. Про¬ цесс очистки в нем протекает при непрерывном перекатывании и осевом перемещении деталей в очистном растворе за счет враще¬ ния барабана. Для очистки ремонтируемых машин и их частей ГосНИТИ (Москва) разработал систему очистного оборудования, которая в свое время непрерывно совершенствовалась. Применительно к ре¬ монту агрегатов с восстановлением их деталей эта система вклю¬ чает струйные машины ОМ-216Ю и ОМ-1578 для наружной очи¬ стки агрегатов. Для очистки подразобранных агрегатов и их уз¬ лов разработаны погружные машины ОМ-21602, ОМ-22608 и ОМ-22609. Для очистки масляных каналов в блоках цилиндров созданы машины ОМ-36СЮ и АКТБ-180, для очистки каналов в коленчатых валах — ОМ-22601. Мелкие детали (толкатели, ко¬ ромысла, клапаны, пружины и др.) очищаются в колокольной машине ОМ-6О68А производительностью 400 кг/ч с механизиро¬ ванной выгрузкой очищенных изделий. Доля тепловой энергии на технологические нужды, затрачи¬ ваемой на очистку изделий, доходит до 70 %. Совершенствова¬ ние этого процесса в направлении уменьшения расхода тепловой энергии актуально до настоящего времени. Разборочные процессы и оборудование. Для уменьшения тру¬ доемкости процесса и совершенствования организации труда разбор¬ ку автомобиля делят на общую и узловую. В таком случае автомо¬ биль последовательно разбирают на агрегаты, а агрегаты — на сбо¬ рочные единицы на рабочих местах общей разборки, а затем в про¬ цессе узловой разборки сборочные единицы разбирают на детали. При разборке автомобилей, агрегатов и сборочных единиц вы¬ полняют транспортные и технологические перемещения и разъе¬ динение резьбовых и прессовых соединений. В качестве установочно-транспортного средства при общей раз¬ борке автомобилей и агрегатов применяют конвейер или эстакаду. 258
Тупиковую разборку ведут на стендах. Конвейерное перемещение предмета ремонта между технологическими позициями и приме¬ нение специального оборудования для разборки резьбовых и прессовых соединений уменьшают трудоемкость разборки. Агрегат при общей разборке устанавливают на стенд. Разби¬ раемый агрегат имеет технологическое вращения вокруг верти¬ кальной или горизонтальной оси. Стенд (рис. 12.9) включает ос¬ нование 1, закрепленное с помощью фундаментных болтов на полу, и вращатель, состоящий из электродвигателя 2, редуктора 3 и рамы 4 с прихватами. Рама с помощью ступицы закреплена на ведомом валу редуктора. Если опорно-крепежные элементы до¬ пускают закрепление агрегата только за корпусную, деталь, то возможно разъединение и снятие всех деталей и сборочных еди¬ ниц, относящееся к общей разборке. 259
Стенд работает следующим образом. Предмет труда базируют с помощью грузоподъемных средств на опорных элементах рамы 4 и крепят резьбовыми прихватами. Включают электродвигатель 2, а предмет труда устанавливают в удобное для разборки положе¬ ние путем поворота ведомого вала редуктора с рамой. Вращатель стенда без электродвигателя применяют в составе конвейера при поточной разборке. Ось вращения разбираемого аг¬ регата необходимо совместить с центром тяжести вращающихся масс, в этом случае повороты предмета труда требуют наимень¬ ших моментов. На ведущем валу редуктора может быть установ¬ лен маховик с рукояткой, а конец этого вала выполнен в виде шестигранника. Разбираемый агрегат в этом случае поворачива¬ ют за счет вращения ведущего вала редуктора за рукоятку вруч¬ ную или гайковертом за шестигранник. Корпус редуктора закреп¬ ляют на несущей части конвейера. Наибольшую долю резьборазборочных работ выполняют при общей разборке агрегата. Резьбовые соединения разбирают с по¬ мощью гайковертов. Их применение повышает производитель¬ ность труда в 3—5 раз и уменьшает число повреждений крепеж¬ ных деталей. Пневматические или электрические гайковерты бы¬ вают одношпиндельными или многошпиндельными. Распространенный пневматический гайковерт УПГ-16 позво¬ ляет разборку соединений диаметром до 16 мм, развивает макси¬ мальный момент на ключе 200 Н • м, потребляет сжатый воздух под давлением 0,3—0,6 МПа, обладает массой 3,5 кг. Электрические гайковерты оснащены высокочастотными элек¬ тродвигателями, потребляющими ток частотой 200 Гц под на¬ пряжением 36 В. Пневматические гайковерты (рис. 12.10) имеют малый КПД (7—10 %) и издают сильный шум при работе. Электрические гайковерты имеют сравнительно высокий КПД (50—60 %) и тре¬ буют меньших эксплуатационных расходов на использование. В приводах шпинделей гайковертов применяют ударно-им- пульсные муфты, которые увеличивают момент отворачивания и уменьшают реактивный момент, передаваемый на руки рабочего. Специализированные разборочные посты оснащают стацио¬ нарными одношпиндельными электрическими гайковертами, ус¬ тановленными на колоннах, или многошпиндельными гайковер¬ тами, которые устанавливают на подвеске. Применение много¬ шпиндельных гайковертов для разборки групп резьбовых соеди¬ нений повышает производительность труда в 6—8 раз по сравне¬ нию с применением одношпиндельных гайковертов. 260
Рис. 12.10. Гайковерт пневматический ударного действия: 1 — шпиндель; 2 — кулачок; 3 — пружина; 4 — ротор; 5 — корпус; 6 — рукоятка; 7 — кнопка; 8 — маховик; 9 — кожух Прессоразборочные работы выполняют при узловой разборке с помощью ручных винтовых, механизированных пневматичес¬ ких или гидравлических устройств. При небольших объемах производства прессовые соединения разбирают с помощью ручных винтовых съемников, которые раз¬ вивают усилие до 50 кН. Для разборки узлов автомобилей при¬ меняют, например, комплект съемников ОРГ-8947. Для выпрес- совывания шарикового подшипника из торца коленчатого вала двигателя используют, например, съемник 00Б-195-5-00. Меха¬ нические стенды повышают производительность труда в 3—5 раз ‘ по сравнению с ручными съемниками. Широкое применение по¬ лучили пневматические (давление сжатого воздуха 0,4—0,6 МПа) и гидравлические (давление масла 10—25 МПа) приводы. Устройство для снятия гильзы цилиндра (рис. 12.11) содер¬ жит гидроцилиндр 7 с заплечиками, которыми он устанавлива¬ ется на стенки блока цилиндров, и поршень 6 со штоком 5. На 261
Рис. 12.11. Устройство для снятия гильзы цилиндра штоке соосно ему установлен клин 3 со штифтом 4. Клин нагру¬ жен пружиной 2, которая стремится поднять его. В нижней час¬ ти штока на осях установлены захваты 1 для гильзы. При подаче масла под давлением в полость цилиндра 7 над поршнем 6 последний движется вниз. Пружина 2 поднимает клин до упора штифтом 4 в стенку штока, при этом усилие от клина на захваты не передается. Устройство вводят в отверстие гильзы цилиндра, захваты 1, поворачиваясь на своих осях, этому не препятствуют. Когда ци¬ линдр 7 своими заплечиками касается блока цилиндров, захва¬ ты 1 под действием собственного веса располагаются горизон¬ тально и касаются площадок штока. Затем подают масло под давлением в полость цилиндра под поршнем. Сила давления от поршня 6 передается через захваты 1 к снимаемой гильзе. Штифт 4 клина после извлечения гильзы из блока упирается в стенку штока. Остановившийся клин 3 дей¬ ствует на захваты 1, внешние концы которых, поднимаясь, 262
перемещаются к центру и освобождают гильзу. Устройство сни¬ мают с блока цилиндров. Приложение вибраций к разбираемым соединениям уменьша¬ ет разборочные моменты и усилия. Принцип работы оборудова¬ ния для разрыхления прочных загрязнений и ослабления поса¬ док соединений (резьбовых и прессовых) основан на использова¬ нии высоковольтных разрядов в жидкости, заполняющей внут¬ реннюю полость агрегата. Мощные ударные волны создают коле¬ бания в разбираемых объектах, при этом соединения, поражен¬ ные ржавчиной, легко разбираются. Сохранность деталей при разборке обеспечивается с помощью применения специализированных стендов, учета деталей и вне¬ дрения системы оплаты труда разборщикам за сданные на рабо¬ чие места сортировки неразрушенные детали. Технологические мероприятия, обеспечивающие сохранность деталей, сводятся к исключению ручной или ударной разборки. Последняя разборка приводит к обломам фланцев деталей, тре¬ щинам в корпусных деталях, погнутости листовых деталей, раз¬ рушению резьбы, забоинам на точных поверхностях, изогнутос¬ ти длинных деталей и др. Такие повреждения увеличивают расход запасных частей на 15 % и объем восстановительных ра¬ бот — на 20 %.
Определение технического состояния деталей 13.1. Виды дефектов и их характеристика Дефект — это отдельное несоответствие продукции установ¬ ленным требованиям. Повреждение — событие, заключающееся в нарушении исправного состояния объекта при сохранении работоспособного состояния. По своим последствиям дефекты подразделяют на критические, значительные и малозначительные, по месту расположения — на наружные и внутренние, по возможности устранения — на испра¬ вимые и неисправимые, а по отражению в нормативной докумен¬ тации — на явные и скрытые. Критический дефект такой, при наличии которого использование детали невозможно. Значитель¬ ный дефект существенно влияет на использование детали и (или) на ее долговечность, а малозначительный — не оказывает тако¬ го влияния. Наружные дефекты выявляются осмотром или пу¬ тем измерений. Внутренние дефекты выявляются способами структуроскопии или проникающими способами. Устранение ис¬ правимого дефекта технически возможно и экономически целесо¬ образно, а неисправимого — невозможно или нецелесообразно. Если для выявления дефекта в технической документации пре¬ дусмотрены соответствующие правила и средства, то дефект счи¬ тается явным, в противном случае дефект признают скрытым. В зависимости от того, какая стадия жизненного цикла авто¬ мобиля повлияла на возникновение дефектов, они бывают конст¬ руктивные, производственные и эксплуатационные. Конструктив¬ ные дефекты возникают в результате ошибок и просчетов конст¬ руирования, производственные — в результате нарушения техно¬ логического процесса изготовления или восстановления деталей, а эксплуатационные — в результате использования автомобиля. Состояние деталей определяется значениями параметров, в каче¬ стве которых применяют размеры (линейные и угловые) элементов детали, их форму и взаимное расположение, наличие трещин, разме¬ ры трещин и пробоин, расход пробного вещества (воды, воздуха) 264
сквозь течи, механические характеристики. Эти значения могут быть допустимыми и предельными. Детали с допустимыми зна¬ чениями параметров используют в дальнейшем без восстанови¬ тельных работ, а с предельными — выбраковывают. Если значе¬ ния параметров находятся в отрезке значений между допустимым и предельным, то деталь подлежит восстановлению. У деталей из¬ меряют те параметры, которые изменяются при их использовании. Техническое состояние деталей в основном определяется экс¬ плуатационными дефектами в виде износов, усталостных измене¬ ний, деформаций, изломов, трещин, пробоин, коррозии и старе¬ ния материала. 13.2. Способы и средства определения дефектов Определение геометрических параметров. Данные операции включают: простукивание и осмотр; измерение линейных и угло¬ вых размеров; измерение параметров формы и расположения по¬ верхностей; обнаружение поверхностных трещин; определение те¬ чей; измерение специальных характеристик. Простукивание с прослушиванием применяют для определе¬ ния «ослабленных» посадок бандажей, штифтов, заклепок и др., а также контроля резьбовых соединений с натягом. Соединения с малым натягом издают после удара более высокий звук. Резь¬ бы с натягом разбирают только при необходимости. Обломы, разрушенные резьбы и большие наружные трещины выявляют осмотром. Применяют лупы складные ЛП-1, ЛАЗ, ЛПК-471 и штативные ЛШ, ЛПШ-25, ЛПШ-462, микроскопы отсчетные МИР-1М, МИР-2 и бинокулярные БМИ. Простукивание соединений и осмотр деталей относятся к субъективным органолептическим способам, использующим слух и зрение человека, остальные способы являются объективными инструментальными. Линейные размеры элементов деталей измеряют универсаль¬ ными и специальными средствами. К универсальным средствам измерений относят штангенциркули (ГОСТ 166—89), штангензу- бомеры, штангенглубиномеры (ГОСТ 162—90), гладкие микро¬ метры (ГОСТ 6507—90), индикаторные нутромеры (ГОСТ 868— 82 и 9244—75) и скобы (ГОСТ 11098—75). Для повышения производительности измерений широко применяют специальные средства — непроходные неполные предельные калибры, рабочие размеры которых определены ГОСТ 2015—84. Диаметры внутренних и наружных цилиндрических поверхно¬ стей измеряют в двух взаимно перпендикулярных плоскостях 265
или в плоскости наибольшего износа. Ответственные резьбовые шейки измеряют резьбовыми калибрами. Угловые размеры измеряют тригонометрическими устройства¬ ми или угломерами с нониусами (ГОСТ 5378—66). Если деталь признают годной по линейным и угловым разме¬ рам, то проверку продолжают для выявления годности по пара¬ метрам формы и расположения поверхностей. Отклонение от круглости измеряют кругломерами, от плоско¬ стности — с помощью линеек, щупов или оптико-механических приборов. Отклонения от взаимного расположения поверхностей изме¬ ряют с помощью специальных средств, оснащенных рычажно¬ зубчатыми головками (ГОСТ 577—68). Например, в блоке ци¬ линдров в сборе с картером сцепления двигателя измеряют несо- осность коренных опор между собой и с отверстием под коробку передач в картере сцепления, биение торца картера сцепления от¬ носительно оси коренных опор, параллельность торцов первой коренной опоры между собой и перпендикулярность их к оси ко¬ ренных опор, совпадение и перпендикулярность осей цилиндров и коренных опор, расстояния между осями цилиндров, парал¬ лельность осей коренных опор и отверстий под распределитель¬ ный вал и расстояние между ними, расстояние между осями ко¬ ренных опор и отверстия под стартер. Большую часть таких средств создают в собственном вспомогательном производстве. Определение трещин. Зрительно неразличимые поверхност¬ ные усталостные трещины в деталях ремонтного фонда опреде¬ ляют магнитным, капиллярным или звуковым способом. Пер¬ спективно применение рентгено- и гаммадефектоскопии. Сущность магнитного способа заключается в том, что маг¬ нитный поток, встречая на своем пути повреждение с большим магнитным сопротивлением, чем сопротивление ферромагнитного материала, огибает его. Часть магнитного потока выходит за пределы детали, образуя поток рассеяния. Поиск последнего со¬ ставляет содержание способа. Магнитные способы применяют для контроля деталей из фер¬ ромагнитных материалов. Эти способы просты и надежны, поэто¬ му получили широкое распространение. Для определения магнитного потока рассеяния применяют магнитопорошковый, магнитографический, феррозондовый и дру¬ гие способы. Наибольшее распространение получил первый способ. Магнитопорошковый способ включает: намагничивание за¬ готовки, нанесение на проверяемую поверхность магнитного 266
порошка или его взвеси, обнаружение повреждения, очистку и размагничивание заготовки. Железные магнитные порошки получают термическим разложе¬ нием пентакарбонила железа Fe(CO)5 или диспергированием железа электрической дугой в керосине, а порошок ферромагнитного оксида железа получают окислением магнетита. Наибольшее распростране¬ ние получил черный или темно-коричневый магнитный порошок, представляющий собой измельченный оксид—закись железа Fe304, и буро-красный порошок — оксид железа ГегОз. Для деталей с темной поверхностью используют светлые порошки (с добавлением алюми¬ ниевой пудры) или люминесцирующие порошки, содержащие люми¬ нофор- люмоген светло-желтого цвета. Частицы порошка имеют раз¬ меры 0,1—60 мкм. Магнитные пасты, предназначенные для получе¬ ния взвесей в жидкости, содержат различные смачивающие, антикор¬ розийные и другие добавки. В качестве жидкости применяют смесь керосина и трансформаторного масла в равных количествах. В 1 кг жидкости содержится 30—50 г магнитного порошка. Скопления порошка над трещинами намагниченных загото¬ вок выявляют форму и размеры этих трещин. Повреждения обнаруживают при направлении магнитного по¬ тока перпендикулярно трещине. Простые заготовки намагничи¬ вают в одном направлении, а сложные — в нескольких. Приме¬ няют три способа намагничивания: циркуляционное, полюсное и комбинированное. Циркуляционное (поперечное) намагничивание осуще¬ ствляют пропусканием тока под напряжением -12 В через про¬ веряемую заготовку (рис. 13.1, а) или через проводник, помещен¬ ный'в ее отверстие. В этом случае хорошо обнаруживаются про¬ дольные трещины. Полюсное (продольное) намагничивание ведут с помощью электромагнитов или соленоидов (рис. 13.1, б), при этом заго¬ товку намагничивают вдоль своего наибольшего размера и на ней обнаруживают трещины, расположенные под углом 65—90° к продольной оси заготовки. Значение силы тока (7, А), пропускаемого через обмотку со¬ леноида при полюсном намагничивании, где Н — необходимая напряженность магнитного пол