/
Автор: Дорошенко П.А. Рохлин А.Г. Булатов В.П.
Теги: техника средств транспорта водный транспорт судостроение судовые установки издательство судостроение энергетические установки
ISBN: 5-7355-0033-3
Год: 1988
Текст
ББК 39.455
Т38
УДК 629.12.03.002 (075.8)
Авторы:|П. А. Дорошенко), А. Г. Рохлин, В. П. Булатов, В. С. Кравченко, В. А. Бал-
даев, Е. В. Бируля, В. Г. Ващилнн, А. С. Захаревский, И. В. Иванов, Л. Д Кустова,
А. Н. Муравьев,!О. Н. Поясник), А. А. Симаков, Ф. Г. Урин, О. В. Федосцова,
О. Ю. Фасолько, А. А. Харин, В. И. Черненко
Рецензенты: кафедра технологии судового машиностроения НКИ (проф. С. Н. Со-
ловьев) и канд. техн, наук Б. С. Дмитриев
Т38 Технология производства судовых энергетических установок:
Учебник / |П. А. Дорошенко), А. Г. Рохлин, В. П. Булатов и др. -
Л.: Судостроение, 1988. - 440 с.: ил.
ISBN 5-7355-OO33-3
Рассмотрены вопросы технологии производства основных деталей и сбор-
ки судовых дизелей, турбин, зубчатых передач, валопроводов, теплообменных
аппаратов. Даны сведения о правилах применения и технологических испыта-
ниях материалов, прогрессивных методах формообразования заготовок и
деталей. Обобщена информация о технологических методах выполнения более
высоких норм точности.
Для студентов кораблестроительных вузов и факультетов.
3605030000-066
-----------------49-88
048 (01)-88
ББК 39.455
ISBN 5-7355-0033-3
© Издательство „Судостроение”, 1988
ПРЕДИСЛОВИЕ
Для повышения производительности труда и совершенствования
качества продукции судового машиностроения необходим высокий
уровень технологической подготовки производства. Эта задача может
быть решена с помощью высококвалифицированных инженеров — спе-
циалистов по проектированию и изготовлению судовых энергетических
установок, а также исследователей, знакомых с современными прогрес-
сивными методами и технологиями изготовления судовых машин
и механизмов.
Учебник написан в соответствии с программой дисциплины „Техно-
логические основы постройки, монтажа, испытания энергетической
установки и судна”, изучаемой по специальности 1402 „Проектирование
и монтаж судовых энергетических установок”, и содержит материал
по основным ее разделам. Он может быть также использован студен-
тами, обучающимися по специальности 1404 .Дроектирование и произ-
водство судового энергетического оборудования”.
В отличие от аналогичных учебников, изданных ранее, материал
книги значительно расширен. Так, в ней содержатся сведения о прави-
лах применения, технологических испытаниях и путях повышения
эффективности использования конструкционных материалов; впервые
приведены сведения о методах повышения качества поверхностного слоя
деталей судового машиностроения, технологии производства гребных
винтов и трубопроводов судовых энергетических систем. Особый инте-
рес для будущих машиностроителей представляет гл. 9 „Гибкие про-
изводственные системы в судовом машиностроении”, в которой рас-
сказано об автоматизации технологических процессов изготовления
элементов судовых энергетических систем и отражен опыт по внедре-
нию гибких производственных систем на предприятиях отрасли.
В создании учебника принимал участие большой коллектив авто-
ров - преподавателей кафедры „Технология судового машиностроения”
Ленинградского кораблестроительного института. Введение и гл. 1
написаны |tl. А. Дорошенко|, гл. 2 - А. Г. Рохлиным, гл. 3 |П. А. До-
рошенко!, Л. Д. Кустовой, В. И. Черненко, гл. 4 - В. П. Булатовым,
А. Н. Муравьевым, А. Г. Рохлиным, О. Ю. Фасолько, гл. 5 - В. Г. Ва-
щилиным, И. В. Ивановым, |О, Н. Поясником|, гл. 6 — Е. В. Бируля,
Ф. Г. Уриным, А. А. Хариным, гл. 7 — В. А. Балдаевым, гл. 8 — В. С. Крав-
ченко, О. В. Федосцовой, гл. 9 - А. С. Захаревским, А. А. Симаковым.
Все пожелания и замечания просим направлять по адресу: 191065,
Ленинград, ул. Гоголя, 8, издательство „Судостроение”.
1* 3
ВВЕДЕНИЕ
Изучение технологии судового машиностроения, как и любой спе-
циальной дисциплины, следует начинать с ознакомления с основными
этапами развития отрасли.
Судовое механическое оборудование изготовляли еще до постройки
паровых судов. В Петровское время на железоделательных заводах вы-
пускали для парусных судов якорные механизмы, водоотливные помпы,
приводы рулевых машин и ряц других простейших механизмов. Однако
началом отечественного судового машиностроения следует считать
1813 г., когда на Ижорских заводах были изготовлены паровые машины
для плавучей землечерпалки. С 1814 г. судовые паровые машины стал
строить завод Ч. Берда в Петербурге. С этого времени судовое машино-
строение в России бурно развивается, особенно после 1855 г.
Советский период отечественного судостроения и судового маши-
ностроения начинается с 1923 г., когда после завершения ремонта кораб-
лей ВМФ и гражданских судов стали выпускать и новые суда. В 1923 г.
Совет труда и обороны дал Госторгфлоту указание заключить договор
с Судотрестом на постройку четырех лесовозов и двух рефрижераторов.
К этому времени промышленность получила, хотя и ограниченные, воз-
можности открыть ряд заводов и начать постройку новых судов и судо-
вых машин. Прежде всего были восстановлены заводы, находившиеся в
лучшем состоянии.
Советское дизелестроение было первоначально восстановлено на
заводе „Русский дизель”, где были изготовлены четыре дизеля мощностью
по 515 кВт каждый для танкеров „Азнефть” и „Грознефть”, переоборудо-
ванных из недостроенных крейсеров типа „Светлана”. В последующие
годы двигатели строили заводы Балтийский, „Красное Сормово”, Коло-
менский и др.
Прогресс в дизеле строении был связан с новыми технологиями.
Обычное литье заменили в значительном объеме литьем в металлические
формы и плавкой металла в электропечах. В 1944 г. впервые было
применено пористое хромирование. Некоторые детали взамен ковки
стали выполнять штамповкой, широко внедрили поверхностное упроч-
нение азотированием, цианированием и другими методами. Заметно бы-
ли повышены режимы резания, использованы металлокерамические
резцы, алмазное резание, обработка широким резцом.
Эти и другие усовершенствования технологии обеспечили повыше-
ние точности изготовления деталей и сборки машин. Применение оптики,
прессовых посадок, термофиксации поршневых колец и других
прогрессивных технологий позволило внедрить поточную механизацию
слесарно-сборочных операций и создать совершенное производство эко-
номичных машин с большим ресурсом на переменных режимах работы.
По данным Регистра СССР в настоящее время двигатели внутреннего
сгорания (ДВС) установлены на 8000 судах водоизмещением более 100 т.
В 1924 г. на Балтийском заводе были заложены первые советские
суда — четыре лесовоза с паровыми поршневыми машинами тройного
расширения. Применение поршневых машин в те годы было оправдано
по многим причинам и главным образом потому, что технология их
изготовления была хорошо освоена судостроительными заводами.
Наиболее мощные машины (2430 кВт) были построены для четы-
рех линейных ледоколов на Балтийском заводе по чертежам фирмы
„Армстронг” в период 1935-1938 гг. К концу 1924 г. производство
котлов и машин было освоено и по отечественным проектам на заводах:
Балтийском, „Красное Сормово”, „Ленинская кузница”.
В 1935 г. на Адмиралтейском заводе в Ленинграде были построены
две поршневые машины мощностью 1840 кВт для ледокольных паро-
ходов „Дежнев” и „Леваневский”. На этом и других заводах паровые
машины строили для транспортных и рыбопромысловых судов до
1957 г. С 1923 по 1957 г. заводы в Ленинграде и в Николаеве выпускали
огнетрубные котлы оборотного типа для паровых транспортных судов.
Корпуса огнетрубных котлов изготовляли из низкоуглеродистой стали
марки ЗТС, а жаровые трубы и огневые коробки - из стали марки
4ТС. До 1948 г. котлы имели клепаную конструкцию. Процесс клепки,
а также все соединения под клепку выполняли вручную пневматически-
ми молотками.
Начиная с 1957 г. на крупных транспортных судах поршневые маши-
ны, несмотря на существенные их усовершенствования, заменили тур-
бинами. В связи с этим с 1956 г. заводы стали изготовлять водотрубные
котлы КВТ-25 с высокими параметрами пара: давление 4,5 МПа, темпе-
ратура пара 470 °C. Для коллекторов была применена малоуглеродистая
сталь марки 22К, для испарительных труб - марки 10, для труб паро-
перегревателей - марки 12ХМФ. Все неразъемные соединения стали
делать только сварными. Незадолго до этого были внедрены высоко-
производительные технологические процессы: однослойная электро-
шлаковая сварка (1952 г.), аргонодуговая сварка (1955 г.), гибка
труб с нагревом токами высокой частоты, расконсервация труб моющи-
ми препаратами МЛ2, МЛ51 (1950 г.), консервация котлов летучими
ингибиторами (1953 г.).
В 1971 г. появились судовые котлы КВГ-80 с еще более высокими
параметрами (давление 8 МПа, температура пара 515 °C) •
Судовое турбиностроение в России было начато с изготовления
машин для кораблей ВМФ. В 1907 г. для линкоров типа „Севастополь”
у фирмы „Джон Браун” (Англия) был куплен проект турбины прямого
действия (300 об/мин) системы Парсонса. По этому проекту в 1908 г.
на Балтийском заводе в механическом цехе начали изготовление турбин.
Рабочие чертежи и технологию разработали инженеры Балтийского
завода под руководством В. Я. Долголенко. Корпуса турбин отлили в
литейном цехе завода, а лопатки получили из Англии.
Летом 1926 г. в механическом отделе Судопроекта под руководст-
вом А. В. Сперанского и Б. Я. Фрумкина начали проектирование паро-
вых турбин. В том же году в Германии (завод „Вулкан”) были куплены
две быстроходные турбины с зубчатыми передачами для головного
корабля „Ураган”. Последующие машины строили уже в СССР после
покупки станков для изготовления лопаток, балансировки рото-
ров и др. Покупка оборудования позволила создать на Северной су-
достроительной верфи турбинный цех для изготовления турбозубча-
тых агрегатов. В этом цехе кроме традиционных технологических мето-
дов стали широко применять сварку (например, литосварные корпуса
и т. п.).
Турбины для транспортных судов в нашей стране начали строить
в 1957 г. (ТС—1 мощностью 9568 кВт для т/х „Ленинский комсомол”).
Проектирование этих турбин было начато в 1954 г. на Кировском за-
воде. В 1959 г. появилась турбина ТС-2 (13 980 кВт) для танкеров
типа „Пекин”.
Прогресс технологии турбиностроения отмечается в послевоенные
годы. Развитие сварочной техники и совершенствование технологии
контроля сварных швов позволили изготовлять детали и узлы, т. е.
корпуса турбин, диафрагмы, сварными и литосварными. Были прео-
долены значительные технологические трудности при изготовлении
турбин, работающих с повышенными и высокими параметрами пара, при
обработке деталей из высоко- и жаропрочных сталей. К технологическим
достижениям в турбиностроении можно отнести снижение припусков,
рациональный выбор допусков и посадок, использование стандартных
унифицированных деталей, применение точного литья, централизованное
изготовление лопаток и другие методы изготовления отдельных де-
талей и узлов.
В 1960 г. в нашей стране были начаты работы по установке на судах
газовых турбин. В 1967 г. в эксплуатацию было сдано первое отечест-
венное транспортное сухогрузное судно „Парижская коммуна”. Тур-
бина ГТУ-20 для него была изготовлена на Кировском заводе. В настоя-
щее время газовые турбины мощностью до 18 400 кВт применяются
на судах с горизонтальной грузообработкой.
Прогресс в области судового машиностроения существенно зависит
от производства энергетических и палубных вспомогательных механиз-
мов. До 1930 г. значительную часть механизмов покупали за рубежом и
изготовляли на неспециализированных машиностроительных заводах.
В связи с этим была поставлена задача создать специальное предприятие.
В 1932 г. был открыт завод „Судомех”, на котором начали изготовлять
различные вспомогательные механизмы и судовую нестандартную ар-
матуру.
Большим событием в судовом машиностроении явилась постройка
атомных ледоколов. Как известно, головной ледокол „Ленин” был
построен на Адмиралтейском заводе в 1956-1959 г. Постройка этого
6
и последующих ледоколов существенно повлияла на развитие техноло-
гии монтажа и испытаний судовых ядерных установок. В этот период
были разработаны и внедрены агрегатные методы монтажа, монтаж ме-
ханизмов на быстротвердеющей малоусадочной пластмассе, тарирован-
ная насадка гребных винтов, пневматическое испытание трубопроводов
и другие прогрессивные технологические методы.
Большое значение для развития технологии судового машинострое-
ния имело внедрение электросварки, применение которой можно счи-
тать русской технологией (Н. Г. Славянов, 1905-1954 гг.; В. П. Волог-
дин, 1883-1950 гг., Е. О. Патон, 1870-1953 гг. и др.). 1 июля 1921 г.
на Дальзаводе (г. Владивосток) был создан специализированный сва-
рочный цех, а в 1922 г. были построены два полностью сварных судовых
котла. Однако, несмотря на очевидные преимущества сварки, широкое
внедрение ее было ограничено из-за отсутствия надежного метода конт-
роля качества сварных швов и выявления скрытых дефектов. Только
в 1932 г. после создания и изготовления первой промышленной рентге-
новской установки сварка получила широкое признание.
В судовом котлостроении сварка полностью вытеснила клепаные
соединения в 1957 г. (Ижорский завод, котлы КОЗ). Большое развитие
в судовом машиностроении получила автоматическая сварка в защитных
средах. Теперь сварку применяют при изготовлении узлов судовых ма-
шин, работающих в тяжелых условиях под напряжением, а также при
повышенных и высоких температурах, т. е. в котлостроении, турбино-
строении и при изготовлении корпусов реакторов и парогенераторов
Приведенный краткий обзор развития судового машиностроения
и его технологии является результатом решения многих организацион-
ных мероприятий. В 1930 г. в ЛКИ в учебный план была введена новая
дисциплина „Технология судового машиностроения” (проф. И Н Воск-
ресенский). В 1939 г. на базе Главморпрома был создан Народный
комиссариат судостроительной промышленности. Разработка и внедре-
ние научно обоснованных технологических процессов получили органи-
зационную базу в 1939 г. после создания специального бюро „Орг-
судпром”.
Вопросы технологии судового машиностроения были рассмотрены
на 1-й Всесоюзной технологической конференции, проводившейся в
1948 г. в Ленинграде.
Развитию технологии судового машиностроения способствовала
успешная деятельность НПО „Ритм” и его филиалов, кафедры тех
нологии судового машиностроения ЛКИ, а также miioihc ученые
(И. Н. Воскресенский, В. Ф. Попов, А Г. Рохлин |ll \ Цорошспко-]
Б. М. Образцов и др.).
ГЛАВА 1
КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ,
ПРИМЕНЯЕМЫЕ В СУДОВОМ МАШИНОСТРОЕНИИ
Совершенствование судовых машин и механизмов в значительной
степени зависит от наличия конструкционных материалов, параметров
пара, газа и других рабочих сред. С ростом параметров возникает
барьер — надежность, преодолеть который можно только путем приме-
нения высококачественных высокопрочных материалов. С целью уве-
личения ресурса элементов, соприкасающихся с морской водой и дру-
гими агрессивными средами, используются трубы из медно-никелевых
сплавов и трубы, плакированные медью и различными коррозионно-
стойкими покрытиями (эмали, цинк, пластмассы и др.).
В области повышения качества материалов работают специальные
научно-исследовательские институты АН СССР, союзных академий,
министерств черной и цветной металлургии, большое число отраслевых
институтов и лабораторий вузов. То же относится и к другим странам.
Известны институты им. Бэтла (США), „Гренгос” (Швеция), лабора-
тории Круппа и Маннесмана (ФРГ) и др.
В ближайшие годы качество сталей будет улучшено: повышена
йрочность, снижено содержание примесей. Возрастет применение двух-
и трехсложного проката, чугунов с шаровидным графитом, пористых
металлов.
1.1. ВИДЫ ПРИМЕНЯЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ
В судовом машиностроении применяют конструкционные стали,
чугуны и цветные сплавы, получаемые различными способами. Их клас-
сифицируют по методам получения, качеству и другим показателям.
Ниже приведены обозначения сталей по методам получения:
эп — электропробная сталь ш - шлаковый переплав
ЭИ - электроисследовательская ВИ - вакуумно-индукционный переплав
п - электропереплав вд - вакуумно-дуговой переплав
Марки конструкционных материалов в действующих государствен-
ных стандартах, технических условиях, ценниках и других документах,
как правило, обозначают буквами и цифрами: буквами русского алфа-
вита — легирующие элементы, цифрами — процентное содержание угле-
рода и легирующих элементов. В производственных условиях такая
система наиболее проста и удобна.
8
Легирующие элементы в марках сталей:
Ю - алюминий
Л - бериллий
Р - бор
Ф - ванадий
В - вольфрам
К - кобальт
С - кремний
Г - марганец
Д - медь
М - молибден
Н - никель
Б - ниобий
Е - селен
Т - титан
П - фосфор
Ч - церий
Для чугунов применяют стандартные буквенные обозначения:
сч - серый чугун ИЧХ - высокохромистый чугун
кч - ковкий чугун АСЧ - антифрикционный чугун
вч - высокопрочный чугун с шаровидным графитом ЖЧ - жаростойкий чугун
Марки цветных сплавов:
АЛ - алюминиевый сплав Б - баббит
литейный Бр - бронза
АД - алюминиевый сплав Л - латунь
деформируемы й САП - спеченный алюминиевый
АМг— алюминиево-магниевый порошок
сплав САС - спеченный алюминиевый
АМц — алюминиево-марганцевый сплав
Легирующие элементы в сплавах цветных металлов:
А - алюминий Мг
Б - бериллий Мц
Ж - железо М
К • - кремний
- магний Н - никель
- марганец О - олово
- медь С - свинец
В судовом машиностроении применяют главным образом черные
металлы. Это сплавы на основе железа (стали, чугуны, сплавы, содер-
жащие более 45 % железа) и на основе хрома и марганца.
Все остальные металлы и их сплавы относят к цветным металлам.
Конструкционные металлы делят на три вида: первичные, полу-
фабрикаты и вторичные.
Первичными называют металлы, используемые для получения
литых, кованных и прессованных заготовок.
Полуфабрикаты — заготовки, изготовленные литьем, ковкой, про-
каткой, волочением и другими методами. Полуфабрикаты в дальней-
шем подвергают механической или другой технологической обработке.
К вторичным металлам относятся все виды отходов, образующиеся
при раскрое и обработке полуфабрикатов и отливок.
В судовом машиностроении применяют различные виды первичных
материалов:
- слитки и чушки для литья (массой 5-1000 кг);
- слитки для поковок (массой 0,2-235 т) ;
- гранулы, губку (бесформенные куски размерами 5-50 мм);
9
— прессованные прутки, так называемые штабики (массой 0,85—
50 кг);
- металлические порошки (частицы размерами 20-100 мкм).
К металлическому полуфабрикату относят листовой, трубный,
профильный и сортовой прокат
В настоящее время применяют листовой прокат толщиной от 0,22
до 160 мм.
Прокат Толщина, мм
Фольга ......................... 0,02-0,15
Тонколистовой................... 0,4—4,0
Толстолистовой....................... 4,1-160
Плиты................................... 160
Двухслойный . 4-160
Листовой прокат из меди, латуней, никелевых и титановых спла-
вов используют в ограниченном количестве.
Листовой прокат толщиной от 1,2 до 12 мм металлургическая
промышленность поставляет потребителям пакетами и в рулонах. Мак-
симальные размеры листов, мм, определены ГОСТ 19903-74.
Толщина Длина Ширина
12-25.... .................. 10 000 2800
26-40 ...................... . 12 000 2100
41-160 .... .... 9 000 3400
Предельные отклонения листа по толщине от 2 о’в Д° -4’2 мм
Допускаемые отклонения толщины s рулонной стали более жест-
кие s - lf2 + 0,07; s = 12* g’g мм.
При постройке современных судов применяют трубы из сталей,
цветных металлов (медь, латунь, титан), полимеров и чугунов. С по-
явлением чугуна с шаровидным графитом, который обладает пластич-
ностью, высокой коррозионной стойкостью и другими положительными
качествами, появилась возможность более широко использовать чу-
гунные трубы
Трубопроводы силовых установок изготовляют из бесшовных
труб, а общесудовых систем — из электросварных труб. Стальные
электросварные трубы (с продольным сварным швом) применяют для
трубопроводов, работающих под давлением до 3 МПа и при температу-
ре до 450 °C. Бесшовные трубы для судового машиностроения могут
иметь относительную толщину стенки: особо тонкостенные /3 < 1,05;
тонкостенные 0=1,05-1,1; нормальные 0 = 1,1 4- 1,25; толстостен-
ные 0 > 1,25, где 0=<7H/JB, (dH, dв — наружный и внутренний диа-
метры) .
Трубный прокат для трубопроводов и батарей имеет круглое сече-
ние, а для паротенераторов и теплообменных аппаратов - круглое
сечение без ребер, с оребрением и шлицами. Для теплообменных аппа-
ратов и воздухоподогревателей парогенераторов наряду с трубами
круглого сечения иногда применяют трубы овальной формы и
10
каплевидные. Двухканальные оребренные и шлицевые трубы пока име-
ют ограниченное применение. Размеры стальных бесшовных труб, мм,
приведены ниже.
Область применения Наружны»
диаметр
Толщина
стенки
0,1-0,8
0,7-3,75
До 75
и теплообменных
Приборы,системы автоматики ............ 0,3-0,4
Парогенераторы, теплообменные
аппараты ............................. 6-60
Корпуса теплообменных аппаратов,
фильтров ит п......................... 400-1200
Трубы, предназначенные для парогенераторов
аппаратов, поставляют с высокой и повышенной точностью наружно-
го диаметра. Стальной трубный прокат, используемый для трубопро-
водов, поставляют с обычной точностью, т. е * ^’g % .
Стальной трубный прокат для парогенераторов и теплообменных
аппаратов применяют без покрытий, а для систем с коррозионной ра-
бочей средой (например, морская вода) - с защитными покрытиями.
Чаще всего используют оцинкованные трубы, а также эмалированные,
пластмассовые и футерованные трубы.
Цинковое покрытие наносят различными методами. Наиболее эко-
номичным является термодиффузионный метод, так как вместо цинка
используют цинковую пыль (отходы цинкового производства). Шихта,
в которую погружают трубы, состоит из цинковой пыли (70 %) и квар-
цевого песка (30%). Толщина покрытия составляет 150 мкм. Ско-
рость коррозии труб с термо диффузионным покрытием в морской воде
не превышает 0,095 мм/год
Процесс эмалирования состоит в том, что шликер (SiO2 — 58 %,
Na2O - 15 %, TiO2—5% и др.), нанесенный на трубу, подвергают
обжигу при температуре 850-900 °C до образования стекловидной
пленки. Эмалевое покрытие имеет толщину 0,3—0,4 мм.
Двухслойные стальные трубы состоят из несущего слоя из стали 10,
20 и защитного слоя толщиной 0,4-1,4 мм из коррозионно-стойкого
металла МЗр (медь), НП-2 (никель) и др. Иногда наносят защитный
слой из винипласта и полиэтилена толщиной 1,4-4,5 мм. В этом слу-
чае трубы могут надежно работать только при температурах до 90 °C,
при более высоких температурах (до 135 С) можно применять пенто-
пласт.
Наиболее стойкими в морской воде, но дорогими являются трубы
из цветных металлов и их сплавов: МЗр, Л68, Л070-1, ЛА77-2, МНЖ5-1,
НМЖМц28-2,5-1,5, ОТ5 и др.
Профильный прокат из сталей и алюминиевых сплавов (угольники,
тавры, швеллеры и т. п.) различных размеров используют в судовом
машиностроении для изготовления вспомогательных деталей, работаю-
щих в нормальных условиях (каркасы, опоры, элементы крепления
и т. п ). Из сортового проката (прутки, полосы) выполняют крепежные
детали, детали каркасов и обшивок
11
В настоящее время в судовом машиностроении внедряется порош-
ковая металлургия (метод П Г. Соболевского). Отечественная про-
мышленность выпускает порошки почти всех металлов с грануломет-
рическим составом от 1 до 10 мкм
Роторы, валы валопроводов, баллеры рулей, различные бесшовные
сосуды и другие изделия в судовом машиностроении изготовляют из
поковок (слитков) из углеродистых и специальных сталей и титана.
В качестве заготовок используют слитки многогранного сечения
(4-10 граней) массой от 0,2 до 225 т.
1.2. ПРАВИЛА ПРИМЕНЕНИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Государственные стандарты охватывают большое количество мате-
риалов, поставляемых для использования в различных отраслях. От-
раслевые стандарты существенно ограничивают сортамент материалов,
что обеспечивает изготовление оборудования с минимальными затра-
тами. В отраслевых стандартах судового машиностроения учитываются
условия эксплуатации (параметры, рабочие среды, переменные режимы
ит п ), стремление создать оборудование возможно малых габаритов
и массы, обеспечение безотказности работы оборудования и заданного
ресурса.
Ограничения отраслевых стандартов позволяют в значитель-
ной мере уменьшить количество технологической оснастки и тем
самым снизить продолжительность и трудоемкость изготовления и
монтажа механического оборудования. Так, например, отраслевой
стандарт Яга марки и сортамент труб из цветных сплавов для судовых
теплообменных аппаратов охватывает только 67 типоразмеров. Сокра-
щение типоразмеров труб, используемых в судовом парогенераторо-
строении, до десяти даст возможность ограничить количество унифи-
цированных погибов, инструмента и приспособлений.
Завод-изготовитель судового механического оборудования (маши-
ны, парогенераторы, механизмы и аппараты) должен гарантировать
его безотказную работу в пределе расчетного (заданного) ресурса
Существует показатель — гарантийный срок, в течение которого за-
вод-изготовитель агрегата гарантирует его надежную работу при ус-
ловии правильной эксплуатации в соответствии с инструкцией по об-
служиванию. Завод-изготовитель обязан безвозмездно устранить
дефекты, неисправности и заменить детали, вышедшие из строя в ре-
зультате поломки или преждевременного износа, происходящих из-за
неудовлетворительного изготовления или применения некачественного
материала. Следовательно, изготовитель несет полную ответственность
за качество металла независимо от причины отказа Несмотря на это,
заказчик совместно с ОТК завода контролирует технологию изготов-
ления и качество материала.
Судовое механическое оборудование транспортных и рыбопромыс-
ловых судов изготовляют в соответствии с Правилами Регистра СССР.
12
Регистр СССР - орган государственного надзора и юридическое лицо.
Все решения Регистра СССР технического характера окончательны и
не пересматриваются даже арбитражем.
Применительно к материалам, используемым в судовом машино-
строении, на Регистр СССР возлагается:
— рассмотрение и утверждение нормативных документов,
— технический надзор за применением материалов;
— участие в экспертизах и обсуждениях по применению новых
материалов;
— запрещение или разрешение применения новых материалов;
— наблюдение при внесении сертификатных данных о свойствах
материалов в формуляры изделий.
При запуске в производство механизмов, аппаратов и другого
механического оборудования Регистру СССР должны быть предъяв-
лены сведения о механических и технологических свойствах, а также
химическом составе применяемых материалов.
К функциям отдела технического контроля, так же как и Регистра,
относится контроль качества материалов и полуфабрикатов по дан-
ным ГОСТов, ОСТов или ТУ. Технический контроль осуществляется
на всех стадиях производства, начиная от поступления материалов и
полуфабрикатов на завод. Данные сертификатного контроля представ-
ляют собой первичную информацию о качестве материалов, сопостав-
ляемую с данными проекта изделия.
Контролеры ОТК принимают участие в приемке материалов и от-
пуске их по цехам. Кроме того, ОТК ведет наблюдение за правильным
хранением материалов на складах. Приемку материалов и полуфабри-
катов ОТК производит в соответствии со стандартами и ТУ.
Пробы материалов для центральной заводской лаборатории (ЦЗЛ)
отбирают под наблюдением контролера бюро приемки материалов и
технического контроля.
При контроле материалов применяют два метода испытаний не-
разрушающий и разрушающий. Неразрушающий контроль — метод
испытания, при котором сохраняется пригодность испытываемого
образца. По используемым средствам различают контроль измеритель-
ный, регистрационный, органолептический и по контрольному образцу.
При контроле материалов применяют сплошной и выборочный
методы. Сплошной контроль — проверка каждой единицы полуфаб-
риката (например, трубы для судовой ядерной энергетической уста-
новки). Выборочный контроль производят на отдельных выборках
из партии или пробах.
1.3. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ СНАБЖЕНИЕ
Материалы промышленным предприятиям поставляются по единой
государственной системе, сочетающей централизованную поставку ма-
териалов через Госснаб, отраслевую, т е распределение фондов по
13
министерствам, и территориальную, т. е. по управлениям материально-
технического снабжения (например Ленинградский район). Государст-
венная система поставки материалов должна обеспечивать плановое,
точное и бесперебойное снабжение предприятия необходимыми мате-
риалами.
Поставка материалов заводам судового машиностроения произво-
дится через базы Главснаба или непосредственно заводами-поставщи-
ками по оптовым ценам действующих прейскурантов, утвержденных
Государственным комитетом цен Госплана СССР.
Заявка на металл может предусматривать незначительное превы-
шение расхода (до 15%), учитывающее перевыполнение плана програм-
мы и различные непредвиденные обстоятельства.
Материалы поставляют партиями. Партией называется количество
полуфабриката (проката) данного типоразмера, полученного из ме-
талла одной плавки. Одновременно с металлом потребитель получает
от поставщика сертификат - документ, удостоверяющий качество
поставляемого металла и соответствие его требованиям ГОСТов
(ОСТов, ТУ). Сертификат состоит из трех разделов.
I. Сведения завода-изготовителя о сортаменте и марке металла,
номере плавки, размере партии и размерах единицы проката.
II. Результаты лабораторных испытаний, включающие данные о
химическом составе; значения параметров, определяющих механические
свойства; технологические характеристики; дополнительные данные
о свойствах, определяемых по особому требованию потребителя.
III. Данные, удостоверяющие качество металла: подпись и клеймо
ОТК; номер сертификата и дата его выпуска.
Данное сертификата используют при запуске металла в производ-
ство (при сертификатном контроле); для заполнения формуляров
на изделия; при разногласиях, возникающих между поставщиком и
потребителем.
Приемка материала (металла) на заводе-изготовителе оборудования
является важнейшим этапом производственного, в том числе техноло-
гического, процесса. От уровня приемки зависит качество выпускаемой
продукции, т. е. гарантийный срок, ресурс и срок службы изделия.
Приемка металла должна быть особо тщательной при запуске в произ-
водство новой модели изделия или применении нового материала, а
также при изготовлении деталей, работающих при высоких параметрах
(температура, давление и т. п.).
Приемка конструкционного металла включает сертификатный
контроль, взвешивание, внешний осмотр, проверку размеров. Кроме
того, иногда производят дефектоскопию (ультразвуковую, гидрав-
лические испытания и т. п.) и другие контрольные испытания.
Сертификатный контроль состоит в проверке данных документа
на поступающий металл. При использовании металла для изготовления
неответственных деталей проверяют только маркировку металла.
Взвешивание — операция чисто товароведческая и ее производят
при приемке на хранение только дорогих и драгоценных металлов
14
(золото, серебро, палладий, иридий, родий, серебряные припои, бе-
риллиевая бронза и др.).
В процессе внешнего осмотра устанавливают марку материала,
выявляют видимые дефекты и проверяют размеры.
Качество проката регламентируется ГОСТ 19903—74 и 19904-74.
К видимым дефектам относят различные механические повреждения,
следы коррозии и поверхностные дефекты металлургического харак-
тера.
При приемке листового проката, предназначенного для ответствен-
ных деталей, проверяют только толщину (по краям), чтобы не до-
пустить листы с чрезмерным отклонением по толщине. Размеры труб
(наружный диаметр, овальность, толщину стенки) контролируют вы-
борочно. Только для парогенераторов судовых атомных установок
проверяют каждую трубу.
Дефектоскопию производят для выявления скрытых дефектов
металлургического характера (наследственности), как правило, на
прокатном заводе после термообработки.
Контрольные испытания (определение химического состава, ме-
ханических характеристик) производят на заводе-изготовителе обо-
рудования периодически, выборочно, а также в следующих случаях:
при освоении нового металла; при выявлении дефектов в процессе
производства; при утере маркировки (пересортица); при возник-
новении разногласий по данным сертификата.
Контрольные испытания для арбитража выполняют в лаборатории
сторонней организации.
Кроме того, испытания материалов, в том числе и технологические,
производят в большом объеме по ходу технологического процесса
(после сварки, термообработки и т. п.).
1.4. ПУТИ ЭКОНОМИИ МАТЕРИАЛОВ
Экономия материалов должна осуществляться на всех зталах, от
проектирования и до изготовления деталей и оборудования. Так, на
стадии проектирования и конструирования экономии материала можно
добиться, снижая материалоемкость изготовляемого механического
оборудования, а также применяя высококачественные высокопрочные
металлы, новые виды сортамента проката и прокат с защитными по-
крытиями.
В процессе производства экономия материалов может быть достиг-
нута за счет контроля за расходом материалов и снижения потерь при
хранении, заготовительных операциях и обработке. Необходимо также
применять при изготовлении деталей наиболее совершенные (без-
отходные) методы (точное литье, литье в вакууме, нагрев в за-
щитных средах и т. п.). Кроме того, экономии металла способствует
сокращение номенклатуры марок и типоразмеров исходного ме-
талла.
15
Отходы, в том числе используемые, должны быть минимальными
также с целью снижения трудоемкости обработки Использование ме-
талла оценивают при помощи коэффициента использования
где ЛГИЗ — масса изделия после обработки; 7Изаг — масса заготовки.
1.5. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ
Под технологическими свойствами металлов понимают способ-
ность материала воспринимать воздействия, которым он будет под-
вергнут при различных видах обработки.
К основным технологическим свойствам относятся деформируе-
мость, свариваемость и спекаемость, литейные свойства, обрабаты-
ваемость.
Деформируемость — способность металла воспринимать
пластическую деформацию без макроскопического нарушения сплош-
ности.
Деформируемость характеризуется степенью пластической дефор-
мации е , коэффициентом упругой отдачи С и коэффициентом ков-
кости К.
Степень пластической деформации показывает предельную дефор-
мацию, воспринимаемую металлом без разрушения, и выражается в
процентах. Например, на сжатие
е сж = 100 % >
где Н 1,Н2 — высота образца до и после сжатия.
Степень пластической деформации является важной характеристи-
кой, определяющей условия деформирования металла Зная этот по-
казатель, можно получить изделие заданной конфигурации при ми-
нимальном количестве нагрева с ограничением или без промежуточной
термической обработки, выбрать оптимальные параметры технологи-
ческого процесса (нагрев и т. п.) и предотвратить возникновение брака
Коэффициент упругой отдачи показывает упругие свойства метал-
ла при холодном деформировании (гибке, отбортовке и т. п )
С = R2/R1,
где - радиус изгиба при приложении нагрузки, R 2 — радиус после
снятия нагрузки.
16
Проектировать оснастку (гибочные диски, штампы и т. п.) можно
лишь при наличии достоверных данных об упругих свойствах деформи-
руемого металла
Для оценки способности металла к ковке и объемной штамповке
желательно использовать критерий, который учитывает две характе-
ристики металла: относительное сужение ф - показатель пластичности
и предел прочности ств, МПа Относительное сужение менее чувствитель-
но к изменениям температуры и поэтому предпочтительнее, чем отно-
сительное удлинение при разрыве.
Коэффициент ковкости Кф , МПа-1; определяется так-
где ф* , ав относительное сужение и предел прочности при темпера-
туре ковки t .
Металл не куется, если Кф< 0,1, и обладает отличной ковкостью
при Кф > 20.
Свариваемость металла- способность образовывать свар-
ное соединение, характеризующееся соотношением механических ха-
рактеристик металла шва и околошовной зоны основного металла.
Свариваемость можно оценить коэффициентом свариваемости
где о” - предел прочности металла шва, ст ° - предел прочности основ-
ного металла.
Свариваемость однородных металлов зависит от содержания в них
вредных примесей и от внешней среды, в которой производится сварка
На свариваемость однородных материалов влияют состав и количество
легирующих элементов, а на свариваемость разнородных металлов —
степень растворимости одного металла в другом (совместимость)
Например, железо плохо растворяется в титане, так как образующиеся
интерметаллиды типа TiFe и TiFe2 обладают хрупкостью, поэтому
качественное сварное соединение получить невозможно.
Улучшить качество сварного шва можно путем:
— тщательной очистки кромок разделки (от окислов, грязи и т. п.);
— применения защитных сред (флюсы, аргон, углекислый газ),
— предварительного нагрева разделки шва,
— сопутствующего нагрева;
— проковки шва,
— термической обработки
Спекание металлического порошка — это разновидность про-
цесса получения неразъемного соединения путем пластического де-
формирования разогретого порошка Адгезионное спекание (сплав-
ление) мелкозернистого металлического порошка происходит при
повышенной температуре. Показателями спекаемости являются плот-
ность после спекания и предел прочности после спекания. Эти
17
показатели зависят от гранулометрического состава, давления прессо-
вания, температуры и продолжительности спекания.
Параметры спекания для большинства металлических порошков сле-
дующие: размеры частиц порошка 50 — 250 мкм; давление прессования
должно быть выше предела текучести; температура спекания Тсп =
~ (0,85 ч- 0,9) Тпл ( Тпп - температура плавления, К).
Литейные свойства металла определяют возможность по-
лучения из него отливок высокого качества без раковин, трещин, по-
ристости и других дефектов. Литейные свойства характеризуются жид-
котекучестью, литейной усадкой, взаимодействием с формовочными
материалами и атмосферой.
Жидкотекучесть - способность расплавленного металла заполнять
литейную форму — зависит от природы металла, химического состава
и температуры заливки.
Литейная усадка - уменьшение размеров металла при переходе
из жидкого состояния в твердое:
«л = Lm~l° 100%,
где L м — длина модели; L 0 — длина изделия в холодном состоянии.
Литейная усадка зависит от природы металла, размеров и конфигу-
рации литья и условий охлаждения (для сталей ап < 2,3, для чугунов
«л < 1,2).
Взаимодействие жидкого металла с формовочными материалами
и атмосферой зависит от его химической активности.
Обрабатываемость — способность металла воспринимать
обработку резанием — зависит от физико-механических и химических
свойств металла.
Существуют различные показатели обрабатываемости (усиление
резания, шероховатость поверхности и др.). Наиболее точно обраба-
тываемость оценивают коэффициентом резания
Ку ~ v во/145 ,
где г60 — скорость резания данного металла при 60-минутной стойкости
резца из сплава Т5К10 при глубине резания 1,5 мм и подаче 0,2 мм/об
без применения охлаждения, м/мин; 145 м/мин — скорость резания
эталонной стали марки 45 с пределом прочности ов ~ 650 МПа.
В табл. 1.1 приведены данные об обрабатываемости различных сталей.
Обрабатываемость можно повысить путем использования специаль-
ного инструмента из твердых сплавов, алмаза и других материалов
с соответствующей геометрией резца, а также применением смазываю-
ще-охлаждающей жидкости (СОЖ)
Совместимость — технологическое свойство, определяющее
способность контактного взаимодействия одного металла с другим.
18
Таблица 1.1. Характеристики обрабатываемости сталей
Марка стали Механические свойства, МПа К» >’, м /мин
°в НВ
10 340 1370 2,1 305
45 500 1700 1 0 145
ЗГХС 900 2000 0,4 58
08Х18Н10Т 600 2000 0,2 30
Это свойство имеет физико-химический характер и проявляется в виде
электрохимической или контактной коррозии, растворимости одного ме-
талла в другом, а также склонности к налипанию и намазыванию, т. е. адге-
зии. Совместимость наблюдается при сварке разнородных металлов
(Fe — Al, Fe — Ti и т. д.), при горячей обработке (налипание на инстру-
мент) , при нанесении защитных электролитических покрытий и т д.
Полуфабрикаты и заготовки могут иметь видимые и скрытые дефек-
ты. Значительная часть видимых дефектов (мелкие трещины, язвы, или
раковины, вкатанная окалина и шлак) является результатом нарушения
технологии. Видимые дефекты, как правило, можно исправить
Скрытые дефекты обусловлены металлургической или сварочной
неследственностью и возникают из-за нарушения технологии, но главным
образом вследствие чрезмерного содержания в металле вредных при-
месей. Так, сера, фосфор, водород, азот, мышьяк и другие элементы
образуют вредные соединения или скопления, нарушающие химическую
и физическую однородность металла. В результате появляются ликвация,
легкоплавкие эвтектики, усадочные и газовые раковины, шлаковые
скопления, расслоения и другие дефекты, ухудшающие механические
и технологические свойства металла.
В настоящее время широко применяют методы, снижающие коли-
чество вредных примесей. Стремление к увеличению ресурса, уменьше-
нию склонности к ползучести, газопроницаемости и к улучшению техно-
логических свойств привело к появлению новых методов получения ме-
таллов, таких как вакуумная плавка, электрошлаковый переплав,
дефосфация, продувка жидкого металла аргоном и др. Этими методами
можно получать сталь, содержащую до 0,01 % серы и фосфора
По чистоте все металлы в зависимости от содержания вредных
примесей делят на пять групп:
Количество
Чистота вредных Группа
примесей, %
Особая ..................... < 0,001 1
Высокая........ ... 0,001—0,01 2
Повышенная . ... 0,01-0,1 3
Средняя..................... 0,1-1 4
Пониженная . . ..... 1-5 5
Чистота существенно влияет на стоимость металла, так как чистка
(рафинирование) его сопряжена с большим расходом электроэнергии
19
В судовом машиностроении как для получения сплавов, так и в чистом
виде применяют металлы групп 2 и 3. Для изготовления приборов, де-
талей активной зоны реакторов и автоматики используют металлы
группы 1.
1.6. ПРОБНЫЕ ОБРАЗЦЫ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ
Технологические свойства материала определяются в процессе техно-
логических испытаний в производственных условиях. По этим испыта-
ниям получают исходные данные для установления предельно допустимых
деформаций, выбора сред обработки, назначения режимов операций,
устранения влияния наследственности и т. д. Современные методы ис-
пытаний дают возможность получать качественные и количественные
результаты. Это обеспечивает выбор наиболее рациональных режимов
и условий обработки заготовок и полуфабрикатов.
Технологические свойства металлов определяют, испытывая проб-
ные образцы с установленными формой и размерами, изготовленные из
пробы. Пробой называют кусок металла, отрезанный от полуфабриката
(листа, трубы и т. п.) или от поковки. Место, где пробу отрезают от
испытываемого металла, определяется Правилами Регистра СССР,
ГОСТами, ОСТами или ТУ. Пробы от стального литья отделяют от при-
ливов отливки или отливают специальные отливки. Пробы от чугунного
литья отливают отдельно при одинаковых условиях. Если масса отливки
превышает 4000 кг, то отливают два комплекта проб.
Проба должна иметь припуски, которые удаляют, чтобы устранить
влияние.нагрева и наклепа на кромках реза. Размеры проб во всех слу-
чаях должны обеспечивать изготовление необходимого количества
пробных образцов. Размеры пробных образцов трубного и других видов
проката зависят от вида испытаний (загиб, сплющивание ит. п.) и долж-
ны соответствовать требованиям стандартов. Методы отбора проб для
технологического испытания регламентированы ГОСТ 7564—75.
Испытание листового проката на загиб является одним из важных
видов технологических испытаний, так как устанавливает способность
металла воспринимать гибочные деформации Это испытание обязательно
и производится выборочно для каждой партии листового проката стан-
дартным методом по ГОСТ 14019-80.
Загиб образца осуществляют на прессе или специальном приспо-
соблении, обеспечивающем плавное увеличение усилия на образец.
Образец считается выдержавшим испытание, если на наружной стороне
гиба отсутствуют трещины, надрывы и другие дефекты. Кроме холодно-
го испытания на загиб в некоторых случаях производят горячее испыта-
ние с целью определения пластичности (при заданной температуре) и
температурных границ провала пластичности.
При использовании двухслойного проката возможно отслаивание
плакирующего слоя.
Испытание двухслойного металла следует производить на загиб,
скручивание и на срез при 20 °C Образец считается выдержавшим ис-
пытание, если отсутствуют отслоения плакирующего слоя от основного
листа, надрывы и другие дефекты.
Трубный прокат, предназначенный для изготовления теплообменных
аппаратов, парогенераторов и систем силовых установок, подвергают
20
различным технологическим испытаниям. Его испытывают, как правило,
без наполнителя в холодном состоянии.
Испытание на сплющивание служит для определения способности ме-
талла трубы выдерживать холодную пластическую деформацию. Испыта-
ние производят непосредственно на надрезанном конце трубы или на
специальном образце длиной 20—50 мм. Сплющивание осуществляют
на прессе в холодном состоянии. Плавниковые трубы (с продольными
ребрами) испытывают дважды по взаимно перпендикулярным осям.
Образец считается выдержавшим испытание на сплющивание, если на
наружной стороне отсутствуют трещины, надрывы и другие дефекты.
Пластичность металла трубы определяют испытанием на раздачу
кольца (из трубы) конусом (ГОСТ 11706—66).
Технологическую пробу на бдртование труб (ГОСТ 8693—75)
производят путем плавной отбортовки кромок трубы на 90°. В не-
которых случаях образец подвергают предварительной раздаче конусом.
Технологическую пробу на раздачу (ГОСТ 8694—75j производят
конической оправкой с заданным углом конусности (12°, 30° и т. д.).
Важным является испытание трубного проката на загиб
(ГОСТ 3728 —78), в результате которого определяют:
— утонение стенки на наружной стороне Дяи, мм;
— относительную овальность на участке погиба в, %;
— уменьшение поперечного сечения погиба F, %.
При использовании труб для изготовления судовых теплообменных
аппаратов применяют неразрушающий метод контроля качества прока-
та — гидравлическое испытание. Гидравлическим испытанием проверяют
прочность металлических и полимерных труб и возможное наличие де-
фектов. Гидравлическое испытание каждой трубы производят дважды:
на трубопрокатном заводе и на заводе-изготовителе оборудования после
гибки и других видов деформаций.
Пробное давление, МПа, должно быть равно
^пр ~ 2sawon/t?B ,
где а доп - допускаемое напряжение при испытании, МПа; s - толщина
стенки трубы, мм; <7В — внутренний диаметр трубы, мм.
Сортовой прокат испытывают на осадку (ГОСТ 8695—75,
ГОСТ 8817 — 73) в холодном или горячем состоянии, чтобы определить
способность металла к деформации и выявить поверхностные дефекты.
Испытание производят при изготовлении крепежных изделий и других
заготовок холодной или горячей высадкой и торцевой штамповкой.
При запуске металла в производство иногда возникает необходи-
мость определить марку металла. Сделать это быстро и без взятия пробы
можно с помощью экспрессных методов: капельного анализа и стило-
скопирования. Оба метода являются качественными, не требуют боль-
ших затрат.времени и дорогого лабораторного оборудования. Сущность
капельного анализа состоит в том, что между определенными хими-
ческими элементами и соответствующими реактивами происходит
21
реакция, вызывающая изменение цвета нанесенной капли реак-
тива.
Стилоскопирование представляет собой спектральный анализ. С по-
мощью переносного прибора — стилоскопа — можно быстро определить
состав легированных сталей и цветных сплавов. Переносным стилоско-
пом можно производить качественный и количественный анализ
крупных заготовок и готовых изделий непосредственно на месте без
доставки их в лабораторию.
Качество сплавления металла сварного соединения определяют
методом, сущность которого состоит в том, что пробный образец сва-
ривают поперечным швом. После удаления „усиления” образец под-
вергают холодному загибу на 180° оправкой, диаметр которой уста-
навливают по техническим условиям в зависимости от толщины ма-
териала и режима термической обработки. В некоторых случаях
испытание сварных соединений на загиб производят на образцах с над-
резом (вдоль по сварному шву) диаметром 1,5 мм. После испытания
образец осматривают невооруженным глазом, а в случае необходи-
мости — с помощью лупы с 5 — 10-кратным увеличением. Образец счи-
тается выдержавшим испытание, если при загибе на заданный угол
глубина трещин и надрывов не превышает 0,5 мм.
Для определения жидкотекучести расплавленный металл заливают
в спиралевидный канал, сечение которого имеет стандартную площадь,
равную 0,56 см2. Температура спиральной формы должна быть равна
1,1 Тпл, К . Это требование обязательно, так как жидкотекучесть за-
висит и от температуры расплавленного металла. Жидкотекучесть харак-
теризуется длиной застывшего в форме металла. По показателю жидко-
текучести можно заранее выбрать конфигурации литья, определить воз-
можность получения сложных переходов и т. д.
Окалинообразование на металле является видом химической кор-
розии, тт е. коррозии при высоких температурах. Окалиностойкость
металла — это свойство его сопротивляться газовой коррозии. Окалино-
стойкость важно знать при горячей обработке металла с целью выбора
параметров и условий (температура, среда, продолжительность нагрева),
при которых окалинообразование будет минимальным. Кроме того,
предельное значение температуры является ограничением интенсивного
окисления, при котором возможен пережог металла, т. е. межзеренное
окисление.
Испытание на окалиностойкость производят на специальном образце
стандартных размеров. Образцы помещают в печь в определенную газовую
среду при заданной температуре и периодически взвешивают. Окалино-
стойкость оценивают по потере массы за определенный период времени.
Критерием окалиностойкости является скорость коррозии, под
которой понимают проникновение коррозии в глубину металла. Ско-
рость коррозии П, мм/год, подсчитывают по формуле
К
П=----- 10~ 3 ,
где К — потеря массы, кг/м2 год; у — плотность металла, кг/м3.
22
Окалиностойкость оценивают ПО девятибалльнои стандартной
шкале: Группа стойкости Совершенно стойкие . . Весьма стойкие Стойкие . .... Скорость коррозии, мм/год < 0,001 0,001-0,005 0,005-0,01 0,01-0,05 Балл 2
Пониженно стойкие Малостойкие 0,05-0,1 0,1-ол 0,5-1,0 1,0-5,0 5 6 8
Заготовки поковок для роторов 5,0-10,0 турбин, валов, 9 валопроводов
и т. п. могут иметь металлургическую наследственность в виде скоп-
лений серы и фосфора (ликвация, сегрегация). Выявить такие дефекты
можно способом Баумана, сущность которого состоит в получении
отпечатка (включения серы), снятого с поверхности шлифа На испы
тываемом сечении поковки делают шлиф, к которому прикладывают
бромосеребряную бумагу, смоченную 5 %-м раствором серной кислоты
Включения серы вступают во взаимодействие с серной кислотой, в
результате чего образуется сероводород
FeS + H2SO4 = FeS04 + H2S.
Образовавшийся сероводород переводит бромистое серебро в сер-
нистое, дающее на бумаге отпечатки в виде темных пятен и линий:
2AgBr2 + H2S = Ag2S + 2HBr
О степени загрязнения судят по интенсивности пятен. Способ Баума-
на не является стандартным. К недостаткам способа относится то, что он
не является количественным.
Кроме описанных в судовом машиностроении применяют и другие
испытания, часть которых производится по правилам, регламентирован-
ным стандартами
ГОСТ
Определение абразивного изнашивания
Испытание на двойной кровельный замок
Испытание листа и ленты на перегиб ..
Определение неметаллических включений
Испытание на прокаливаемость
Определение глубины обезуглероженного слоя
Определение прессуемости железных порошков
Определение насыпной шинности и пористости
порошков
17367-71
13814-68
13813-68
1778- 70
5657 69
1763- 68
10937 67
19440 74
18898 73
23
При обработке металлов образуются и выделяются пыль, газооб-
разные окислы и другие вредные вещества. Взвешенные и газообраз-
ные частицы металлов и их соединений, попадающие в атмосферу и
воду, называют антропогенными выбросами. Выбросы могут быть
загрязняющие, раздражающие, токсичные.
Мелкодисперсные частицы (Al, Fe, Ti) нежелательны, так как
отрицательно действуют на дыхательные пути, вызывая пневмонию,
дерматит и другие заболевания. Наиболее опасными являются токсичные
выбросы. Попадая в кровь через дыхательные пути, они оказывают
отравляющее действие на организм.
Токсичность — способность металлов в малых количествах вы-
зывать патологические изменения в человеческом организме. К ток-
сичным относятся бериллий, кадмий, ртуть и некоторые соединения
металлов.
Токсичные вещества опасны, если размеры их частиц менее
100 мкм. При механической обработке и особенно при шлифовании
выделяются частицы металла размерами 1-100 мкм. Отравляющее
действие токсичного вещества зависит также от его растворимости
в биологических жидкостях, крови и воде.
Содержание аэрозолей в цехах и других закрытых помещениях
допускается в количестве не более 10 мг/м3.
Газовая и плазменная резка, сварка, травление, щелочение и дру-
гие процессы являются источниками выделения вредных газов (СО,
N2O5 , С12 и др), предельное суммарное количество этих веществ в
воздухе допускается не более 100 мг/м3.
Согласно Санитарным нормам СН 245-71 вредные вещества
(частш/ы металлов) по степени воздействия на организм человека
подразделяются на четыре класса опасности: класс 1 — чрезвычайно
опасные; класс 2 — высокоопасные; класс 3—умеренно опасные;
класс 4 - малоопасные.
Таблица 12. ПДК металлов в помещениях
Металл ПДК, мг/м3 опасности Металл ПДК, мг/м3 опасности
Алюминий 2,0 4 Медь 1,0 2
Бериллий 0,001 1 Никель 03 2
Ванадий 0,1 1 Ртуть 0,01 1
(пятиокись)
Железо 6,0 4 Свинец 0,01 1
Кадмий 0,1 1 Титан 10,0
Марганец 03 2 Чугун 4,0 4
В табл. 1.2 приведены предельно допустимые концентрации (ПДК)
частиц материалов в воздухе рабочей зоны и классы опасности.
Пирофорность — способность металла, находящегося в дисперсном
состоянии, воспламеняться при низких температурах. Это свойство имеет
24
химический характер и является результатом адсорбции, при которой
протекает реакция окисления с выделением тепла. Пирофорностью
обладают титан, магний, цирконий.
ГЛАВА 2
МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНОЙ
ПРОЧНОСТИ ДЕТАЛЕЙ СУДОВЫХ МАШИН
Основными причинами, вызывающими преждевременный выход
из строя деталей, являются: у трущихся деталей — изнашивание, у
деталей, работающих в условиях циклического нагружения, — усталост-
ные разрушения. К этому следует еще добавить повреждения от кор-
розии и эрозии Характерной особенностью этих отрицательных про-
цессов является то, что все они возникают и развиваются на поверх-
ностях деталей. Поэтому естественно стремление машиностроителей
повышать поверхностную прочность и твердость деталей. С этой целью
применяют термическую и химико-термическую обработку, поверх-
ностное пластическое деформирование, наносят различные покрытия.
2.1. ЗАКАЛКА С НАГРЕВОМ ТОКАМИ ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ
Суть метода заключается в том, что к детали подводят индуктор,
по которому пропускают переменный ток высокой частоты, создаю-
щий переменное электромагнитное поле; в результате в поверхност-
ном слое детали индуцируется ток той же частоты. Сила тока достигает
наибольшего значения на поверхности детали, резко снижаясь в направ-
лении более глубоких слоев (явление, носящее название скин-эффекта).
Наиболее сильный разогрев получает периферийный слой-
Чем выше частота тока, тем меньше глубина прогрева. Для закалки
изделий на глубину 3 мм и более рекомендуется частота 3—5 кГц, на
глубину 1-2 мм - 100 кГц. Продолжительность разогрева исчисляется
секундами. Процесс закалки осуществляют водой, подаваемой обычно
через внутреннюю полость индуктора, изготовленного из красной меди.
Благодаря точной дозировке нагрева и его кратковременности
перегрев и обезуглероживание поверхности отсутствуют и обеспечива-
ется плавный переход от закаленной зоны со структурой мелкоиголь-
чатого мартенсита к материалу сердцевины, имеющему сорбитную или
перлитно-ферритную структуру.
Закалку с нагревом токами высокой частоты (ТВЧ) применяют к
углеродистым и легированным сталям, хорошо воспринимающим
25
закалку, например марок 45, 40Х, ЗОХМА и др. До электрозакалки
детали проходят нормализацию или улучшение (объемную закалку
и высокий отпуск).
После закалки с нагревом ТВЧ поверхность приобретает высокие
твердость (порядка HRC 50—60) и износостойкость. Повышается также
усталостная прочность благодаря появлению остаточных напряжений
сжатия. Для окончательной отделки на поверхности предусматривают
припуск 0,05-0,15 мм на сторону.
На машиностроительных заводах закалку с нагревом ТВЧ широко
применяют для шеек коленчатых валов, кулачков распределительных
валиков, зубьев шестерен, роликов, крановых колес и других деталей
Этот способ в настоящее время вытесняет опасный перегревом стали
способ поверхностной закалки ацетилено-кислородным пламенем
2.2. ЦЕМЕНТАЦИЯ С ПОСЛЕДУЮЩЕЙ ЗАКАЛКОЙ
Это наиболее старый и испытанный метод повышения поверхностной
прочности и твердости. Он заключается в насыщении атомарным угле-
родом поверхностного слоя стальной детали, нагретой до температуры
900—950 °C (т. е. выше точки структурных превращений Лс3). При
этой температуре железо имеет структуру аустенита (у-железа) и имен-
но в этом состоянии способно растворить в себе до 2 % углерода1. Дета-
ли, очищенные от грязи, окислов и жиров, укладывают в особые цемен-
тационные ящики. Вокруг деталей утрамбовывают порошкообразный
карбюризатор, например следующего состава- 75 % древесного
угля, 20% углекислого бария (Ва СО3) и 5% углекислого натрия
(Na2COp) В результате диффузии атомы углерода проникают в решет-
ку у-железа. Концентрация углерода в цементируемом слое доводится
до образования эвтектоидной зоны (0,8-0,9 % С). При увеличении
концентрации образуется цементитная сетка, придающая цементирован-
ному слою хрупкость.
Цементируют детали, изготовленные из углеродистых и легирован-
ных сталей с небольшим содержанием углерода (до 0,2 % С), например
стали 15, 15ХА, 12ХНЗА, 18Х2Н4МА и др После закалки и низкого
отпуска цементированный слой приобретает высокие твердость и из-
носостойкость. Вместе с тем в сердцевине детали благодаря малому
содержанию углерода закалки не происходит, металл сохраняет пла-
стические свойства, достаточно высокие значения относительного удли-
нения, ударной вязкости и предела текучести.
Глубина цементированного слоя и степень концентрации углерода
зависят от температуры и времени выдержки. Глубину обычно назна-
чают в пределах 1—2,5 мм, длительность выдержки 12—20 ч. Процесс
цементации может сопровождаться перегревом материала, ростом зерна
и ухудшением структуры.
1 Как известно, в модификации a-железа (феррита) предельное содержание
углерода не превышает 0,02 %
26
Термическая обработка цементируемых деталей довольно сложная
и, например для стали 15ХА, состоит из следующих операций
— цементация при 910—920 °C,
— нормализация при 880 С (или закалка при 860 С в масле) с целью
измельчения зерна у сердцевины детали и растворения цементитной
сетки; °
— закалка при 780 С в масле,
— низкий отпуск при 160—180 С с нагревом в масле или на воздухе.
В результате такой термообработки детали сохраняют в сердцевине
перлитно-ферритную или сорбитную структуру, а цементированный
слой приобретает структуру мелкоигольчатого мартенсита отпуска с
высокой твердостью HRC55—60 Имеются сорта стали с наследственно
мелким зерном аустенита; у такой стали аустенитное зерно при нагреве
до температуры 970 С сопротивляется росту, поэтому надобность в
измельчении зерна сердцевины отпадает.
Некоторые поверхности цементируемых деталей должны оставаться
мягкими и не закаливаться, например концевые шейки, торцы и от-
верстие у поршневого пальца дизеля. Для предохранения их от закалки
применяют следующие способы:
— изолируют эти участки электролитическим меднением (тонким
слоем ~ 0,01 мм);
— деталь цементируют полностью, затем с мест, не подлежащих
закалке, снимают на станках припуск порядка 3—4 мм, удаляя таким
образом цементированный слой, и только после этого продолжают
термообработку и производят закалку.
Применяемая иногда изоляция глиной, асбестом и т. п. ненадежна
Широкое распространение в машиностроении нашла газовая цемен-
тация. Ее проводят в печах путем нагрева деталей в среде газов, содер-
жащих углеводороды, в частности метан (СН4) , пропан (С3Н8), бутан
(С4Н10). Науглероживание, например метаном, происходит при реак-
ции СН4 -* С + 2Н2 Температура при газовой цементации равна 950 С
Цементация газом по сравнению с порошкообразными карбюриза-
торами имеет ряд преимуществ. Так, продолжительность процесса сок-
ращается почти в 2—3 раза, облегчается регулировка глубины цемента-
ции и концентрации углерода. Кроме того, процесс поддается полной
автоматизации.
Высокая твердость, достигаемая в результате цементации и закалки,
резко повышает износостойкость трущихся поверхностей деталей Этот
процесс применяют для зубьев зубчатых колес, шеек валов, кулачковых
валиков, поршневых пальцев и других деталей. Важно отметить, что це-
ментация с последующей закалкой повышает предел выносливости
стальных деталей благодаря образованию в поверхностном слое зна-
чительных остаточных напряжений сжатия.
Вследствие нагревов цементируемые детали подвергаются коробле-
нию. Поэтому на окончательную отделку, обычно шлифованием, остав-
ляют припуск 0,25 мм на сторону, а у легко деформируемых деталей —
до ОД мм на сторону.
27
2.3. АЗОТИРОВАНИЕ
Азотирование заключается в диффузионном насыщении поверхност-
ного слоя стальных деталей атомарным азотом в потоке аммиака (NH3)
при температуре 500—560 С. В результате сильно повышаются твердость
поверхностного слоя, его износостойкость, коррозионная, а также кави-
тационно-эрозионная стойкость. Возникающие при этом процессе оста-
точные напряжения сжатия увеличивают усталостную прочность деталей.
Твердость повышается из-за образования нитридов железа (Fe2N ,
Fe4N) и нитридов элементов, легирующих сталь (Cr2N , Mo2N , VN ,
AIN).
Благодаря сравнительно невысокой температуре процесса и отсутст-
вию последующей закалки детали почти не подвергаются короблению,
наблюдается лишь незначительное увеличение размеров вследствие об-
разования нитридов в поверхностном слое. Твердость азотированного
слоя достигает HV 1000—1100 и сохраняется даже при нагреве до
600— 650 С, в то время как у цементированного и закаленного
слоя — только до 200—225 С. Глубина азотированного слоя 0,5 —
0,6 мм
Процесс азотирования длительный — 20—50 ч и более. Для ускоре-
ния процесса применяют ступенчатый режим. Первая ступень осущест-
вляется при 500—510 С и обеспечивает высокую твердость благодаря
выделению высокодисперсных нитридов. Вторая ступень при нагреве
до 540—560 С увеличивает глубину слоя, ускоряет диффузию азота и
способствует равномерному распределению твердости. Степень диссо-
циации аммиака для первой ступени устанавливают 15—25 %, для вто-
рой — 40—50 %.
Участки детали, не подлежащие азотированию, покрывают гальва-
ническим методом слоем олова толщиной 0,02-0,03 мм. При темпе-
ратуре азотирования олово плавится, но удерживается на стальной
поверхности силами поверхностного натяжения Возможно все же
стекание олова на азотируемые места. Во избежание этого такие участки
фосфатируют, так как поверхности, покрытые фосфатной пленкой, не
смачиваются жидким оловом. Фосфатная пленка также способствует
насыщению поверхности стали азотом. Вместо олова как изолирующее
покрытие применяют иногда жидкое стекло.
Азотирование проводят перед отделкой, на которую оставляют
на рабочих поверхностях припуск 0,03—0,05 мм на сторону.
Азотируют детали, изготовляемые из легированных сталей, напри-
мер 38ХМЮА, 38ХНМФА, 36Х2Н2МФА и др. Заготовки после черновой
механической обработки подвергают закалке и высокому отпуску для
получения прочной и пластичной структуры сорбита у сердцевины из-
делия.
Азотирование широко применяется для втулок дизельных цилинд-
ров, зубчатых колес, коленчатых валов, измерительных инструментов
и других деталей. Для антикоррозионного азотирования достаточен
слой глубиной 0,05—0,1 мм.
28
2.4. ЦИАНИРОВАНИЕ
Процесс заключается в насыщении стали одновременно углеродом
и азотом. Последующая закалка придает поверхностному слою высокую
твердость порядка HRC60. Процесс используется обычно для получения
сравнительно тонкого твердого слоя (0,15—0,35 мм). Цианирование
применяется жидкое и газовое. Газовое цианирование называют нитро-
цементацией.
При жидком цианировании детали нагревают в ванне с
расплавленными солями, например цианистым натрием (NaCN), угле-
кислым натрием (Na2CO3) и поваренной солью (NaCl) при темпера-
туре 820—860 С. Длительность нагрева 30—90 мин. Выделяющиеся
атомарные углерод и азот диффундируют в сталь. В цианированием
слое содержится 0,6—0,7% С и 0,8—1,2 % N. Азот образует нитриды.
Для получения слоя большей толщины (0,5—1,5 мм) применяют высо-
котемпературное, или глубокое, цианирование в ванне при температуре
930—960 С со временем выдержки 2—6 ч.
К преимуществам цианирования относятся кратковременность
нагрева и возможность использования обычных углеродистых и низко-
лигированных сталей, к недостаткам жидкого цианирования — ядо-
витость NaCN и его паров, необходимость специальных мероприятий
по технике безопасности и высокая стоимость.
При газовом цианировании детали нагревают в смеси
газов, например 50% метана и 50% аммиака, при температуре
800—850 С в течение 2—8 ч. Газовое цианирование по сравнению с
жидким более безопасно, но требует более сложного оборудования.
Для получения слоя 0,5—0,8 мм температуру и длительность нагрева
увеличивают.
Цианирование находит применение для зубчатых колес, валиков,
червяков и других деталей. В результате цианирования повышаются
износостойкость, коррозионная стойкость и усталостная прочность
деталей.
Для исправления обезуглероженного слоя, появляющегося часто
после нагрева при закалке, а также для повышения твердости деталей
из быстрорежущих сталей применяют низкотемпературную нитроце-
ментацию при 540—570 С в течение 0,5—3 ч. Глубина нитроцементиро-
ванного слоя 0,03 —0,05 мм.
2.5. ДИФФУЗИОННАЯ МЕТАЛЛИЗАЦИЯ
Процесс заключается в диффузионном насыщении поверхности
детали различными металлами с целью повышения служебных свойств.
Алитирование м называют насыщение поверхности стального
изделия алюминием. Алитированные детали из малоуглеродистой ста-
ли, работающие при повышенной температуре, имеют почти такой же
ресурс, как и детали из жаростойких материалов. Алюминиевый слой
29
наносят обычно напылением, иногда погружают детали в расплавленный
алюминий. Далее покрывают сплошным слоем в 2—3 приема обмазкой,
замешанной на жидком стекле, состоящей из 50 % графита, 18 % огнеупор-
ной глины, 30 % кварцевого песка и 2 % хлористого аммония. После
этого для термодиффузионного насыщения деталь нагревают до
900—950 °C и выдерживают 3 ч. При алитировании достигается высокая
окалиностойкость благодаря образованию плотной пленки (А12О3).
Алитированный слой обладает высоким сопротивлением коррозии.
Глубина алитированного слоя 0,3—0,6 мм.
Диффузионное хромирование проводят в порошках или в
среде газа. Применяют порошки из смеси феррохрома, окиси алюминия
и хлористого аммония. При газовом хромировании нагрев производится
в среде, содержащей хлористый хром (СтС12). Хромирование ведут
при температуре 1000—1050 С в течение 5—8 ч; глубина хромирован-
ного слоя составляет около 0,15-0,2 мм. Хромирование повышает
коррозионную и кавитационную стойкость, окалиностойкость, растут
также твердость и износостойкость. Хромирование используют для па-
роводяной арматуры, клапанов и других деталей.
Силицирование представляет собой насыщение поверхности
детали кремнием. Процесс проводят, выдерживая деталь в порошкооб-
разной смеси, состоящей, например, из 75 % ферросилиция, 25 % шамота
и 5% NHgCl, или в газовой среде SiCl2. Диффузия протекает при
900-1000 С. Силицирование сообщает высокую коррозионную стой-
кость детали и повышает ее износостойкость. Силицированию подвер-
гают детали арматуры, трубопровод и др
Сульфидирование заключается в диффузии серы в по-
верхностный слой детали и в образовании химического соединения
с металлом. Процесс осуществляют в твердой, жидкой и газообразной
средах. Низкотемпературное сульфидирование выполняют при темпе-
ратуре 175-200 °C, высокотемпературное - при 560-580 °C. При вы-
сокотемпературном сульфидировании в течение 5—6 ч глубина сульфи-
дированного слоя равна 0,2—0,3 мм При низкотемпературном времени
выдержки в 1,5 раза больше. Низкотемпературному сульфидированию
подвергают стальные детали после закалки, совмещая его с низким
отпуском Сульфидирование применяют для повышения износостой-
кости режущих инструментов и таких деталей, как поршневые кольца,
разъемные вкладыши подшипников и др.
Сульфоцианирование — диффузионное насыщение поверх-
ности детали серой и азотом В результате сульфоцианирования уско-
ряется приработка трущихся деталей, предотвращаются схватывание
и задиры, повышается износостойкость.
При борировании - диффузионном насыщении поверхно-
стного слоя бором — дфстигается чрезвычайно высокая твердость
(HV1800—2000) Борирование выполняют электролитическим спо-
собом Изделие служит катодом, а электролитом является расплавлен-
ная бура (Na2B2O7) Температура насыщения 930-950 С, выдерж-
ка 3-5 ч Применяют и газовое борирование. Диффузия протекает в
30
среде диборана (В2Нб) или треххлористого бора (ВС13) в смеси с во-
дородом при температуре 850-900 С. На поверхности возникает борид
железа FeB, а под ним борид Fe2B. Глубина борированного слоя 0,1 —
0,2 мм. Борированию подвергаются детали из любых сталей. В резуль-
тате борирования повышается износостойкость, в частности против
абразивного износа, увеличивается стойкость рабочих поверхностей
штампов при горячей штамповке.
2.6. ПОВЕРХНОСТНОЕ ПЛАСТИЧЕСКОЕ ДЕФОРМИРОВАНИЕ
В пластически деформированном (наклепанном) слое возникают
остаточные напряжения сжатия. Известно, что для деталей, работающих
в условиях циклического нагружения, опасными являются периоды
действия растягивающих напряжений. Наличие остаточных сжимающих
напряжений снижает величину напряжений растяжения. Однако рас-
тягивающие напряжения могут возникнуть не только от воздействия
внешних сил. Остаточные напряжения растяжения появляются в ма-
териале детали по ряду причин:
— вследствие структурной неоднородности, например из-за наличия
обезуглероженного слоя, появившегося при термообработке, из-за
присутствия в закаленном слое кроме мартенсита остаточного аусте-
нита; неоднородные зоны отличаются по плотности и по свойствам;
- вследствие неудачно выбранных режимов резания при меха-
нической обработке на станках, в частности на шлифовальных.
Имеется несколько способов поверхностного пластического де-
формирования.
Дробеструйная обработка. Обработку осуществляют
в дробеметах механического типа, в которых дробь движется под дей-
ствием центробежных сил во вращающемся роторе, или в пневмати-
ческих дробеметах, где дробь приводится в движение сжатым воздухом
под давлением 0,5-0,6 МПа. Наклеп стальных деталей ведут чугунной
шиТ более прочной стальной дробью диаметром 0,4-2 мм.
Дробеструйной обработкой достигается глубина наклепа до 1,5 мм.
Возникают напряжения сжатия до 800 МПа. Шероховатость поверхности
улучшается с уменьшением диаметра дроби.
Назначая длительность обработки, скорость и диаметр дроби, учи-
тывают, что перенаклеп менее опасен, чем недонаклеп, хотя длительный
наклеп иногда приводит к шелушению поверхностного слоя и снижению
усталостной прочности. Дробеструйная обработка нашла широкое при-
менение для упрочнения пружин, торсионных валов, зубчатых колес и
других деталей. Ответственные зубчатые колеса после дробеструйной
обработки проходят чистовое шлифование зубьев: с них снимают слой
толщиной 0,03—0,05 мм, что почти не влияет на эффект упрочнения.
Имеются данные, что дробеструйный наклеп повышает предел
выносливости при симметричном изгибе у деталей без концентраторов
напряжений на 20 % и более, а у деталей с концентраторами напряжений
на 40 % и более.
31
Центробежн о-ш ариковый наклеп. При этом способе
используется центробежная сила стальных шариков диаметром 7 — 12 мм,
перемещающихся в радиальных каналах сепаратора, который вращается
с окружной скоростью 20—30 м/сек. Деталь вращается на токарном
или шлифовальном станке навстречу сепаратору. Шарики ударяют о
поверхность и наклепывают ее, выходя из каналов на заданную
величину.
Для стальных деталей рекомендуют подачу сепаратора вдоль оси
заготовки 0,05—0,15 мм/об, выход шарика из канала 0,1—0,25 мм,
число проходов 2—3. При наклепывании поверхность детали и сепаратор
смазывают веретенным маслом в смеси с керосином. Глубина наклепа
составляет около 0,5 мм.
Шероховатость поверхности при таком наклепе несколько ухудша-
ется. В поверхностном слое возникают остаточные напряжения сжатия
Выносливость гладких образцов из легированной стали повышается
в несколько раз. Размер заготовки увеличивается на 3—5 мкм по диа-
метру. Твердость стали повышается на 40 %. Этот способ начинают
применять для валов, поршневых колец.
Обкатывание. Обкатывание цилиндрических поверхностей
чаще всего проводят на токарных станках. Приспособление, несущее
ролик, закрепляется на суппорте станка. Процесс сопровождается обиль-
ной смазкой маслом.
Обкатывание одним роликом пригодно для жестких деталей, спо-
собных без заметных деформаций воспринять одностороннее радиаль-
ное усилие. Обычно применяют двух- и трехроликовые обкатки.
Твердость роликов составляет HRC58—62. Средняя часть рабо-
чего контура выполняется в виде цилиндрического пояска с переходом
к торцам на конус. Рекомендуют устанавливать ось ролика по отноше-
нию ^к оси детали под небольшим углом (~03 ) , чтобы избежать обра-
зования волнистости на детали.
Стальные детали хорошо поддаются обкатыванию при твердости
до НВ 400. С уменьшением пластичности материала детали ухудшается
шероховатость поверхности, снижается глубина наклепа, однако оста-
точные напряжения сжатия повышаются.
Обычно обкатывание ведут в о дин-два прохода. Большее число
проходов может привести к перенаклепу и даже к снижению предела
выносливости. Давление, оказываемое роликом на обрабатываемую
поверхность, должно быть меньше предела прочности металла изделия.
Продольную подачу выбирают 0,4—0,8 мм/об, при этом она должна быть
меньше половины ширины цилиндрического пояска ролика. Скорость
обкатывания 30—80 м/мин. Глубина наклепа для небольших деталей
обычно 0,5—5 мм Для крупных судовых валов глубина наклепа на
участках прессовой посадки гребного винта и насадки облицовки до-
стигает 10—15 мм Для удаления перенаклепанного слоя часто после
обкатывания обтачивают деталь на глубину 0,5 — 1 мм.
Повышение предела выносливости зубчатых колес, прошед-
ших цементацию и закалку рабочего контура зубьев и подвергшихся
32
поверхностной пластической деформации, объясняется главным образом
разбивкой остаточного аустенита и превращением его в мартенсит; появ-
ляются остаточные напряжения сжатия.
Образование резьбы при обкатывании роликами у деталей, рабо-
тающих при циклическом нагружении, заметно повышает их предел
выносливости.
Раскатывание. Пластическое деформирование отверстий -
раскатывание - преследует ту же цель, что и обкатывание наружных
поверхностей — создание остаточных напряжений сжатия, повышение
усталостной прочности и твердости. Раскатывание больших отверстий,
например цилиндров двигателей, ведут роликами, размещенными в
специальном приспособлении. Усилие на роликах может доходить до
50 кН. Имеются несколько позже вступающие в работу выглажи-
вающие ролики, уменьшающие высоту микронеровностей поверх-
ности.
Дорнование. Для отверстий небольшого диаметра и малой
глубины находит применение проталкивание калибрующим шариком —
дорнование, при этом достигается высокая точность и улучшается шеро-
ховатость. Дорны изготовляют с диаметром, превышающим за-
данный диаметр отверстия на величину обратной упругой дефор-
мации отверстия.
Чеканка. Процесс осуществляется нанесением ударов бойком,
закрепленным в приспособлении и имеющим пневматический или ме-
ханический привод. Режим чеканки, задаваемый энергией удара бойка,
шагом чеканки, скоростью и числом проходов, позволяет значительно
упрочнить сварные швы, галтели валов и впадины зубьев крупномодуль-
ных зубчатых колес. Благодаря наклепу повышаются твердость и уста-
лостная прочность металла.
2.7. ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА
На структуру и напряженное состояние материала детали оказывают
совместное воздействие термическая обработка и пластическое дефор-
мирование. Такой обработке можно подвергать конструкционные стали,
воспринимающие закалку. Последовательность обработки такая:
— заготовку нагревают до 1000 — 1100 С, переводя металл в аус-
тенит, и переохлаждают ее;
— в таком состоянии при 600—400 С заготовку подвергают сильно-
му пластическому деформированию одним из следующих способов,
прокаткой, волочением, штамповкой или продавливанием (экстру-
зией) ;
— далее следуют закалка на мартенсит и низкий отпуск.
Высокая степень пластической деформации вызывает очень мелкое
дробление зерен аустенита, что способствует при последующей закалке
абразованию мелкокристаллического мартенсита. В результате повы-
шаются прочность и износостойкость детали.
2 Зак. 2165
33
2.8. ПРИМЕНЕНИЕ ПОКРЫТИЙ
Покрытия наносятся на поверхности деталей с целью сообщить
устойчивость против коррозии; повысить износостойкость, жаростой-
кость, окалиностойкость и ускорить приработку; придать поверхности
красивый вид (декоративные соображения), а также чтобы подгото-
вить поверхность к дальнейшим операциям, например, к нанесению
подслоя под другие покрытия иди защите от цементации и азотирования
(меднение и фосфатирование) . '
Перед нанесением покрытий, независимо от способа, поверхность
изделия должна быть тщательно очищена от окислов и загрязнений:
механически - специальными карповыми щетками или гидроочисткой,
а затем химически - в растворах щелочей и кислот.
Металлические покрытия. Для защиты от коррозии деталей, рабо-
тающих во влажной атмосфере, применяют цинкование. Слой цинка
(Zn) составляет 7-25 мкм в зависимости от условий среды. При кон-
такте деталей с морской водой часто используют кадмирование. Слой
кадмия (Cd) назначаю! 7 — 50 мкм также в зависимости от условий
среды.
Применяемые для ускорения приработки мягкие металлы, такие
как кадмий, свинец (РЬ) и олово (Sn) обладают следующими свой-
ствами: хорошо смачиваются смазочным маслом, быстро восстанавли-
вают сплошность масляной пленки при ее нарушении; повышают стой-
кость против заедания, предохраняя основной металл скользящей пары
от непосредственного контакта, задиров и наволакивания; в местах
недостаточной смазки эти металлы расплавляются благодаря низкой
температуре плавления (321 С у кадмия, 327 С у свинца, 232 С у
олова) и служат как бы временной смазкой- Они также повышают
коррозионную стойкость.
Покрытия наносят на детали обычно в электролитических ваннах,
а иногда - окуная их в ванны с расплавленным металлом. Тонкие пок-
рытия толщиной 7 — 15 мкм часто выполняют после окончательной
Механической обработки, так как такой слой практически не меняет
размера детали.
В подшипниках иногда покрывают антифрикционный материал
тонкимоловянно-свинцовымсплавом (90% РЬи10% Sn).
В высокооборотных двигателях применяют свинцевание деталей
из фосфористой и свинцовистой бронз, а также лужение подшипников,
чугунных поршневых колец и поршней. Для некоторых подшипников
используют в качестве тонкого покрытия (3-5 мкм) индий - металл,
обладающий низким коэффициентом трения и высокой коррозионной
стойкостью.
Подшипники из бронзы или серебра отличаются высокими проч-
ностью и теплопроводностью, но недостаточной маслоудерживающей
способностью. Для таких подшипников применяют свинцовые покрытия
толщиной более 0,1 мм. Они служат не только для приработки, но и
во время нормальной работы. Наряду с хорошей смачиваемостью и
34
стойкостью против заедания такие покрытия сообщают подшипникам
пластичность и податливость при вдавливании посторонних твердых
частиц.
Электролитическое хромирование повышает коррозионную стой-
кость, жаростойкость и твердость поверхности до НВ 1000, а также
служит для декоративных целей. Широко применяется хромирование
при ремонте для восстановления изношенных деталей. При этом тол-
щина хрома может уже достигать нескольких десятых миллиметра.
В зависимости от режима хромирования получаются три вида хро-
мовых покрытий: молочные, блестящие и матовые.
Хромовое покрытие благодаря своей твердости повышает износо-
стойкость металла, однако применительно к трущимся парам оно ока-
залось неблагоприятным, так как гладкие покрытые хромом поверх-
ности плохо смачиваются маслом. Для устранения этого недостатка
применяют пористое хромирование. На первом этапе в течение 4—6 ч
ведут обычное хромирование, причем изделие служит катодом. В электро-
литическом слое хрома в процессе осаждения возникают значительные
напряжения, способствующие в дальнейшем образованию микротрещин
и пор. На втором этапе слой дехромируют в течение 10—15 мин путем
анодного травления, изделие уже является анодом. Таким образом
поверхность хрома превращается в пористую. Благодаря порам и ка-
нальцам достигается хорошая смачиваемость. Толщина слоя у готовых
деталей после окончательной механической обработки составляет
0,2—0,25 мм, у крупных деталей—до 0,5 мм. Глубина пористости
0,05—0,1 мм, у поршневых колец — 0,03-0,05 мм.
Сочетание хромированных поршневых колец с хромированными
цилиндрами не дало удовлетворительного результата. В связи с этим
хромированные кольца применяются в паре с азотированными цилинд-
рами. В сильно форсированных дизелях поршневые кольца, покры-
тые пористым хромом, обнаруживают все же недостаточный ресурс.
Лучший результат показали кольца, на которые в специально расточен-
ные круговые канавки по наружному диаметру колец был нанесен
дисульфид молибдена.
Электролитическое никелирование, так же как и хромирование,
создает коррозионную стойкость и жаростойкость, повышает твердость
и используется как декоративное покрытие. Оно используется и для
восстановления изношенных деталей. Благодаря меньшей, чем у хро-
мовых покрытий, твердости никелевые покрытия легче обрабатываются,
однако они дороже и поэтому чаще применяются хромовые.
Фосфористо-никелевые покрытия обладают высокой коррозион-
ной стойкостью в атмосферных условиях и водопроводной воде. Они
меньше снижают усталостную прочность, чем хромовые и обычные
никелевые.
При восстановлении шеек коленчатых валов и гильз цилиндров
толщину слоя твердого никеля доводят до 0,75—1,25 мм.
Неметаллические покрытия. Наиболее распространены два способа
нАнесения покрытий: оксидирование и фосфатирование. Так как оба
2* 35
вида пленок отличаются высокой маслоаккумулирующей способностью,
они применяются для защиты от коррозии и для ускорения приработки.
Процесс приработки в трущихся парах должен быть облегчен и ускорен
с тем, чтобы замедлить увеличение первоначального зазора и повысить
ресурс сопряжения до появления предельно допустимого износа.
Оксидные пленки на стальных изделиях образуются, например, в
результате действия высококонцентрированного раствора щелочи и
азотнокислой соли натрия при температуре 140 С.
На изделиях из алюминиевых сплавов оксидные пленки получают
анодным окислением (процесс называется анодированием). Анодом
является изделие, катодом служит свинец, а электролитом - 20 %-й
раствор серной кислоты. Толщина образующейся при этом пленки
3-8 мкм, между тем как толщина естественно возникающей на алю-
минии пленки чрезвычайно мала и составляет 0,01—0,1 мкм.
Оксидирование изделий из алюминиевых сплавов широко приме-
няется в судовом машиностроении. Используется также его разновид-
ность - паровое оксидирование - для защиты поверхностей цистерн
и трубопроводов.
Еще одним видом электролитического защитного покрытия слу-
жит эматалирование, при котором на деталях, например из алюминие-
вых сплавов, создаются непрозрачные эмалевидные пленки толщиной
10-15 мкм. Электролит содержит двойную щавелевокислую соль
калия и титана, а также борную, щавелевую и лимонную кислоты. Эти
пленки используются для защиты от коррозии и отличаются красивым
внешним видом.
Фосфатирование выполняют, погружая изделие в ванну с водным
раствором ортофосфорной кислоты и фосфорнокислых солей железа
и маргайца при температуре около 100 С. Длительность процесса состав-
ляет около 1 ч. В результате на поверхности изделия образуется кри-
сталлическая пленка нерастворимых средних фосфорнокислых солей
железа и марганца.
Толщина фосфатной пленки составляет 10 мкм, а размеры детали
увеличиваются всего на 5-8 мкм, так как в образовании пленки участ-
вует и поверхностный слой металла детали. Места, не подлежащие фос-
фатированию, защищают стойкими лаками. Фосфатированная поверх-
ность обладает хорошей смачиваемостью: капля смазочного масла,
попавшая на эту поверхность, мгновенно растекается, в то время как
на нефосфатированной поверхности она долго сохраняет свою форму.
Лакокрасочные покрытия. Используют для Повышения Коррози-
онной стойкости и из декоративных соображений. Для защиты метал-
ла от коррозии покрытие должно быть сплошным, водонепроницаемым
и хорошо сцепляться с покрываемой поверхностью.
На поверхность изделия прежде всего наносят слой грунта толщиной
15-25 мкм, например фосфатирующий грунт ВЛ-08 в сочетании с грун-
том В-320. Для устранения пор, царапин и углублений на грунт кладут
несколько слоев шпаклевки. Затем электромеханическим распылителем
наносят краску или лак в три и более слоя. Технологический процесс
окраски заканчивается сушкой изделия в сушильной камере.
36
ГЛАВА 3
ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА СУДОВЫХ
ПАРОГЕНЕРАТОРОВ И ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ
3.1. ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОИЗВОДСТВА
3.1.1. Классификация судовых парогенераторов
и теплообманных аппаратов
Современное парогенераторное (котельное) производство и аппа-
ратостроение включает изготовление главных и вспомогательных во-
дотрубных парогенераторов, парогенераторов ядерных установок,
теплообменных аппаратов, необогреваемых сосудов, работающих под
давлением.
Классификация судовых парогенераторов и теплообменных аппа-
ратов может быть сделана по различным характеристикам, но чаще
всего ее выполняют по назначению. В зависимости от назначения па-
рогенераторы делят на главные и вспомогательные.
По ГОСТ 12806—77 в зависимости от рабочих параметров пара
выделяют парогенераторы, работающие до давления 4 МПа и темпе-
ратуры 470 Т и соответственно до 8 МПа и 515 °C.
По конструкции современные судовые парогенераторы применяют
двух типов: с естественной циркуляцией и прямоточные.
Теплообменное оборудование, используемое на судах, различно
по массе:
Оборудование
Сухая масса, т
Парогенераторы-
главные................................................ 90-250
вспомогательные............................... 2,5-3,0
утилизационные................................ 0,5-10
Конденсаторы турбин..................................... 15-25
Теплообменные аппараты
испарители........................................ 2,8-5,0
маслоохладители........................ 1,2-4,5
Подогреватели питательной воды..................... 0,3-13
подогреватели топлива......................... 0,1-1,2
3.1.2. Технологическая характеристика и особенности производства
На всех теплоходах и газоходах транспортного и рыбопромыслового
флотов для бытовых и вспомогательных нужд применяют водотрубные
парогенераторы и утилизационные котлы, работающие на отработавших
газах главных машин. На рыбопромысловых судах в парогене-
раторах получают также горячую воду и пар для технологических
целей.
37
Толщина металла существенно влияет на режим гибочных операций,
конструкцию разделки швов, выбор способа и параметров сварки и
многие другие факторы технологического характера. Коллекторы
парогенераторов, корпуса теплообменных аппаратов и сосуды, работаю-
щие под давлением, изготовляют из листового проката толщиной
4-80 мм; часть узлов и деталей (обшивки, каркасы, опоры и т. п.) -
из листового проката толщиной до 4 мм.
Для поверхностей нагрева и охлаждения применяют тонкостенные
трубы, а для необогреваемых (циркуляционных) — толстостенные.
Кроме того, толстостенные трубы используются для коллекторов и
камер.
Сосуды, работающие под давлением, и трубные теплопередающие
поверхности изготовляют только из качественных низкоуглеродистых
сталей (типа 22К, сталь 10) и низколегированных сталей перлитного
класса (типа 24Г2, 12Х1МФ).
Высоколегированные стали и цветные металлы в корпусах тепло-
обменных аппаратов начинают заменять двухслойными сталями. В бли-
жайшие годы будет применяться термохромированный и алюминиро-
ванный трубный прокат.
В современном судовом парогенераторостроении основными опе-
рациями являются гибка, штамповка и сварка. Все неразъемные сое-
динения получают совершенными методами электросварки (аргоно-
дуговой, злектрошлаковой и др.). Большинство сварных изделий под-
вергают термической обработке (отжиг, отпуск), обеспечивающей
сохранение исходной структуры и механических свойств металла.
Оребрение труб насадными дисками полностью заменено накаткой
дисков,{-продольно-спиральных ребер. Кроме того, используются трубы
с внутренними шлицами.
Увеличение массы и размеров изделия существенно усложняет
технологию производства, агрегатирование, транспортировку и хра-
нение. Судовые парогенераторы и некоторые теплообменные аппараты
имеют большие габаритные размеры, и поэтому их хранят на открытом
воздухе, Где возможна атмосферная коррозия. Для защиты от коррозии
применяют различные методы консервации.
Большинство сопрягаемых деталей неподвижны, и поэтому точность
их изготовления соответствует 12-14-му квалитетам. Детали арматуры,
гарнитуры и приводов изготовляют по 6-8-му квалитетам.
Конструкция парогенераторов и теплообменных аппаратов дает
возможность применять стендовую сборку на неподвижных стендах.
Перспективны новые технологические процессы, основанные на приме-
нении ультразвука, лазерного луча, электроимпульса, эффекта макро-
диффузии и др.
Отличительной особенностью производства парогенераторов явля-
ется широкое кооперирование. Наряду с металлами, изоляционными,
прокладочными и футеровочными материалами по кооперации посту-
пают: арматура1 и топочная гарнитура, приборы автоматики, ме“
тизы, краски, лаки, консервирующие, изоляционные и прокладочный
38
материалы. Производственно-технологические процессы отличаются спе-
циализацией. Парогенераторное производство можно отнести к тяжело-
му машиностроению мелкосерийного характера, а изготовление теплооб-
менных аппаратов - к среднесерийному с тенденцией к поточному
производству на подвижных стендах. В парогенераторостроении и осо-
бенно в теплообменном аппаратостроении широко используются прин-
ципы стандартизации и унификации.
Современное производство судовых парогенераторов сосредоточено
в крупных цехах с большим количеством специального оборудования
(гидравлические прессы, вальцы, гильотинные ножницы, радиально-
сверлильные станки и др.). Кроме того, парогенераторный цех оснащен
совершенным сварочным оборудованием, трубогибочными станками с
индукторами ТВЧ. Цех имеет развитую сеть подъемно-транспортного
оборудования грузоподъемностью до 250 т. Как правило, цех состоит
из следующих участков: плазово-разметочного, заготовительного,
кузнечно-прессового, трубного, сварного, участков узловой и общей
сборки.
3.1.3. Основные требования Регистра СССР
Завод-изготовитель судового теплообменного оборудования дол-
жен гарантировать его безотказную работу в течение расчетного (наз-
наченного) ресурса.
Изготовление судовых парогенераторов и теплообменных аппара-
тов производится в соответствии с Правилами Регистра СССР и по проек-
там, согласованным с Регистром СССР. При запуске в производство
парогенератора или иного теплообменного оборудования Регистру СССР
предъявляют ряд документов, в том числе и технологического характера.
Представитель Регистра осуществляет наблюдение и контроль за
изготовлением и монтажом оборудования на судне, а также проверяет
материал по сертификатам и результатам заводских испытаний и ана-
лизов, соответствие используемых материалов и данных, указанных
в чертежах, следит за внесением в формуляры изделий сведений о фак-
тическом химическом составе, механических и технологических свойст-
вах. Все изменения и отклонения в технологическом процессе могут
быть допущены только после согласования с представителем Регистра.
В процессе изготовления оборудования он производит выборочный
контроль, т. е. осматривает разделку швов под сварку, швы после свар-
ки, проверяет качество сварных швов по документам дефектоскопии,
размеры мостиков в трубных решетках и т. п.
После изготовления парогенератора или теплообменного аппарата
представитель Регистра проверяет документы (формуляр, ТУ и т. д.),
осматривает ответственные узлы, осуществляет внутренний осмотр
коллекторов (корпусов), присутствует при окончательном гидравли-
ческом испытании, принимает агрегат под давлением, о чем расписы-
вается в формуляре, заполняемом ОТК завода. При приемке пароге-
нератора представитель Регистра руководствуется „Номенклатурой
39
ответственных механизмов, изделий, деталей, подлежащих контролю
Регистра СССР”.
После приемки парогенератора или теплообменнного аппарата
представитель Регистра СССР ставит клеймо на фирменной доске, ко-
торая находится на передней стороне агрегата.
Согласно Правилам Регистра СССР камеры и трубные элементы
парогенераторов и теплообменных аппаратов должны быть бесшовными,
а коллекторы и корпуса должны иметь сварную конструкцию. Все свар-
ные соединения ответственных элементов, работающих под давлением,
должны быть только стыковыми, как правило, с двухсторонней раздел-
кой кромок. Продольные сварные швы сосудов, работающих под дав-
лением, должны располагаться ниже изменяющегося рабочего уровня
воды. При сварке разностенных или гнутых деталей надо делать скосы
или изгибы, предотвращающие концентрацию напряжений и действие
изгибающих усилий. Типы сварных швов и конструктивные элементы
сварных соединений должны соответствовать требованиям нормативно-
технической документации. Гидравлические испытания, просвечивание
и прозвучивание швов и другие контрольные операции производят сог-
ласно действующим стандартам и руководящим отраслевым материалам.
Сварщики, допускаемые к сварке элементов парогенераторов
или теплообменных аппаратов, работающих под давлением, должны иметь
удостоверение о сдаче специальных экзаменов.
Наряду с Регистром СССР наблюдение за всеми технологическими
процессами ведет ОТК. Эти контролирующие подразделения совместно
с государственной приемкой несут ответственность за бездефектный
выпуск изделий.
3.1.4. Тахника безопасности
Производство судовых парогенераторов и теплообменных аппа-
ратов сопряжено с применением технологических процессов, связанных
с обработкой крупногабаритных заготовок (листы, поковки, штампов-
ки и т. п.), порошкообразных и пылевыделяющих материалов (алюми-
ниевая пудра, стекловолокно и др.). Многие процессы выполняют с
горячими заготовками, они идут с образованием и выделением пыли
(размеры частиц 1 — 100 мкм) и вредных газов (С12, СО, N2OS и др.).
Токсичные пыль и газы вредны и для окружающей среды. Расконсер-
вацию труб производят в щелочных растворах, а удаление окислов
перед сваркой — кислотными растворами. Увеличилась опасность при
обработке токсичных металлов (бериллий, кадмий, свинец и др.).
В современном производстве парогенераторов и теплообменных аппа-
ратов применяют средства с повышенной опасностью: рентгеновское,
ультразвуковое, высокочастотное, лазерное оборудование и большое
количество электрифицированного инструмента. В аппаратостроении
начинают использовать взрывной и электрогидроимпульсный методы.
Согласно требованиям СН 245 - 71 Госстроя СССР в котель-
ных цехах температура воздуха должна быть в пределах 14—16 °C,
40
относительная влажность 40—60 % и скорость движения воздуха не бо-
лее 4 м/с. При работе в котельных цехах необходимо выполнять требо-
вания ГОСТ 12.0.003—74 „Опасные и вредные промышленные факторы,”
ГОСТ 12.3.002—75 „Процессы производственные. Общие требования
безопасности” и др. В частности, расконсервацию металла следует вести
без открытого огня, в защитной одежде. Механическое оборудование для
резки металла должно быть оснащено предохранительными устройства-
ми. Газовая резка не должна загрязнять воздух ацетиленом. Применение
защитных стекол ЭС-100, ЭС-300 и ЭС-500 при сварке и резке
обязательно.
При сварке и резке металла рабочие места должны быть оборудова-
ны вентиляцией и местными отсосами. При работе в замкнутых метал-
лических изделиях (коллекторы, барабаны ит. п.) разрешается приме-
нять низковольтное оборудование. Гидравлические испытания желательно
проводить в специальном помещении. Просвечивание сварных швов
допускается в соответствии с Правилами СП 330-60, ППРВ 349—60.
32. ЗАГОТОВИТЕЛЬНЫЕ ОПЕРАЦИИ
К заготовительным операциям в парогенераторостроении относятся:
приемка материала (см. п. 13), отбор проб для технологических испы-
таний; очистка, расконсервация и правка; разметка и наметка; резка
и вырезка; обработка кромок; образование отверстий.
3.2.1. Очистка и расконсервация металла. Правка
Все виды полуфабрикатов (листы, трубы и др.) могут быть пущены
в производство только с чистыми поверхностями. Прокат должен иметь
чистую Поверхность без окалины, не допускаются загрязнения в виде
масла, мазута и т. п.
Значительная часть листового проката толщиной более 4 мм нахо-
дится длительное время на воздухе и подвергается атмосферной корро-
зии, продукты которой обладают слабой адгезией и легко счищаются
обдувкой сжатым воздухом и дробеструйным методом. Следы селитры
с поверхностей алюминиевых листов и альфированного слоя с титановых
листов удаляют только на прокатном заводе травлением.
Стальные трубы, особенно из низкоуглеродистых сталей, для пре-
дохранения от коррозии, которая для труб недопустима, хранят в зак-
рытых помещениях в законсервированном виде (лак, минеральные
Кисла и др.). Консервацию снимают моющими препаратами типа МЛ2.
Волнистость, изгибы, выпучины и другие дефекты возникают
вследствие нарушения технологии проката и термообработки, а также
в результате небрежной транспортировки. Листовой и профильный про-
кат с такими дефектами подвергают правке. Правку не производят,
если отсутствуют выпучины и кривизна листа менее 2 мм/м, а у профиль-
ного проката - менее 1 мм/м.
41
Правку осуществляют многократным пластическим изгибом, при
котором волокна растягиваются и длина их становится одинаковой.
Обычно листы правят на листоправильных машинах - вальцах. Правка
на правильных вальцах заключается в том, что листы пропускают в хо-
лодном состоянии между двумя рядами последовательно расположен-
ных рабочих валков. Полное выпрямление листа производят за три-пять
проходов. Скорость правки (движение листа между валками) находится
в пределах 0,1-0,2 м/с. Профильный прокат правят на станках, у кото-
рых вместо валков имеется два ряда роликов с профилем, соответствую-
щим выправляемому прокату.
322. Плаз, разметка и наметка
Плазовым чертежом называют поперечное (иногда продольное) се-
чение парогенератора, вычерченное в натуральную величину на специаль-
ной площадке — плазе. Плазовый чертеж необходим для изготовления
шаблонов для гибки и проверки гнутых труб, приспособлений, копиров,
шаблонов, а также для проверки сборочных операций и т. п. Плаз делают
стационарным или разборно-переносным. Поверхность плаза тщательно
обрабатывают и окрашивают.
Построение плазового чертежа начинают с нанесения базовых линий.
Для симметричных конструкций за базу принимают центральную вер-
тикальную ось парогенератора. База должна иметь максимальную длину
и быть прямолинейной. От базовых линий наносят линии остальных эле-
ментов поперечного сечения. Все величины, входящие в каждую размер-
ную цепь, проверяют расчетом. Плазовый чертеж вычерчивают высоко-
квалифицированные разметчики.
Вырезку и обработку деталей производят по разметке, наметке по
шаблону^ и упору. Разметка — это вычерчивание (развертка) конфигу-
рации детали на металле с нанесением осевых линий, изгибов, центров
отверстий и т. п. Разметку применяют в индивидуальном производстве,
в серийном конфигурацию детали на металл наносят по шаблону, т. е.
по наметке. Разметку обечаек, днищ и других гнутых деталей произво-
дят относительно нейтральной оси с учетом толщины изделия. При
разметке деталей учитывают припуски, возникающие от вытяжки,
усадку при сварке и т. д.
Чтобы повысить коэффициент использования металла и сократить
разметочные операции, составляют раскройные карты, в которых ука-
заны припуски на механическую обработку для изготовления пробных
образцов, испытания сварных швов и т. д. Линии реза на листе закрепля-
ют накерниванием через 5-50 мм. Кроме линий, определяющих кон-
фигурацию детали, на заготовку наносят технологические указания;
направление гибки, сторону разделки кромки под сварку, форму раз-
делки, а также маркировку (только для крупных заготовок) — номер
детали, чертежа, марку металла и др.
Применяемые методы разметки и наметки обеспечивают достаточно
высокую точность: ± 0,5 мм для линий длиной до 10 000 мм; ± 1,5 мм
при наметке по шаблонам.
Часто вместо разметки пользуются резкой по копиру.
42
32.3. Резка и вырезка
Резку листового, профильного и сортового проката производят ме-
ханическим и газовым способами..
При резке механическим способом применяют пресс-ножницы,
дисковые ножницы и ленточные пилы. Другое оборудование (диски
трения и др.) используют редко. Станки, у которые длина ножей пре-
вышает 2000 мм, называются гильотинными ножницами. На них можно
резать сталь толщиной до 60 мм (ов< 500 МПа). Резку листового мате-
риала на гильотинных ножницах производят по разметке и по упору.
Для получения V-образной разделки под сварку лист разрезают в на-
клонном положении. Для этой цели используют также гильотинные
ножницы с наклонным верхним ножом. На дисковых ножницах можно
резать листовой прокат толщиной до 20 мм неограниченной длины по
криволинейному очертанию. Производительность резки составляет:
у пресс-ножниц 25-40, у гильотинных 10-50 двойных ходов в минуту,
у дисковых ножниц 1,25-5 м/мин. '
Механическая резка при большой производительности имеет не-
достатки: толщина разрезаемого материала не должна йревышать 60 мм;
длина реза на гильотинных ножницах ограничена 3200 Мм; невозмож-
ность разделки кромок под сварку; низкая загрузка и высокая стои-
мость оборудования. В связи с этим в парогенераторостроении применя-
ют газовую резку, хотя по производительности она и уступает механи-
ческой. В качестве горючих газов используют ацетилен, природный
газ, реже водород и пары бензина. Газовая резка дает возможность
получить рез с высокой точностью, что позволяет в ряде случаев не
подвергать изделие последующей механической обработке. Для
получения реза высокого качества чистота кислорода должна быть
99,2-99,5 %, необходимо также, чтобы поверхность разрезаемого ме-
талла была чистой. Плазменно-дуговая резка более универсальна и
производительна, но в парогенераторостроении применяется редко
из-за высокой стоимости.
3.2.4. Обработка кромок
Кромки листов для коллекторов и корпусов до сварки обраба-
тывают механическим путем. При газовой и газоэлектрической резке
происходит изменение свойств металла („термическое влияние”) в
слое толщиной 0,035—0,6 мм. Кроме того, в этом же слое возможны
выгорание углерода и другие структурные изменения. При механической
резке в слое реза возникает наклеп.
При сварке зазор между стыкуемыми кромками должен быть
равномерным и не превышать 2 + 0,5 мм. Поэтому кромки стыкуемых
листов обрабатывают механическим путем - строжкой, для того чтобы
удалить некачественный металл, получить прямолинейные кромки
заданной конфигурации и обеспечить необходимую точность и шерохо-
ватость кромок.
43
//////////A//////////.
Рис 3 1 Торцевая прокатка кромки листа
Кромку обрабатывают до
гибки на кромкострогальных
станках. Большинство станков
имеет рабочий ход в двух нап-
равлениях. При изменении нап-
равления движения каретки ре-
зец поворачивается. На кром-
кострогальных станках можно
обрабатывать листы длиной до
i5 м со скоростью резания
0,1-0,7 м/с. Отклонение про-
строганной кромки не должно
превышать 0,1 мм/м.
Обработку кромок (кроме
разделки под сварку) можно
производить также иглофрезе-
рованием. Сущность метода
состоит в том, что слой ме-
талла снимается (срезается)
большим числом игл, пред-
ставляющих собой проволочки,
закрепленные в ободе диска.
При вращении диска каждая игла является „микрофрезой”. Ниже
приведены основные характеристики метода:
Диаметр игпофрезы,мм............................ . 90-400
Частота вращения круга, об/мин........................ 40-120
Гирина резания, мм............................ ... 0,05-0,35
Подача, мм/мин......................................... 100-400
Производительность, г/мин см........................... 0,2-153
Получаемая шероховатость, мкм................... 0,5-5,0
Грубую обработку кромок можно производить, скалывая слой
толщиной до 3 мм на станке с дисковыми ножами (фирма „Пулмакс”,
Швеция). Сущность метода состоит в том, что слой металла скалывают
(срезают) двумя дисковыми ножами, действующими по принципу
дисковых ножниц. Обрабатывать кромки гнутых деталей (корыта,
трубные решетки и т. п.) можно на крупных продольно-строгальных
станках, а торцов - на кромкообточных станках.
Иногда кромка листа должна иметь утолщение. Утолщение кромки
получают торцевой прокаткой с местным нагревом. В связи с этим
свободной прокаткой можно добиться незначительного утолщения
кромок С = У2/У1 < 1,5 (5j, - толщина кромки листа до и после
свободной прокатки, рис. 3.1).
Торцевой прокаткой с местным нагревом и боковым подпором
можно получить за один проход более толстые и высокие утолщения.
0 2, h > 8Sj.
44
32 5. Образование отверстий
В коллекторах судовых парогенераторов и трубных решетках
теплообменных аппаратов имеется большое количество трубных от-
верстий диаметром 6—57 мм. В коллекторах парогенераторов и в кор-
пусах теплообменных аппаратов выполняют глухие отверстия, которые
служат для крепления внутренних частей, каркасов и других деталей.
Для присоединения питательных труб, перепускных труб и арматуры
необходимы отверстия диаметром до 200 мм, а иногда и больше. В кол-
лекторах парогенераторов и в некоторых корпусах теплообменных ап-
паратов делают пазовые отверстия, конструкция которых зависит от
толщины стенки коллектора (корпуса): в толстостенных днищах - без
усиления, в тонкостенных с отбортовкой или усилением. Эти отверстия
выполняют, как правило, овальными с минимальными размерами
300 х 400 мм.
Размечать центры отверстий следует так, чтобы они находились от
края сварного шва на расстоянии / > d0 (d0 — диаметр отверстия).
Жесткость мостика между смежными отверстиями определяется
минимальным размером, при котором в процессе вальцевания трубы
у кромок соседнего отверстия остаточные напряжения незначительны
или равны нулю. Экспериментально установлено, что коэффициент
жесткости мостика
Ф =1/(1 +4/о),
где I - минимальное расстояние между кромками двух смежных от-
верстий в продольном, поперечном или косом направлении. Этот коэф-
фициент должен быть более 0,27.
Минимальный шаг t между отверстиями диаметром do в плоских
трубных решетках теплообменных аппаратов должен соответствовать
следующим данным:
do , мм До 16 17-60 61-77 78-109
t) мм 1,2 d 0 г 3 1,2 йг 2 1,2 с?0 -г 1 1,2(70
Отверстия делают различными способами в зависимости от их
диаметра.
Диаметр, мм
Сверление
спиральными сверлами . ............ До 80
с расточкой зенкером .. . 80-120
Газорезка (плазменно-дуговая) . ... 120
Прокалывание .... ................ 10-25
При выполнении отверстия диаметром более 40 мм предварительно
сверлят отверстие диаметром 15—20 мм, а затем рассверливают до
нужного размера. Тонкие листы сверлят пакетами общей толщиной до
100 мм.
45
Глухие отверстия внутри коллекторов и корпусов сверлят только
ручными пневматическими машинками, приводимыми в действие сжа-
тым воздухом давлением 0,4-0,5 МПа. Это требование регламентирует-
ся правилами техники безопасности, исключающими применение электро-
приводов внутри коллекторов.
Сверлить отверстия необходимо при обильной подаче смазочно-
охлаждающей жидкости, в качестве которой применяют 5 %-ный раствор
эмульсола в воде, сульфофрезол, олеиновую кислоту и др.
Отверстия диаметром 60-120 мм получают в два этапа, вначале
спиральным сверлом сверлят отверстие диаметром до 50 мм, а затем
обрабатывают до заданного размера двузубым зенкером с напаянными
пластинками из твердого сплава на повышенных режимах резания при
обильном охлаждении эмульсией.
Отверстия диаметром более 120 мм вырезают газовой резкой с при-
пуском 10 мм на .сторону, который снимается расточкой на радиально-
сверлильном или расточном станке.
Резьбу в сквозных отверстиях нарезают проходными метчиками,
а в глухих отверстиях — последовательно тремя метчиками. Эту опера-
цию осуществляют на станках и ручными пневматическими машинами.
При нарезании резьбы метчиком может происходить налипание
металла на задних поверхностях и заедание метчиков из-за высокого
коэффициента трения. Для предотвращения налипания и заедания приме-
няют метчики со специальной геометрией: с обратной конусностью (в два
раза большей, чем обычно), с увеличенным задним углом 6—8°, с режу-
щей кромкой, имеющей передний угол 5 .
Производительность сверления может быть повышена в 2-2,5 раза
и стойкость режущего инструмента увеличена при сверлении с вибра-
цией. ЭтБт метод представляет большой интерес при обработке нержа-
веющих и жаропрочных сталей и титановых сплавов. При вибрации
сверла вдоль оси. вращения с определенными частотой и амплитудой в
процессе резания сверло периодически выходит из обрабатываемого
металла. В результате образуется мелкая стружка, легко удаляемая из
отверстия. При этом улучшаются условия подачи смазочно-охлаждающей
жидкости. Вибрацию сверла создают электрогидравлическим вибра-
тором с амплитудой 0,012—0,015 мм и частотой 200 Гц.
Износостойкость сверл можно повысить, если применять твердые
смазки. Проведенные испытания показали, что тонкий слой смазки
(смесь дисульфида молибдена, окиси свинца и графита) толщиной
20-25 мкм увеличивает износостойкость сверла в 1,5-3 раза. Смазку
наносят механическим путем после декапирования и обезжиривания
поверхности сверла, нагретого до температуры 70-100 °C.
При изготовлении одинаковых деталей с большим количеством
отверстий (дырчатые щиты, листы воздушной изоляции и др-) последние
сверлят в пакете по шаблону или верхнему размеченному листу. Более
производительным является прокалывание отверстий, особенно несколь-
кими пуансонами, установленными с определенным шагом в штампе
пресса,., pro применяют и прц изготовлении трубных решеток, в которых
46
отверстия имеют форму эллипса. Прокалывание отверстий можно произ-
водить в пакете листов толщиной 20-30 мм. Для прокалывания исполь-
зуется пресс типа РКХР-100, который имеет 160 ходов ползуна в минуту.
Усилие прокалывания, Н,
Р = KTrdoSac,
где<7о - диаметр отверстия, мм; 5 - толщина листа (пакета листов), мм;
ас - среднее сопротивление срезу, МПа; К - коэффициент, учитываю-
щий затупление кромок пуансона, неравномерность толщины листа
и механических свойств материала, неравномерность зазора, К -
= 1,25-13.
3.3. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ УЗЛОВ
33.1. Изготовление обечаек
В настоящее время коллекторы парогенераторов и теплообменных
аппаратов имеют сварную Конструкцию. Корпуса водо-водяных реакто-
ров судовых ядерных установок и в редких случаях коллекторы пароге-
нераторов изготовляют цельнокованой и ковано-сварной конструкций.
Сварные обечайки выполняют с одним или двумя продольными швами.
Корпуса реакторов, коллекторы и камеры парогенераторов специальной
конструкции изготовляют из слитков, а сварное, работающие под дав-
лением менее 8 МПа, из листового однослойного проката. В последнее
время стали применять двухслойный (плакированный) листовой прокат.
Цельнокованные обечайки выполняют из многогранных слитков
(10-14 граней) (рис3.2). Они предназначаются для сосудов, работаю-
щих под высоким давлением и при повышенных температурах (более
275 °C). Поэтому в их стенках не должно быть недопустимых напряжений
и их концентраций. Для получения одинако-
вых толщин и правильной формы обечайки
механически обрабатывают. После механи-
ческой обработки допускаются следующие
отклонения:
- отклонение толщины стенки в любом
месте от номинального значения ± 03 мм;
- относительная овальность 6 до 1 %;
— искривление по длине до 0,05 %;
- отклонение по длине до 0,03 %.
Заводы могут поставлять стальные слит-
ки массой от ОД до 265 т. Слитки имеют
многогранную форму с вогнутыми внутрь
гранями, благодаря чему уменьшается ве-
роятность образования рыхлостей и газо-
вых включений. Как уже указывалось,
Рис. 3.2. Слиток для изго-
товления цельнокованой
обечайки
1 — прибыльная часть; 2 —
донная часть
47
качество каждого слитка контролируют тщательным осмотром и ультра-
звуковой дефектоскопией.
Процесс ковки производят за шесть и более нагревов (выносов)
слитка. Слиток нагревают обычно в газовой печи до температуры 1200 С,
при которой достигается высокая пластичность (ов < 20 МПа) и хоро-
шая деформируемость металла, но нет еще опасности межзеренного
окисления (пережог). Продолжительность каждого нагрева составляет
несколько часов, так как скорость нагрева не должна превышать: для
поковок из углеродистых сталей 0,8-1,0 мин/мм, из легированных ста-
лей 1,0-1,5 мин/мм.
Время нагрева слитка, ч, составляет
Т = KD^D,
где К — коэффициент, учитывающий теплопроводность, для углеро-
дистых сталей К = 12,5, для легированных сталей К = 25, D — диаметр
слитка, м.
Нагрев слитка является длительным процессом и занимает 10—15 сут.
Ковочные операции производят на гидравлических прессах усилием
более 50 000 кН. Основные ковочные операции приведены в табл. 3.1.
После тщательного осмотра и дефектации слитка оттягивают конец
его в цапфу для проворачивания. Затем слиток биллетируют, т. е. об-
жимают грани с целью устранения газовых включений (происходит
кузнечная сварка пустот), уплотнения металла и уменьшения конусности.
Полученную поковку подвергают термической обработке — норма-
лизации с отпуском или отжигом для получения заданных механических
свойств, снятия остаточных напряжений и восстановления размера зерна.
РежиьГ термообработки выбирают исходя из марки металла. На рис. 3.3
показана схема термообработки поковки. Режим выполненной термо-
обработки вписывают в паспорт (формуляр) поковки. После термооб-
работки приваривать к сосуду какие-либо элементы не разрешается во
избежание возникновения напряжений.
Для получения бесшовного коллектора иногда концы поковки
закатывают (рис. 3.4). Закатку производят в нагретом состоянии
(1150 °C) на специальном станке с шаровой оправкой.
Чтобы форма поковки не исказилась после калибровки, она должна
остывать в вертикальном положении.
При горячей обработке поковки на ее поверхностях образуются
неровности, разнотолщинность и различные дефекты (трещины, обез-
углероженный слой до 2 мм и др.) . Кроме того, обечайка должна иметь
правильную цилиндрическую форму и минимальные отклонения по
толщине стенки. В связи с этим у поковки следует оставлять припуски
на механическую обработку. Суммарный припуск (рис. 3.5) на обработ-
ку должен быть равен 0.8 s„ 0,3sH с наружной стороны и 0,5s„ с внут-
ренней. Торцы тоже должны иметь припуски для изготовления пробных
образцов и выравнивания кромок под приварку днища, фланца.
Наиболее широко применяются коллекторы парогенераторов и
корпуса теплообменных аппаратов сварной конструкции, так как они
48
Таблица 31 Основные ковочные операции при изготовлении обечаек
Номер нагрева Операция Отходы, % Эскиз
1 Биллетировка слитка, удаление граней и конусности, оттяжка конца -
2 Удаление прибыльной части Удаление донной части 20-22 5-7
3 Осадка слитка усилием Р до высоты Н, равной 1/3 длины слитка -
Удаление сердцевины заготовки прошивнем 6-7
Раскатка заготовки для получе- ния поковки заданных размеров Охлаждающая
6 Калибровка поковки - -
t°c /\Выдерма j <20 2У Ю 12 Ч' | ~ 30-32 ч Рис 3 3 Схема термообработки поковки Рис. 3 4 Закатка конца поковки / - шаровая оправка
49
Рис. 3.5. Припуски на механическую Рис. 3.6.Стыковка кромок обечайки
обработку кованых обечаек под сварку
просты в изготовлении и дешевы. Некоторые корпуса теплообмен-
ных аппаратов изготовляют из бесшовных труб диаметром до 1020 мм
и толщиной стенки до 75 мм.
Обечайки могут быть выполнены с одним продольным швом, если
конструкция имеет большой диаметр, или, если трубная решетка имеет
большую толщину, - с двумя.
Обечайки с одним продольным швом изготовляют вальцовкой
на гибочных вальцах в холодном или горячем состоянии, а обечайки
из двух частей (трубная решетка и обертка) - гибкой на вальцах и
штамповкой на гидравлическом прессе. Затем обрабатывают кромки
не только с целью получения разделки под сварку, но и для удаления
слоя термического влияния (наклепа) толщиной $т = 2^3 мм, а также
устранения перекоса. Разделка под сварку должна иметь шероховатость
Rz < 80 мкм для стальных обечаек и Ra < 2,5 мкм для обечаек из
титанбВ ых спл авов.
Кромки обечайки'стыкуют так, чтобы смещение а и зазор б были
минимальными (рис. 3.6): а <0,1$< 0,3 мм; б<2±1,5 мм (s —
толщина стенки обечайки).
Усилие стягивания кромок Pj (рис. 3.7), необходимое для полу-
чения равномерного расчетного зазора, определяют по формуле
Рис. 3.7. Стягивание кромок
обечайки
Рис. 3.8. Выравнивание
кромок Обечайки под
сварку
50
Pi =-------------
0,6 kD\
где Zo—длина обечайки; E— модуль упругости материала; DH —
наружный диаметр обечайки; k =
Усилие выравнивания кромок обечайки Р2 (рис 3.8), требуемое
для получения минимального смещения а , равно
aL о s2Е
Рг =-----------•
1,5тг£)2н
Усилия Pj и Р2 составляют несколько килоньютонов, поэтому
стягивание и выравнивание производят на специальном стенде с по-
мощью гидравлических домкратов.
Если обечайка состоит из двух звеньев (суммарная длина больше
3000 мм) и отсутствует соответствующий прокат, то ее сваривают из
двух секций, продольные швы в этом случае должны быть смещены
относительно друг друга на 200 мм и более. .
Для получения прочного и герметичного сварного шва кромку
разделывают с двух сторон, а при толщинах более 30 мм — с одной
йод электрошлаковую сварку. Разделанные кромки должны быть
зачищены до металлического блеска, включая поверхности на длине
15—20 мм от края. Для предотвращения подкаливания и образования
мелких трещин кромку перед сваркой необходимо нагревать в зави-
симости от класса стали:
Класс стали Температура
нагрева, °C
Низколегированная............................. 150-300
Высоколегированная . 300-500
После получения подварочного шва необходимо удалить его корень
(окислы, шлаки) и только затем сваривать основной шов. При-
меняются следующие режимы сварки: многослойная автоматическая
(210-1100 А, 30-42 В); однослойная электрошлаковая (500-720 А,
30-40 В).
После сварки обечайку калибруют, т. е. придают ей правильную
цилиндрическую форму. При калибровке торцы обечайки можно рас-
катать (увеличить диаметр) или осадить (уменьшить диаметр) Калиб-
ровку совмещают с термообработкой — нормализацией, обечайка долж-
на остывать в вертикальном положении во избежание овализации.
После калибровки отклонения формы должны быть не более
Пср < (1,2-г 1,4)РН; в С + 0,45 %.
51
До приварки днища и фланца необходимо устранить возможный
перекос торца, который допускается не более 0,5 мм/м. Длина обе-
чайки может иметь отклонения: верхнее 10 и нижнее 5 мм.
Корпуса парогенераторов ядерных энергетических установок (ЯЭУ)
и ответственных теплообменников должны иметь высокую коррозион-
ную стойкость. С этой целью сосуды с внутренней пароводяной стороны
покрывают защитным антикоррозионным слоем. Обычно это наплавка
стали аустенитного класса типа 08Х18Н10Т. Известно, что титан и его
сплавы обладают высокой коррозионной стойкостью на воздухе и в
чистой воде. Скорость сплошной коррозии в этих средах при темпера-
туре до 400 °C равна /7 = 2,5 • 10-4 мм/год. При такой коррозионной
стойкости титан с успехом может быть использован в реакторостроении
как плакирующий материал •
Промышленность выпускает двухслойный листовой прокат толщи-
ной 4-160 мм с толщиной плакирующего слоя до 20 % суммарной тол-
щины проката (ГОСТ 10885-75). Несущий слой представляет собой
стали марок Ст. 3, 10, 20К, 12МХ, 16ГС, 10ХНСД и др. В качестве пла-
кирующего металла применяют сталь 0Х18НЮТ и титановые сплавы
Не рассматривая все преимущества применения двухслойного
металла, следует отметить, что стоимость его на 28 -40% ниже, чем
стоимость сталей аустенитного класса. Использовать двухслойный
металл допустимо при температурах до 400 °C. При более высоких тем-
пературах возможно отслаивание плакирующего слоя, так как слои
имеют различные коэффициенты температурного расширения и модули
упругости.
Изготовление корпусов парогенераторов из титановых сплавов свя-
зано с высокой стоимостью листового проката. Принимая во внимание
систематическое снижение себестоимости металла (благодаря усовер-
шенствованию технологии получения), изготовление титановых корпу-
сов, по-видимому, перспективно. Особенности технологии изготовления
корпусов из тагановых сплавов следующие. После газовой или газо-
электрической резки кромки следует механически обработать для
удаления газонасыщенного (альфированного) слоя, Шероховатость
кромок после разделки должна быть Ra < 2,5 мкм.
Сварку необходимо производить в вакууме или в среде аргона
марок А, Б (для крупных изделий) сварочной проволокой высокого
качества (О2 < 0,05 %; N2 < 0,02 %; Н2 < 0,007 %).
Термообработка после сварки ведется при температуре до 300 С
3.3.2. Изготовление днищ и крышек
Днища для коллекторов парогенераторов и корпусов различных
теплообменных аппаратов могут иметь полусферическую, эллипти-
ческую, плоскую, тарельчатую или торовую форму, что зависит от кон-
струкции сосуда и его рабочих параметров. Размеры полусферических
и эллиптических днищ должны соответствовать ГОСТ 6533 -78, размеры
днища других типов не стандартизованы.
52
В конструкциях коллекторов применяют днища глухие и с лазовым
отверстием овальной формы размером 400 х 300 мм. Лазовые отверстия
у днищ толщиной до 50 мм получают прошивкой при штамповке и ук-
репляют отбортовкой внутрь коллектора В днищах больших толщин
их вырезают газом, а затем обрабатывают механически.
Днища изготовляют различными способами в зависимости от фор-
мы, размеров и толщины Заготовками для днищ служат плоские диски
из листового проката или поковки.
Котельная сталь любой марки обладает пластичностью, допускающей
штамповку днищ в холодном состоянии (без нагрева), если толщина
металла не превышает 8 мм, а мощность гидравлического пресса обеспе-
чивает расчетное усилие штамповки. Днища для коллекторов и теплооб-
менных аппаратов, как правило, штампуют в горячем состоянии. Днища
протяжкой штампуют с одного нагрева за один двойной ход гидравли-
ческого пресса Нагретая заготовка должна поступать на пресс как можно
быстрее во избежание ее остывания, желательно по рольгангу
Нагретая заготовка должна быть тщательно очищена от окалины
для уменьшения износа матрицы и предотвращения образования „ря-
бой” поверхности штамповки.
Дниша условно деляг на тонкостенные 1005/Dj < 1,2 и толстостен-
ные 1005/Dj > 1,2 (5 — толшина днища, 1). — диаметр заютовки)
Штамповка юнкошенпых днищ, особенно из высоколегированных
сгалей и титановых сплавов, сопряжена с большими трудностями, так
как по борту днища образуются гофры, выпучины и другие дефекты,
возникающие в результате действия тангенциальных сжимающих на
пряжении С целью предотвращения складкообразования тонкостенные
днища из углеродистых сталей рекомендуется штамповать с прижимным
кольцом. При штамповке днищ из высоколегированных сталей и ти-
тановых сплавов прижимное кольцо используется для днищ толщиной
5 < 0,017£>3.
Холодную штамповку днища из металла толщиной до 8 мм осуще-
ствляют обычно с прижимным кольцом.
При штамповке днищ переменной толщины во избежание образо-
вания трещин и надрывов в местах выхода ликвационной зоны (со сто-
роны обработанного контура) профильная сторона заготовки должна
быть обращена к пуасону, т. е. в сторону сжатия волокон.
Чтобы повысить качество штамповок, предотвратить задиры и
уменьшать трение, рекомендуется применять различные смазки При
холодной штамповке это свинцовые белила, разбавленные льняным мас-
лом до консистенции машинного масла, при горячей — мазут или смесь
мазута с графитом, смесь жидкого стекла (1000 см3) с молотым таль-
ком (600- 650 г), суспензия из графита (30 %) и насыщенного раствора
технически чистого хлористого кальция в воде (70 %)
Кольцевые матрицы изготовляют литьем из сталей 35Л, У10,5ХГМ,
5ХНВ и из чугуна СЧ32-52. Пуансоны делают из чугуна СЧ18-36 или
из стали 35Л. Для облегчения съема днища с пуансона диаметр последне-
го в верхней части должен быть больше расчетного на 1,5-2 мм
53
Днища можно изготовлять также гидровзрывным методом, основан-
ном на использовании образующейся ударной волны при детонации
взрывчатого вещества. Под воздействием ударной волны металлическая
заготовка приобретает необходимую форму. Штамповка осуществляется
в сосуде с водой, в которой при взрыве образуется газовый пузырь,
расширяющийся со скоростью детонации 5000—7000 м/с.
После штамповки отрезают припуск на карусельном станке или спе-
циальном приспособлении
Когда штамповка днищ не совмещена с термической обработкой,
днища перед механической обработкой подвергают нормализации. Нагре-
вают днища в камерных печах с выдвижным подом. Для предотвраще-
ния потери устойчивости формы (главным образом бортов) днища
устанавливают на под сферой вверх на бабурках высотой 200—300 мм.
Режим нагрева выбирают в зависимости от марки стали. Продолжитель-
ность выдержки должна составлять не менее 1 мин на 1 мм толщины
днища.
В механическую обработку днищ входят подрезка торца в размер,
обработка фаски под сварку и подрезка борта лазового отверстия по
высоте.
Плоские днища и крышки изготовляют из поковок. Корка осу-
ществляется в нагретом состоянии при температуре 1150—1200 С.
После каждого выноса обработку заканчивают при температуре не
ниже 700 °C.
Кованные днища и крышки должны иметь припуски и допускаемые
отклонения на номинальные размеры поковок, которые назнача-
ют в зависимости от номинальных размеров детали в соответствии
с ГОСТ 7062-79.
Окончательная обработка кованого днища производится на кару-
сельном или крупном токарном станке. Режимы резания выбирают в
зависимости от свойств материала поковки и режущего инструмента.
Днища после термической и механической обработки тщательно
осматривают и обмеряют. На днище не допускаются выпучины, забоины,
глубокие риски и утонение металла, выходящие за установленные пре-
делы. На цилиндрической части допускают продольные риски глубиной
не более 1 мм При наличии трещин, надрывов, расслоений и других
дефектов днища бракуют В исключительных случаях до термообработ-
ки отдельные дефекты можно исправить. При искажении формы днища
разрешена горячая правка с последующей термообработкой.
На основе обобщенных данных установлены допускаемые отклоне-
ния на размеры штампованных днищ диаметром 500—3000 мм после
механической обработки: по наружному диаметру нормальная точ-
ность + 0,45 %, повышенная — + 0,20 %; относительная овальность
в = 0,4 %.
Кованые днища подвергают полной механической обработке, поэто-
му допуски на них более жесткие. Отклонения на диаметры кованых
днищ не должны превышать + 1 мм, а на размеры лазовых отверстий
± 0,5 мм.
54
3.3.3. Изготовление торовых камер
В некоторых конструкциях парогенераторов, особенно ядерных
установок, предусмотрены распределители теплоносителя торовой фор-
мы — торовые камеры с внешним диаметром более 400 мм, цилиндри-
ческим сечением 80-120 мм и толщиной стенки 8-12 мм. Торовые
камеры изготовляют из низкоуглеродистых, аустенитных сталей и тита-
новых сплавов. Существуют два способа изготовления камер: из двух
трубных полуколец и из двух штампованных полуторов.
При изготовлении кольцевой камеры из труб гибка каждого элемен-
та производится в холодном состоянии, иногда в горячем. Гнутые эле-
менты после калибровки торцов, термической обработки и очистки от
окалины подвергают механической обработке, т. е. разделывают торцы
под сварку ,з ус”. Кольцевые камеры имеют большое количество при-
варных элементов (штуцера, патрубки), поэтому после приварки камеры
повторно подвергают термической обработке (отпуск).
Штамповку полуторов производят обычным или импульсным спо-
собом. Штампованные заготовки после термообработки и очистки
обрабатывают под сварку по горизонтальному разъему на карусельном
или токарном станке любого типа.
К торовым камерам предъявляют высокие требования. Сварные швы
не должны иметь с внутренней стороны шлаковых включений, непрова-
ров, затекания металла и других дефектов. Каждая камера в зависи-
мости от назначения и рабочих параметров после сварки и термообра-
ботки подвергается гидравлическому испытанию, рентгенографированию
и другим видам контроля (ультразвуковая дефектоскопия, люми-
несцентный и др,). Во внутренней полости камеры не допускаются
окалины, шлаки и другие виды загрязнений. Отверстия под штуцера
сверлят по разметке после термообработки, поэтому после испытаний
и сверления отверстий камеру промывают и продувают.
3.3.4. Изготовление трубных решеток
Наиболее специфичным элементом судового теплообменного обору-
дования являются трубные решетки. Конструктивно они могут быть
плоскими, а также в виде коллекторов круглого или камер квадратного
сечения, цилиндрической, полуторовой или торовой формы.
Независимо от конструктивного оформления трубные решетки в
основном предназначены для размещения теплообменных труб в труб-
ном пучке, организации движения теплоносителя и разделения двух или
более теплоносителей в теплообменном оборудовании бесконтактного
теплообмена. С этой целью в трубных решетках выполняют многочислен-
ные (до нескольких тысяч в одной решетке) отверстия для размещения
и последующего закрепления теплообменных труб. В коллекторах и ка-
мерах судовых парогенераторов делают отверстия диаметром 20—57,
в плоских трубных решетках 6—38 мм. Толщина трубных решеток из-
меняется также в широких пределах - от 16 мм и более, что определя-
ется рабочими параметрами теплоносителей.
55
Технический процесс изготовления плоских трубных решеток
заключается в механической обработке круглой заготовки, которую
получают из листового проката газовой резкой, штамповкой, а при
больших толщинах из поковок.
Основной объем механической обработки трубных решеток разной
конфигурации и назначения приходится на обработку отверстий под
теплообменные трубы. Трубные отверстия в зависимости от способа
соединения трубы с трубной решеткой могут быть гладкими, с канавкой
и конусом.
Допуск на диаметр отверстий в трубной решетке соответствует
7—11-му квалитетам и определяется назначением теплообменного обо-
рудования, материалом и качеством применяемых теплообменных труб.
Шероховатость поверхности отверстий определяется способом крепления
труб и может изменяться от Rz =40 мкм до Ra = 2,5 мкм.
В котельном производстве отверстия в трубных решетках коллекто-
ров сверлят на радиально-сверлильных станках, в плоских трубных ре-
шетках теплообменных аппаратов — на многошпиндельных станках.
Днстанционирующие решетки или перегородки теплообменных
аппаратов сверлят пакетами толщиной до 100 мм, для чего их прихва-
тывают ручной электросваркой или зажимают струбциной. В трубных
решетках коллекторов отверстия сверлят по кондукторам с разметкой
только продольных осей трубных рядов и центров концевых отверстий.
Остальные отверстия в коллекторах выполняют только по разметке. При
серийном производстве коллектор для разметки укладывают в ролико-
вые приспособления, которые расположены йа разметочных плитах.
Обработку отверстий на радиально-сверлильных станках выполняют
по кондуктору, а на многошпиндельных - без кондуктора. В последние
годы вводятся в эксплуатацию многошпиндельные станки с числовым
программным управлением.
Установка коллектора под сверление на радиально-сверлильном
станке показана на рис. 3.9,а. Коллектор устанавливают Hg роликовые
опоры и закрепляют в определенном положении с помощью хомутов
и цепных тяг с талрепами. Так как все отверстия в трубрых решетках
направлены строго по радиусу к центру коллектора, то после сверленця
каждого ряда отверстий коллектор поворачивают на роликах на некото-
рый угол и вновь закрепляют для сверления следующего ряда
Кондуктор (рис. 3.9, б) обеспечивает не только повышение произ-
водительности, но и получение отверстий правильной формы с заданным
шагом и в пределах установленного допуска. Кондуктор 1 представляет
собой достаточно жесткую стальную полосу 4, в отверстия которой
вставлены закаленные до твердости HRC 55-60 и отшлифованные
стальные втулки 3, расположенные в соответствии с шагом отверстий
в определенном ряду трубной решетки. На концах кондуктора имеются
отверстия 2 для штырей-фиксаторов, позволяющих зафиксировать кон- j
дуктор в определенном положении. Кондуктор устанавливают на поверх- |
ность трубной рещетки вдоль оси коллектора и фиксируют по концевым ’
отверстиям ряда, предварительно просверленным по разметке.
56
"> G
Рис. 3.9 Сверление трубной решетки
коллектора, а - установка кондукто-
ра, б - устройство кондуктора
Коллектор закрепляют в планшайбе специального приспособления,
с помощью которого коллектор поворачивается в процессе сверления
на определенный угол.
После сверления производят зенкерование отверстий, на которое
оставляют диаметральный припуск 1,5 мм для отверстий диаметром
до 30 мм и 3 мм для отверстий диаметром до 50 мм.
Режимы сверления и зенкерования трубных отверстий в стальных
трубных решетках диаметром до 50 мм следующие: скорость 0,3—0,4
и 0,16-0,20 м/с, подача 0,15-0,5 и 0,7-0,9 мм/об соответственно.
Выполнение отверстий в плоских трубных решетках практически не
отличается от описанного выше.
Сверление и зенкерование необходимо осуществлять при обильной
подаче смазочно-охлаждающей жидкости. После проверки ОТК диа-
метров трубных отверстий, косых и продольных мостиков, а также
расстояний между крайними отверстиями трубную решетку передают
на участок узловой или общей сборки теплообменного оборудования.
3.4. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ТРУБНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
Трубные элементы судовых парогенераторов и теплообменных
аппаратов являются наиболее ответственными, так как определяют
ресурс объекта и склонность его к отказам
Трубные элементы представляют собой тонкостенные бесшовные
цилиндрические прямые или гнутые оболочки. При эксплуатации они
подвержены внутреннему давлению, воздействию высоких температур
и различным вибрационным и циклическим нагрузкам.
Трубные элементы судовых парогенераторов и теплообменных
аппаратов изготовляют из бесшовного стального трубного проката,
медно-никелевых и титановых сплавов.
Так, для труб парогенераторов используют стали 10, 20, 15ХМ,
12Х1МФ, 08Х12Н10Т, для труб теплообменных аппаратов - сталь 10а
сплавы МНЖ 5-1, МНЖМц30-1-1.
В современных парогенераторах применяют, как правило, изогну-
тые трубы. Изгибы испарительных труб играют роль тепловых
Рис 3,10. Напряженное состояние трубы
компенсаторов, поглощаю-
щих температурные расшире-
ния. Трубы петлевых пароге-
нераторов и экономайзеров
могут иметь форму плоского
змеевика для перехода пара
в другую полость коллектора.
Трубы конденсаторов турбин
и большинства теплообмен-
ных аппаратов делают прямы-
ми и с незначительными про-
гибами (менее 0,5 мм/м) для
компенсации тепловых рас-
ширений. Трубы прямоточных
парогенераторов имеют сложную конфигурацию с погибами в нескольких
плоскостях. Поверхности нагрева некоторых утилизационных котлов
выполняют в виде однозаходных и многозаходных плоских змеевиков,
а парогенераторов СЯУ - многозаходными спиральными цилиндри-
ческими.
Размеры и конфигурация плоских простых змеевиков регламенти-
руются отраслевыми нормативными документами.
В тех случаях когда развернутая длина трубного элемента больше
12 м, его изготовляют из сварных плетей.
При гибке трубы (рис. 3.10) на внешней части погиба возникают рас-
тягивающие напряжения, а на внутренней — сжимающие. Эти напряжения
вызывают утонение стенки на наружной и утолщение на его внутренней
части, а^акже образование овальной формы поперечного сечения.
Так как толщина труб незначительна (до 3 мм), то утонение должно
быть учтено при расчете на прочность. Котельные бесшовные трубы мо-
гут иметь толщину стенки s ± 10 %. Допустимое утонение стенки трубы
As не должно превышать:
RldH.....................2,5 3 5
Дл, %.....................18 15 10
Гнутые части труб работают в наиболее тяжелых условиях, так как
испытывают напряжения от внутреннего давления и изгибающие, возни-
кающие в результате отклонения сечения от круглой формы.
3.4.1. Подготовка труб к гибке
Стальные бесшовные трубы для поверхностей иагрева судовых паро-
генераторов и теплообменных аппаратов поставляют в термообработан-
ном виде. Каждая труба диаметром до 60 мм на одном конце имеет
сплющенный участок (технологическую пробу), который удаляют
механическим способом. Для предохранения от коррозии поверхности
труб покрывают защитной смазкой (лаком). В некоторых случаях
58
трубы поставляют даже с заглушками для предотвращения попадания
влаги и грязи. Расконсервацию труб осуществляют чаще всего хими-
ческим способом. Для этой цели используют щелочные растворы и мою-
щие препараты МЛ2, МЛ51, МЛ52 и др.
Моющие препараты типа МЛ представляют собой композиции,
состоящие из поверхностно-активных веществ (кальцинированная
сода, силикат натрия), смачивателя (сульфонол НП5, препарат ДБ) и
эмульгатора (сульфонол НП1). Кальцинированная сода в совокупности
с силикатом натрия создает оптимальную щелочность моющего раствора
Расконсервация производится в специальной ванне, в которую
загружают партию труб (30—60 шт.). Ванну заполняют горячей водой
(50-90 °C), содержащей от 1 до 2,5 % моющего препарата. Процесс
расконсервации протекает в течение 30—40 мин и зависит от переме-
шивания рабочего раствора с помощью циркуляционного насоса или
барботажа паром. Трубы, отмытые препаратом МЛ2, промывают чистой
горячей водой (50-60 °C) , в которую добавляют 0,1 % хромпика, обла-
дающего пассивирующими свойствами. При использовании моющих
препаратов МЛ51 и МЛ52 промывать трубы не требуется.
Препараты типа МЛ обеспечивают высокое качество расконсервации
труб и безопасны в работе. Производительность химического способа
расконсервации труб в 5—8 раз выше, чем механической очистки, ка-
чество которой проверяют визуальным осмотром или с помощью прибо-
ра типа РВП.
Резку труб производят по упору, который устанавливают на расчет-
ную длину заготовки. Длину заготовки трубы определяют по плазовому
гибочному шаблону или расчетным методом по чертежу. Длину прямого
участка принимают по чертежу, а гнутых участков определяют по
формуле
L = 0,01745аЯг ,
где а - угол прогиба; Rt - радиус гибки.
К расчетной длине заготовки прибавляется технологический припуск,
учитывающий отклонения при сборке парогенератора и удаляемый под-
резкой в размер колокольчика после установки трубы.
3.4.2. Особенности холодной гибки труб теплообменных аппаратов
Минимальный радиус гибки зависит от условий гибки, механических
свойств материала трубы и отношения толщины стенки к диаметру.
С уменьшением радиуса гибки увеличивается относительная овальность
трубы в: при Rt > 3dH в С 5 % при 7?г < 3<7Н в С 7 %. Минимальный
радиус гибки устанавливают с учетом того, что утонение стенки трубы
на внешней стороне гиба не должно превышать 18 %. На основании опыт-
ных данных, при которых получены допустимые значения овальности и
утонения стенки трубы,установлено, что при холодной гибке 7?min > 2<7Н •
Минимальный радиус гибки трубы можно получить расчетным путем по
формуле
59
^min '’min du ,
iде rmin - минимальный относительный радиус гибки трубы.
При гибке котельных труб диаметром до 50 мм без дорна rmin =
= 9,25 л/О,3-х/с7н.
При холодной гибке труб надо учитывать упругие деформации.
Остаточный радиус погиба трубы определяют опытным путем, так как
он зависит от механических свойств материалов, толщины стенки и дру-
гих факторов. Так, например, при гибке на 90 угол пружинения состав-
ляет 4,5-5° для труб из стали 12ХМФ и 0Х18Н10Т и 3° для труб из
стали 10
Гибка труб на полуавтоматическом станке отличается высокой
производительностью (до 90 гибов в час) и высоким качеством гибов.
При = 2<7Н относительная овальность не превышает 2,5 %, а утонение
стенки составляет 3-4 %. Малое утонение стенки и умеренная относи-
тельная овальность обеспечиваются тем, что в процессе гибки труба
подталкивается ползуном и штоком со стороны торца.
При крупносерийном производстве парогенераторов и теплообмен-
ных аппаратов целесообразно использовать трубогибочные станки,
работающие по заданной программе. Трубогибочный станок СТГП-2
работает по принципу наматывания и обеспечивает гибку труб диамет-
ром до 89 мм. Управление станком производится с пульта, а сам процесс
гибки контролируется по перфокарте, на которой записана программа.
После гибки (при остаточных деформациях до 20 %) трубы можно
термически не обрабатывать. Исключение составляют трубы из сталей
аустенитного класса, склонные к наклепу, отрицательно влияющему на
ресурс трубного элемента.
Наклеп надо снимать аустенизацией по жесткому режиму. В резуль-
тате металл должен иметь определенный размер зерна (в пределах
4-6 баллов). Регламентированный размер зерна можно получить тер-
мической обработкой в специальной печи с однородным тепловым полем
по ширине и стабильным по времени. Так как такой режим создать
трудно, то диапазон размера зерна следует расширить до 3-7 баллов.
Такое зерно можно получить при температуре 1200—1220 °C и выдержке
до 10 мин. Приведенный режим выгодно отличается от обычно реко-
мендуемых, при которых температура аустенизации 1100-1150 °C
не обеспечивает получения нужного размера зерна.
Каждая согнутая труба подвергается контролю:
— стальным шаром для проверки поперечного сечения, т. е. обра-
зовавшейся овальности; диаметр шара <7Ш = 0,85 <7В (<7 в - внутренний
диаметр трубы);
- на плите по плазовому шаблону с целью проверки конфигурации
и отклонений радиусов погибов: между трубой и плитой допускаются
местные просветы, не превышающие 1,5 мм;
- визуальным осмотром для выявления поверхностных дефектов
(язвины, трещины и т. п.).
60
Допуск на номинальный размер радиуса гиба не должен превышать
+ 2 мм для труб диаметром до 32 мм, ± 3 мм для труб диаметром До
57 мм. Допуск на угол гиба с учетом пружинения для стальных труб
должен быть не более ± 2°.
После гибки котельные трубы и трубы теплообменных аппа-
ратов обязательно подвергают гидравлическому испытанию согласно
ГОСТ 22161-76: для труб, работающих под давлением до 3,9 МПа,
пробное давление, МПа составляет О^птт/б7н; свыше 3,9 МПа-
1,2ат s/dn (пт - предел текучести материала трубы).
3.4.3. Изготовление плоских и цилиндрических змеевиков
Плоские спиральные змеевики гнут из заготовки, состоящей из
нескольких труб, сваренных между собой стыковой сваркой. Гибку
производят навивкой трубы 1 на диск 2 (рис. 3.11). Заданное расстоя-
ние t между трубами змеевика обеспечивается мерными металлически-
ми прокладками 3. Взаимное расположение плоских спиральных змее-
виков в судовых парогенераторах и присоединение их к камерам (кол-
лекторам) допускают изготовление змеевиков по 14-му квалитету
точности. Большие отклонения по диаметру, шагу витков и радиусам
гибки не влияют на процессы сборки и монтажа и не имеют значения в
процессе эксплуатации.
Конструкция цилиндрических змеевиков определяется их назначе-
нием и может быть однозаходной и многозаходной. Точность изготов-
ления змеевиков зависит от их конструкции и типа теплообменного
аппарата. Допускаемые отклоненения, мм, при изготовлении змеевиков
приведены ниже:
Наружный Шаг распяло-
диаметр женил труб
змеевика
Плоский спиральный............................... ±10 ±4
Цилиндрический:
для подогревателей................................. ±5 ±3
для парогенераторов........................ ±3 +1
Цилиндрические змеевики изготовляют чаще всего навивкой трубы
на барабан-оправку 4 (рис. 3.12), закрепленную в планшайбе 2 крупно-
габаритного станка 1. Навивку начинают с того, что головной конец
плети 3 вставляют в Паз фиксирующего кольца оправки. Труба По-
дается по направляющим роликам 6, установленным на суппорте 5.
Навивка производится по винтовой линии путем пластического изгиба
трубы с некоторым растягивающим усилением, которое необходимо
Для плотного прилегания трубы к оправке. Это усилие контролируют
динамометром, установленным на суппорте. Процесс навивки совер-
шается со скоростью 0,07-0,2 м/с. Заданный шаг витков обеспечивается
продольным перемещением суппорта.
61
Рис 3 11 Навивка плоского спирального
змеевика
Рис. 3.12 Навивка цилиндри-
ческого змеевика
Применение динамометров обязательно при навивке многорядных
змеевиков для обеспечения одинакового натяга каждой плети. Первый
змеевик навивают на обечайку, надетую на оправку, а последующие -
друг на друга по возрастающему диаметру с использованием прокладок
Перед навивкой змеевика на оправку надевают кожух — тонкую обечай-
ку - или устанавливают съемные дистанционирующие планки, предот-
вращающие образование задиров при съеме змеевика после навивки.
В некоторых случаях пользуются разжимными оправками.
После изготовления и снятия змеевика с оправки происходит его
упругое разгибание. Для того чтобы диаметр змеевика после изготовле-
ния был равен расчетному, навивку надо производить на оправку, диа-
метр которой выбран с учетом упругого разгибания змеевика 1
Уп^гое разгибание можно предотвратить, сняв внутренние напря-
жения в змеевике термической обработкой. Термофиксацию геомет-
рических размеров производят в специальной оснастке — кожухе Оп-
равку вынимают из змеевика после установки его в кожух и снятия
штатных прижимов. Режимы термофиксации для различных материалов
приведены ниже:
Температу- Выдержка,
ра нагрева, мин
Углеродистая сталь ... . ... 660 150
Нержавеющая сталь ....................... 940 75
Титановые сплавы . 700 120
Охлаждение змеевика после термообработки осуществляется на
воздухе.
Контроль сварного соединения производится внешним осмотром,
рентгенографированием и гидравлическим испытанием До гидравли-
ческого испытания сварные соединения змеевиков подвер! ают термо-
обработке на длине 100—200 мм от стыка в электропечах или хазовыми
62
горелками. Температуру при нагреве газовыми горелками контро-
лируют оптическим пирометром, а при нагреве в печах — термо-
парой.
Проходное сечение змеевика проверяют, прокатывая шар диаметром
0,8 с/в. Гидравлические испытания сварных змеевиков и труб с привар-
ными элементами производят пробным давлением по ГОСТ 22161—76.
Наиболее совершенный способ изготовления змеевиков — гибка с
нагревом токами высокой частоты, позволяющая изготовить змеевики
с Яг < 2^н без сварного стыка в месте изгиба. При такой гибке по-
перечное сечение искажается в меньшей степени, так как нагреву под-
вергается узкий кольцевой участок трубы. При локальном нагреве ка-
сательные напряжения, возникающие в зоне нагретого металла, настолько
малы, что не вызывают остаточных деформаций на смежных холодных
участках. При гибке труб с нагревом ТВЧ относительная овальность
в <3,5 -^4,0 %. Процесс гибки сопровождается утонением стенки трубы
с наружной стороны и увеличением толщины внутренней стенки соот-
ветственно на 9—19 и 50—65 %.
При нагреве до 750 °C у сталей происходит провал пластичности,
а при перегреве возможны окисление зерен, обезуглероживание и ин-
тенсивное окалинообразование, поэтому очень важно соблюдать темпе-
ратурный режим. Контролировать температуру можно оптическим или
фотоэлектрическим прибором, а регулировать по точке Кюри. Высокое
качество гибов можно получить, если режим термообработки выбирать
применительно к классу стали.
Гибка труб с нагревом ТВЧ основана на передаче кольцевым индук-
тором электромагнитной энергии токов высокой частоты от питающего
генератора через высокочастотный трансформатор к металлу трубы.
Процесс станочной гибки с нагревом ТВЧ заключается в следующем.
Труба (рис. 3.13), зажатая одним концом в подвижной каретке 1, про-
ходит между двумя направляющими роликами 2 и через кольцевой
индуктор 3. При перемещении трубы в продольном направлении под
действием силы Рх и перемещении нажимного ролика 4 возникает сила
Р2, изгибающая трубу в нагретом состоянии. Первоначально нажимной
ролик 4 имеет поперечную подачу, которая прекращается, когда он
переместится в крайнее положение. Дальнейшая гибка трубы произво-
дится только при продольной подаче.
Рис 3 13 Гибка труб с нагревом ТВЧ
63
Скорости продольной Р(1р и поперечной гпоп подач могут
изменяться в широком диапазоне vnp=(l-10) 10-3 м/с. 1’Поп =
= (0,5-5) 10"3 м/с
Гибка труб с использованием льда обеспечивает получение качест-
венных гибов с относительной овальностью до 2 % Метод можно при-
менять при гибке на трубогибочных станках тонкостенных труб
(<tfH/rfB < JJ). труб с внутренними шлицами и трубных элементов
типа ,.труба в трубе” Охлаждение труб не требует большой затраты
времени (не более 20 мин) и сложной оснастки Рекомендуется ох-
лаждать стальные трубы до —10 С, алюминиевые до—5 С
34.4. Изготовление газоплотных панелей
В настоящее время для более полного использования тепловой
энергии от сгорания топлива большинство стационарных котлов имеют
топки, оборудованные газоплотными панелями В судовых парогене-
раторах наиболее подходящими для применения газоплотных экранов
являются шахтные топки Все стены, включая под, могут быть
экранированы плавниковыми трубами (рис 3.14), размеры которых
dxb
---- приведены ниже
Тип л
38 х 5 40 x5 42 х ‘
55 ’ 60 ’ 63
Тип В
32 х 5 , 32 х 4,5 32 х 6 38 х 4 40 x5 42 х 5 50x5
70 ’ 70 ’ 60 ’ 60 ’ 70 ’ 72 ' 68
Изготовление газоплотных панелей начинают с разрезки плавнико-
вых труб на заготовки необходимой длины. С двух сторон трубы на
расстоянии 50—100 мм удаляют плавники для последующей приварки
труб к водяному и пароводяному коллекторам. Места отрубки плав-
ников зачищают механическим способом заподлицо с наружной поверх-
ностью трубы
Рис 3.14 Поперечное сечение плавниковых труб а-тип Л, б-тип В
64
Кривизна подготовленных для узловой сборки плавниковых труб
должна быть не более 1 мм/м и не должна превышать 0,1 % общей длины
трубы. Если прогиб труб превышает указанные значения, а в плоскости
плавников — 1,5 мм/м, то необходимо провести правку Разрешается
применять общий или местный (с помощью газовых горелок) нагрев
до 750—780 С Температуру контролируют пирометром, термокаранда-
шом или термощупом
После зачистки плавников с двух сторон до металлического блеска
трубы размещают в специальном приспособлении, представляющим
собой набор гребенок с винтовыми прижимами В это приспособление
укладывают две трубы, выдерживая расстояние ± 0,5 мм, и после прих-
ватки сваривают трубы электродуговой сваркой. Для обеспечения
заданного размера трубы подгоняют путем дополнительной обработки
плавников Аналогичным образом сваривают попарно требуемое для
получения панелей количество плавниковых труб В случае необходи-
мости панели правят на кузнечном прессе, используя специальные под-
кладки Контроль осуществляют по шаблону. После этого из панелей
собирают газоплотный экран, укладывая погнутые панели в специальное
приспособление и соблюдая межосевое расстояние между панелями
d = ± 0,5 мм
Плавниковые трубы, собранные в экран, прокатываются шарами
диаметром <7Т = 0,85</в и подвергаются гидравлическим испытаниям
на прочность давления, превышающим в 1,2 раза рабочее После этого
трубы отрезают в размер, обрабатывают фаски под сварку со штуцерами
коллекторов, концы труб заглушают полиэтиленовыми пробками,
наружную поверхность консервируют лаком БТ-577 по ГОСТ 5631-79
Изготовленная газоплотная панель поступает на общую сборку котла.
3.5. Крепление труб в трубных решетках
Операция крепления труб является одной из наиболее ответствен-
ных и трудоемких и составляет до 40 % трудоемкости сборочных работ
В эксплуатируемых судовых паротурбинных установках на орга-
ническом топливе температура перегретого пара составляет 515 °C при
давлении 9 МПа, а в установках на ядерном горючем — 300—500 С при
давлении 3 7 МПа Такие параметры определяют высокую напряжен-
ность конст р\ ктивных элементов
Отличительной особенностью судового теплообменного оборудо-
вания является применение труб малых диаметров с толщиной стенки
0,7-3 мм Трубные решетки имеют большую толщину, достигающую
200 мм, в теплообменниках применяют двойные и тройные трубные
решетки для предотвращения смешивания теплоносителей при нару-
шениях герметичности между полостями с теплообменивающимися
средами
Трубы судовых теплообменников изготовляют из сталей, сплавов ме-
ди с цинком и никелем, высокопрочных титановых сплавов (табл 3 2)
3 Зак.2165 65
Таблица 3.2. Характеристики материалов труб и условия их применения
Материал Марка Рабочая среда Максималь- ные пара- метры рабо- чей среды
Ско- рость, Тем- пера- тура,
Сплав „Куниаль БС” МНАЖМц 6-1, 5-1-1 Морская вода 4 350
Медно-никелевый сплав МНЖ5-1 То же 2 350
Мельхиор МНЖМц 30-1-1 3 350
Сплавы IM, 7М — 350
Латунь Л68 Пар-конденсат, пар-масло 1,8 250
Медь МЗр Пар-воздух, морская вода, пресная вода 0,9 250
Сталь коррозионно- стойкая Х18Н10, 12Х18Н10Т, 08Х18Н12Т Пар-коиденсат, пар-масло, пар- воздух, перегретый пар-в ода 610
Сталь углеродистая 10, 20, 20П, 20ПВ, 20ВД Жидкое топливо - пар, жидкое топли- во - конденсат, вода - пар 500
С целью экономии дорогостоящих материалов в некоторых случаях
исполЛзуют двухслойные трубные решетки, в которых углеродистую
сталь плакируют листом из коррозионно-стойкого материала. Обычно
в судовых теплообменных аппаратах трубную решетку, изготовленную
из углеродистой стали, облицовывают со стороны морской воды (пла-
кируют) латунным листом.- Несущий основной слой обеспечивает
прочность конструкции, а плакирующий — защиту от коррозии.
На основе анализа специфических условий эксплуатации судового
теплообменного оборудования могут быть определены основные ка-
чественные показатели, которым должны соответствовать соединения
труб с трубными решетками, коллекторами и барабанами.
— герметичность — способность обеспечивать отсутствие протечек
между полостями с теплообменивающимися средами,
— прочность — способность обеспечивать конструктивную непод-
вижность сопряженных элементов соединения;
— вибростойкость — способность противостоять циклически изме-
няющимся осевым, радиальным и тангенциальным нагрузкам;
- релаксационная стойкость - способность сохранять контактные
давления между сопряженными элементами соединения,
— термоциклическая стойкость — способность противостоять пере-
менным тепловым нагрузкам;
66
Рис 3 15 Способы изготовления соединения трубы с трубной решеткой судово
го теплообменного оборудования
— коррозионная стойкость — способность противостоять химическо-
му и электрохимическому воздействию среды,
— эрозионная стойкость — способность противостоять поверхностно-
му разрушению в результате механического воздействия теплоносителя.
Очевидно, что в зависимости от типа судового теплообменного обо-
рудования, конкретных условий эксплуатации в составе того или иного
флота указанные функциональные параметры соединений труб с труб-
ными решетками должны иметь конкретные значения, а также могут
быть дополнены еще рядом необходимых параметров.
В настоящее время судовое теплообменное оборудование изготов-
ляют предприятия разных отраслей, в силу чего технология изготовления
различна и определяется технологической традицией и возможностью
конкретного предприятия.
Для закрепления труб в трубных решетках на заводах судострои-
тельной отрасли применяют разнообразные способы (рис. 3.15), в ко-
торых можно выделить две группы, деформационные и сваркой плав-
лением.
3.5.1 ДЕФОРМАЦИОННЫЕ СПОСОБЫ КРЕПЛЕНИЯ
Процесс деформационного закрепления трубы в трубной решетке
заключается в образовании натяга между наружной поверхностью трубы
и поверхностью отверстия трубной решетки (рис. 3 16)
67
Рис. 3.16. Схема дефор-
мационного изготовле-
ния соединения трубы
с трубной решеткой
В исходном1 Положении 0 наружная поверх-
ность трубы диаметром dH отстоит от поверх-
ности отверстия диаметром do трубной решетки
на начальный технологический зазор До- Этот
зазор необходим для взаимозаменяемой сборки
соединения. Геометрические размеры зазора
определяются технологическими отклонениями
наружного диаметра трубы и диаметра отверстия
трубной решетки в пределах допуска.
После установки трубы в отверстие трубной
решетки к поверхности отверстия трубы прикла-
дывают давление Ро. Под его воздействием труба
деформируется и зазор между трубой и трубной
решеткой уменьшается. По мере увеличения
давления до Pj начальный технологический зазор
полностью выбирается (положение 1), и в даль-
нейшем происходит уже совместное деформиро-
вание трубы и трубной решетки. В момент, когда
деформирующее давление Р2 принимает макси-
мальное значение, наружная поверхность и кон-
тактирующая с ней поверхность отверстия труб-
ной решетки займут положение 2.
После уменьшения деформирующего давле-
ния до нуля труба и трубная решетка будут
стремиться разгрузиться и вернуться в равновес-
ное состояние. Так как трубная решетка более
жесткая и претерпевает меньшую по сравнению с
деформируемой трубой пластическую деформа-
цию, то контактирующая поверхность трубной
решетки, т. е, поверхность отверстия в процессе
разгрузки стремится разгрузиться на большую
величину. В свободном состоянии (при отсутст-
вии трубы) контактирующая поверхность труб-
ной решетки после разгрузки должна занять
положение 3 и изменить диаметр до dорст. В процессе деформирования
труба испытывает большую пластическую деформацию как во время
выбора начального зазора, так и в период совместного деформирования
с трубной решеткой, так как является менее жесткой деталью. Поэтому
после снятия нагрузки она упруго разгружается на меньшую величину,
стремясь занять положение 3' и изменить свой наружный диаметр по
^ост •
При совместной разгрузке труба будет препятствовать полной раз-
грузке трубной решетки. В результате трубная решетка обжимает трубу,
образуя натяг и создавая тем самым контактное давление определенного
значения между контактирующими (сопряженными) поверхностями
трубы и трубной решетки (положение 3). Величина натяга определяется
разностью диаметров наружной поверхности трубы <^JCT и поверхности
68
отверстия трубной решётки #рст'! 6 = d JCT - d рст. Если 6 > 0, то об-
разуется натяг, если 6 < 0, то остается зазор в соединении. Таким обра-
зом, условие получения соединения трубы с трубной решеткой дефор-
мационным способом может быть записано в виде неравенства
л т > d р
“ост и ОСТ •
Остаточные радиальные напряжения между трубой и трубной ре-
шеткой, возникающее в процессе их совместного деформирования,
зачастую определяют герметичность и прочность соединения. Многие
исследователи связывают эти напряжения со степенью деформирования,
которую в ряде случаев называют степенью развальцовки, а иногда -
степенью запрессовки. Термин „степень деформирования” является
более общим и не указывает на конкретный деформационный способ
закрепления труб в трубных решетках. Поэтому в дальнейшем будет
использован этот термин.
Для определения степени деформирования, %, в отечественном
судовом теплообменном аппаратостроении используют несколько
простых зависимостей:
(dB - dB) — (do — dH)
-------------------- 100%;
(dH - dB)dHjdo
100%,
где d'B - внутренний диаметр трубы после деформирования, мм; dB -
внутренний диаметр трубы в исходном состоянии, мм; d0 - диаметр
отверстия в трубной решетке, мм; dB - наружный диаметр трубы в
исходном состоянии, мм.
Деформационные способы соединения трубы с трубной решеткой
в настоящее время развиваются по двум направлениям: динамические
(импульсные) и квазистатические.
Крепление труб квазистатическими способами осуществляется,
в частности, вальцовочным инструментом, который вращается внутри
трубы, перемещаясь лишь в радиальном направлении (роликовая валь-
цовка, рис. 3.17).
Механизация процесса вальцевания стала возможной после создания
самозатягивающихся роликовых вальцовок. Особенность такого ин-
хЛру мента заключается в том, что деформирующие трубу ролики развер-
нуты под небольшим углом у в плоскости, касательной к образующей
веретена, которое собственно и приводится во вращение пневмо- или
электроприводом. Так как ролики неподвижны в осевом направлении,
то при вращении конического веретена происходит его самозатя-
гивание и, как следствие, осуществляется радиальное перемещение ро-
клйков, которые катятся одной своей стороной по веретену, а про-
тивоположной - по внутренней поверхности трубы. В зависимости от
69
типоразмера закрепляемых труб угол у прини-
мают в довольно широких пределах - от 0° 30'
до 4°.
Локальная деформация металла на внут-
ренней поверхности трубы, приводящая к ее
наклепу и шелушению, снижает коррозионную
стойкость Существенным недостатком роли-
ковой вальцовки является возникновение осе-
вых напряжений в материале трубы, которые
приводят к развороту коллектора до 6 мм/м,
к выпучиванию плоской трубной решетки,
а также служат источником трещинообразо-
вания. Следует также отметить, что с помощью
обычных роликовых вальцовок осуществить
развальцовку труб из высокопрочных мате-
риалов с внутренним диаметром менее 12 мм
не удается. Несмотря на отмеченные недостатки,
роликовая вальцовка наиболее распространена
в машиностроительной практике, достаточно
сказать, что в 1970 г около 85 % всех соеди-
нений выполнялось только этим инструмен
том.
Рис 3 17 Роликовая
Часть указанных недостатков устранена в способе, получившем
название ленточно-винтовой вальцовки. Суть способа заключается в
том, что деформирующие трубу ролики, вращаясь вокруг центрального
плавающего конуса, перемещаются вдоль него по оси трубы, описывая
при этс^м на ее внутренней поверхности узкую ленточку (рис 3.18)
Герметичность соединений, полученных ленточно-винтовой вальцовкой,
выше, а прочность возрастает в 4—5 раз. Этот способ позволяет закреп-
лять трубы с внутренними диаметрами менее 7 мм практически из всех
материалов, применяемых в судовом теплообменном аппаратостроении.
Дальнейшее развитие этого способа привело к созданию унифици-
рованного труборасширителя, принципиально мало отличающегося
от ленточно-винтовой вальцовки, но позволяющего при малой трудо-
емкости качественно закреплять трубы в широких допусках на размеры
поперечного сечения
Закрепление труб протягиванием осуществляется за счет осевого
перемещения внутри трубы шаровых оправок ударного действия, дор-
нов (рис. 3 19, фирма „Йозеф Швален”, ФРГ), цангового инструмента
различных конструкций и кулачковых протягивающих устройств
Обладая рядом преимуществ (бесшумность при работе, простота опе-
раций, малые затраты труда), этот способ деформационного закрепления
имеет существенные недостатки Так как закрепление осуществляется
при постоянном диаметре деформирующего органа, то вследствие боль-
шого диапазона допусков, установленных стандартами на диаметры труб
и отверстий трубных решеток, качество соединений невысокое и отли-
чается большой дисперсией. Низкие эксплуатационные свойства
70
Рис 3 18. Вальцевание ленточно-винтовой вальцовкой: а - за-
водка вальцовки в трубу; б - исходное положение перед
вальцеванием; в - начало вальцевания, г - завершение
вальцевания
соединений обусловлены тем, что деформация происходит вслед-
ствие трения скольжения и внутренняя поверхность трубы ухуд-
шается. Кроме того, этим способом нельзя крепить трубы с ма-
лым внутренним диаметром.
В настоящее время разработан
способ, при котором труба де-
формируется не в радиальном нап-
равлении, а в осевом (рис. 3. 20).
Способ основан на эффекте полой
высадки конца трубы в объеме,
ограниченном поверхностью от-
верстия трубной решетки, в ре-
зультате приложения деформи-
рующего усилия к торцу трубы.
Процесс закрепления трубы со-
стоит из двух последовательно
выполняемых операций. 1) фик-
сация трубы относительно трубной
Рис 3 19 Протяжное устройство
71
Рис 3 20 Крепление трубы осевым деформированием в толстых
(а) и тонких (6) трубных решетках
решетки путем радиального ее деформирования усилием Р на участке
выхода трубы из отверстия трубной решетки в сторону теплообменной
полости, 2) полая высадка под действием осевого усилия Q участка
трубы в^ районе от торца до защемленного участка Первая операция
является вспомогательной, а вторая — основной и обеспечивает необхо-
димые функциональные параметры соединения.
В процессе осаживания происходит утолщение стенки трубы, и,
следовательно, контактные давления могут быть повышены на 30%,
как показывают расчеты Способ осевого деформирования позволяет
расширить поле допуска на геометрические размеры элементов сое-
динения, а также исключить операцию селекции труб перед закреплением
Это единственный в настоящее время способ, которым можно выпол-
нить соединение труб с тонкой трубной решеткой толщиной до 12 мм
(рис 3 21), а также соединение с некруглыми трубами (овальными,
чечевицеобразными и т и ) Однако в настоящее время осаживанием
можно закреплять трубы, изготовленные лишь из металла с невысоким)!
прочностными характерстиками (алюминий, медь и их сплавы)
Особый интерес представляет способ, основанный на использовании
втулок крепления, осаживаемых в технологический зазор между трубой
и поверхностью отверстия трубной решетки Втулки крепления изготов-
ляют из материала с замкнутыми порами методами порошковой метал-
лургии с заранее заданными свойствами и широким диапазоном хими-
ческою состава
72
Рис 3 21 Типы соединений труб с тонкой трубной решеткой
толщиной до 12 мм
Последнее время все шире используются динамические способы креп-
ления с использованием энергии взрыва бризантных взрывчатых ве-
ществ и электрогидроимпульсный
Электро! идроимпульсный способ закрепления труб основан на
явлении .электрического взрыва металлов и легкоплавких диэлектри-
ческих материалов при тепловом воздействии на них кратковременного
тока большой силы, т е на явлении высоковольтного разряда в жид-
кости В качестве рабочею инструмента применяются патроны, кон-
струкция которых зависит от размера и материала закрепляемых в
решетках труб Патрон 10 заполнен жидкостью 6, часто водой, в которую
помещена взрывная проволочка 8 (рис 3 22) Под действием высокого
напряжения 5- 70 кВ за 10-100 мкс происходят взрывообразное испаре-
ние жидкости при высоких температурах (20 000—40 000 °C) и газоки-
нетическое расширение продуктов взрыва и образовавшейся плотной
плазмы Все это порождает в окружающей жидкости мощный источник
импульсных давлений (до 1000 МПа)
73
Рис 3 22 Принципиальная схема электро-
гидр оз апрессовки
' Способ обеспечивает требуе-
мое качество соединения и поз-
воляет закреплять трубы с малым
(до 5 мм) внутренним диаметром
из высокопрочных металлов и
сплавов Этот способ отличается
высокой управляемостью процес-
са, вплоть до его автоматизации,
возможностью размещать установ-
ки непосредственно в производ-
ственных помещениях и отсутст-
вием необходимости хранить за-
пасы взрывчатых материалов
К недостаткам электрогидроим-
пульсного способа можно от-
нести высокую стоимость уста-
новки и значительную площадь,
занимаемую ею, необходимость специальной звукоизоляции от шу-
ма 120 дБ, пониженную (по сравнению с квазистатическими спо
собами) регулируемость процесса
Рис 3 23. Крепление с использованием энергии взрыва бризантных
веществ
1 - трубная решетка, 2 - труба; 3 - центрирующая втулка, 4 -
взрывчатое вещество, 5 - защитный лист, 6 - электродетонатор;
7 - защитный кожух, 8 - провода
{==
ft подрывной
машинке
74
Сущность способа, основанного на применении энергии взрыва бри-
зантных веществ, заключается в том, что в закрепляемый конец трубы
устанавливается заряд взрывчатых веществ 4 (рис 3 23), который раз-
мещается в центрирующей втулке 3. Первоначальный импульс для
возникновения взрыва создается специальным инициирующим электро-
детонатором При взрыве возникает мощная ударная волна с давлением
до 10—30 тыс МПа, которое практически мгновенно через материал
центрирующей втулки закрепляет трубу в трубной решетке
Достоинством способа является пригодность его для закрепления
труб с внутренним диаметром 3 мм и более из высокопрочных металлов
и сплавов с низкой пластичностью в трубных решетках большой толщи-
ны (в принципе - неограниченной). Отсутствие воздействия на материал
трубы жесткого инструмента блаюприятно сказывается на повышении
коррозионной стойкости соединений Следует отметить, что все способы
динамическою деформирования в отличие от друтих значительно умень-
шают деформацию трубы в осевом и радиальном направлениях, а сле-
довательно, ее жесткость из-за утонения стенки не снижается
Этот способ отличается высокой производительностью, так как
позволяет одновременно закреплять от 20 до 200 труб в зависимости
от их диаметра, толщины трубных рещеток и допустимого в соответст-
вии с требованиями техники безопасности количества взрывчатых ве-
ществ Кроме того, технологические процессы закрепления труб энерги-
ей взрыва наименее трудоемки В течение часа двое рабочих могут
выполнить до 500 высококачественных соединений труб
В качестве энергоносителей при закреплении груб мо!ут быть ис-
пользованы порошкообразные, твердые или пластичные вещества
Применение пластичных взрывчатых веществ обеспечивает возможность
варьировать скорость детонации, т е, величину и длительность импульса,
и тем самым позволяет реi улировать качество закрепления труб
Наряду с изложенными преимуществами этот способ обладает рядом
недостатков, препятствующих его широкому использованию низкий по
сравнению с электрогидроимпульсным способом управляемостью про-
цессом вследствие дискретною регулирования энергии, выделяющейся
при взрыве трудностью крепления труб в двойных и заглубленных
трубных решетках, большими капитальными затратами, обусловлен-
ными необходимостью строительства специально оборудованного поме-
щения для защиты от высокого уровня шумового давления и для удале-
ния обильно выделяющихся во время взрыва газов и других продуктов
детонации, необходимостью соблюдать особые требования техники
безопасности, связанные с проведением взрывных работ
3.5.2. Сварные, паяные и клеевые способы крепления
Закрепление труб сваркой плавлением или тепловой сваркой эф-
фективно в тех случаях, кота к теплообменным аппаратам предъявля-
ют повышенные 1ребования по надежности или koi да толщина трубной
решетки равна или меньше наружного диаметра закрепляемых труб
75
Рис 3.24. Сварные соединения труб с трубными решетка-
ми, выполненные без присадки
В настоящее время широко используется электродуговая сварка не-
плавящимся электродом в атмосфере аргона (реже азота, углекислый
газ и др.).
Для уменьшения сварочных деформаций трубной решетки малой
толщины с большим числом соединений применяют соединение с коль-
цевыми разгрузочными канавками. Канавки располагают концентрично
отверстию в трубной решетке на расстоянии одной толщины стенки
трубы от края отверстия, а их глубина примерно равна удвоенной тол-
щине стенки трубы (рис. 3.24, а). Недостатком такого конструкторско-
технологического решения является увеличение затрат на механическую
обработку трубных решеток Кроме того, при получении канавок необ-
ходимо увеличивать мостики между отверстиями трубной решетки^
что уменьшает компактность теплообменника.
В некоторых конструкциях теплообменных аппаратов сварку про-
изводят как самостоятельную технологическую операцию без специаль-
ной подготовки.
В ряде работ последних лет упоминается о применении сварки из-
нутри тр^бы стыковым (рис. 3.24, бив) или проплавным (рис 3 24, г)
швом. Соединения со стыковым швом имеют повышенную работоспо-
собность, но требуют сложной дополнительной механической обработки
трубной решетки, повышенной точности при сборке труб с трубными
решетками под сварку и сохранения исходных размеров в процессе
сварки неизменными. Более дешевыми и простыми следует считать
соединения с проплавными швами. Их преимущество состоит в возмож-
ности закрепления труб в двойных трубных решетках, а также в созда-
нии в одном соединении нескольких сварных поясов.
В настоящее время интенсивно разрабатываются электронно-лучевой
и лазерный виды сварки. Основной трудностью при применении элек-
тронно-лучевой сварки для закрепления труб в трубных решеткак<
является необходимость создания общих вакуумных камер, в которых,
помещается весь теплообменный аппарат, или местных камер, органи-
чивающих район сварки. Это, а также отсутствие мощных электронно-
лучевых установок на заводах-изготовителях теплообменной аппаратуры-
ограничивают в настоящее время использование этого способа
Несмотря на то что сварка плавлением обеспечивает достаточно
высокую герметичность соединений, она все же обладает рядом He-f
достатков: пригодна только для тех сочетаний материалов труб и трубных
76
решеток, для которых необходиМ^одинаковый режим сварки; сварка
затруднена при вертикальном положении трубной решетки; нестабиль-
ное качество сварных швов из-за многочисленных характерных дефек-
тов^ высокая по отношению к деформационным способам трудоемкость,
особенно при использовании электронно-лучевой сварки; невозможность
обеспечить только сваркой все или основные функциональные парамет-
ры соединения трубы с трубной решеткой (в особенности при изготов-
лении их из разного материала), что приводит к необходимости выпол-
нения комбинированных соединений; после сварки плавлением для
снятия сварочных напряжений требуется термообработка всего тепло-
обменного аппарата
Иногда перед сваркой труб с трубными решетками труба дефор-
мируется только на величину технологического зазора либо вообще не
деформируется. В случае когда в соединении исключен только техноло-
гический зазор, колебания распространяются также и в материале свар-
ного шва, но разрушения в этом случае происходят при меньших изгиб-
ных нагрузках, чем в соединениях без сварного шва. И наконец, если
труба закрепляется одним из деформационных способов и дополнительно
обварена и при этом толщина трубной решетки более l,5dH (dH — на-
ружный диаметр трубы), то разрушение трубы происходит, в основном,
в месте выхода ее из трубной решетки в теплообменную полость. По-
следний тип соединения, названный комбинированным, нашел наиболее
широкое распространение при изготовлении высоконадежных теплооб-
менников. В этих соединениях прочность обеспечивается за счет кон-
тактного давления, возникающего в процессе использования деформа-
ционных способов, а герметичность — за счет пояса закрепления, полу-
ченного сваркой плавлением.
Важное значение для качества комбинированных соединений имеет
последовательность выполнения технологических операций деформиро-
вания и сварки. Исторически сложилось, что длительное время первым
выполняли деформационное закрепление. Загрязнения, адсорбированные
сопрягаемыми поверхностями элементов соединений, смазка, наносимая
на вальцовочный инструмент, и продукты сгорания взрывчатых ве-
ществ, попадающие в технологический зазор, ухудшают качество сварно-
го шва и могут привести (при сварке высокоактивных металлов) к
возникновению трещин. В связи с этим кроме ужесточения требований
к поверхности, ограничения или полного исключения смазки вальцо-
вочного инструмента и применения фальштрубной решетки предложено
выполнять комбинированные соединения в другой последовательности,
а именно- сварку проводить до деформирования.
Фальштрубная решетка представляет собой решетку, аналогичную
основной трубной решетке по расположению отверстий под трубы,
только изготовленную из тонколистового материала. После сборки
с основной трубной решеткой на торцы выступающих на 5-15 мм над
ее плоскостью труб надевают фальшрешеТку, к которой приваривают
тонким швом трубы. После деформационного закрепления труб эти
тонкие сварные швы расверливают и фальшрешетку удаляют. Такая
технология позволяет предотвратить загрязнение зазоров.
77
Анализируя недостатки первой из упомянутых последовательностей
выполнения комбинированных соединений, необходимо обратить выни-
мание на снижение остаточных контактных давлений в соединении йод
влиянием высоких температур, возникающих в процессе сварки.
Применение второй схемы (последовательности) изготовления
комбинированного соединения приводит к тому, что ухудшаются ус-
ловия выполнения сварки, а в сварных швах возникают трещины под
влиянием радиально приложенных деформирующих усилий Для того
чтобы исключить образование трещин, в районе выполненного шва
деформирование не производят или, наоборот, перед сваркой в зоне
будущею шва деформационным путем исключают технологический
зазор
Таким образом, различие в технологии сварного и деформационно-
ю способов независимо от последовательности выполнения приводит
к существенному усложнению технологического процесса, что неми-
нуемо увеличивает трудоемкость и себестоимость изготовления тепло-
обменного оборудования.
В некоторых случаях трубы в трубных решетках закрепляют пай-
кой Прочность паяных соединений невысока, герметичность обеспечи-
вается химическим соединением припоя с металлом элементов соеди-
нения или за счет молекулярных сил сцепления В ряде случаев пайку
применяют в комплексе с деформационным закреплением или со сваркой
При пайке неответственных конструкций используют способ ванной
пайки В этом случае теплообменник в специальном кантователе ус-
танавливают над ванной с расплавленным припоем, чтобы поверхность
решетки с закрепленным в ней трубным пучком находилась под углом
15 к поверхности припоя Затем медленно погружают трубную решетку
в припой^ с последующей ее установкой в горизонтальное положение
Далее теплообменник поднимают, кантуют и аналогичным способом
осуществляют пайку труб во второй трубной решетке
При пайке используют мягкие и твердые припои Мягкие оло-
вянно-свинцовые припои должны соответствовать по своему составу
ГОСТ 21930—76 и 21931—76. К твердым припоям относят медно-цин-
ковые, серебряные и алюминиевые
Пайку ведут с использованием флюсов в виде порошка или пасты (бу-
ры, смеси буры с борной кислотой, фтористых солей и щелочно-галоидньгх
соединений) индукционным нагревом, горелками или токами высокой
частоты Для затекания припоя в соединении должен быть гарантирован
радиальный зазор, размер которого определяется длиной соединения,
марками материалов припоя, трубы и трубной решетки
Получить соединения трубы с трубной решеткой с высокими функ-
циональными свойствами можно при помощи специальных клеев и
наполнителей Для соединения рекомендуется эпоксидньгй клей, в ка-
честве клеевого наполнителя — состав на основе эпоксидной смолы
(100 вес ч), полиэтиленполиамина (10 вес ч), дибутилфталата
(15 20 вес ч) и фарфоровой муки, графита, окиси алюминия
(40 вес ч) Прочность склеивания эпоксидным клеем стали со сталью
78
равна 32—36 МПа', алюминия ’с" алюминием 40 — 45 МПа, меди с нике-
лем 26-30 МПа
I Технология выполнения клеевальцованного соединения заключа-
етсй в том, что перед сборкой конец трубы и поверхность отверстия
трудной решетки на длине закрепления обмазывают эпоксидным кле-
ем Для более равномерного распределения слоя клея трубы поворачи-
вают вокруг оси 2—3 раза
Развальцовку концов труб следует производить не позже чем через
3 ч нанесения клея, так как за это время происходит его полимериза-
ция Клеевальцованные соединения обладают повышенными по сравне-
нию с вальцованными прочностью, герметичностью и коррозионной
стойкостью в воде при температуре эксплуатации теплообменники
до 200 °C.
Иногда для повышения герметизирующей способности соединений,
полученных деформационными способами, используют тиоколовый
герметик У-30М, изготовленный на основе низкомолекулярного поли-
сульфидного жидкого каучука. Технология изготовления соединения
с герметиком аналогична описанной выше.
3.5.3. Технологическое резервирование соединений труб
с трубной решеткой
Наиболее часто встречаются следующие отказы судового теплооб-
менного оборудования’ •!) возникновение сквозного повреждения
(течи) в соединении трубы с трубной решеткой; 2) разрушение трубы
в зоне выхода из трубной решетки в теплообменную полость; 3) раз-
рушение трубы (перетирание) в местах прохода через дистанционирую-
щие решетки (перегородки); 4) разрушение трубы в теплообменной
полости в районах случайных концентраторов напряжений
Первые две причины определяют наиболее уязвимую зону с наиболь-
шей вероятностью появления повреждения, а именно, соединение трубы
с трубной решеткой
В соответствии с ГОСТ 27 002—83 резервирование — метод обеспе-
чения заданного уровня надежности путем применения дополнительных
средств и (или) возможностей с целью сохранения работоспособного
состояния объекта при отказе одного или нескольких его элементов
В судовом машиностроении применяют конструкторское и тех-
нологическое резервирование Конструкторское резервирование может
быть структурным, когда на судне размещают дополнительные тепло-
обменники, и параметрическим, заключающимся в повышении произ-
водительности имеющегося оборудования. Однако, как показал опыт
эксплуатации, конструкторское резервирование малоэффективно и
экономически невыгодно Наиболее целесообразным является техноло-
гическое резервирование - обеспечение заданного уровня надежности
посредством применения дополнительных технологических приемов.
Примером такого резервирования может служить использование в
одном соединении трубы с трубной решеткой нескольких поясов зак-
репления, выполненных различными способами.
79
Для соединения любого типа, как уже было рассмотрено, необходим
техноло!ический зазор в пределах десятых долей миллиметра мейсду
наружной поверхностью трубы и поверхностью отверстия трубной ре-
шетки Эти зазоры служат для установки закрепляемого конца трубы
в отверстие трубной решетки. Однако известно, что качественная арго-
нодуговая сварка практически невозможна, если между поверхностями
трубы и отверстия имеются зазоры Следовательно надежное соединение
может быть получено только при обязательном использовании пояса
закрепления, получаемого деформированием конца трубы в отверстии
трубной решетки, так как только деформирование исключает техноло-
гические зазоры вдоль всего соединения Кроме того, наличие этих
зазоров может привести к тому, что во время эксплуатации ai рессивные
среды вызовут ускоренный износ корня сварного шва
Таким образом, пояс закрепления, выполненный квазистатическим
или динамическим деформационным способом, следует признать основ-
ным, а дополнительные пояса, полученные другими способами, например
сваркой плавлением, будут резервными
Можно сформулировать основные требования к технологическому
резервированию соединений труб с трубными решетками’
- необходимо, чтобы изготовление резервных поясов закрепления
технологически могло быть совмещено с изготовлением основного
пояса, т е чтобы между ними было технологическое сходство,
- в процессе изготовления основного и резервных поясов зак-
репления качественные показатели не должны взаимно ухудшаться.
— весь цикл изготовления теплообменника должен соответствовать
одновременной подготовке к изготовлению основного и резервных
поясов закрепления,
- - 5пособы технологического резервирования не должны быть слож-
ными,
— трудоемкость резервирования не должна превышать трудоемкость
изютовления основною пояса закрепления
В настоящее время самым распространенным способом техно-
логического резервирования соединений труб с трубными решет-
ками является api онодуювая сварка плавлением торцевым или
проплавным швом Наиболее перспективной можно считать сварку
взрывом
Существуют две схемы выполнения этого процесса В соответствии
с одной из них отверстие в трубной решетке обрабатывается с конус-
ностью 10—14 и длиной конической части до 20 мм, затем в не-
го вводится груба и закрепляется одним из динамических способов
(см рис 3.15) При ударе трубы о коническую часть отверстия, т е
при-косом соударении, часть кинетической энергии взрыва переходит
в ударные волны и теплоту, а часть рассеивается При косых соударе-
ниях давление существенно зависит от угла соударения и скорости
перемещения точки контакта Сварку взрывом можно получить толь-
ко при давлениях в области соударения, сравнимых с теоретической
прочностью на сдвш
80
Вторая схема сварки взрывом основана на использовании гладких
(цилиндрических) отверстий в трубной решетке и применении специаль-
ных зарядов с инертными преградами. Преграды, изготовленные из
свинцовых пластин толщиной 0,5—0,65 мм, расположены поперек за-
ряда бризантного взрывчатого вещества на расстоянии 8—12 мм друг
от друга. Задержка детонации заряда и рост давления перед металли-
ческой преградой приводят к местному увеличению скорости движения
стенок трубы, что, в свою очередь, повышает динамический угол соуда-
рения свариваемых поверхностей и обеспечивает реализацию основных
условий сварки взрывом
Из существующих способов технологического резервирования
соединений следует отметить микроканавки, нарезаемые на поверх-
ности отверстия трубной решетки до установки в нем трубы Микро-
канавки высотой около 0,1 мм и основаниями 0,4 и 0,2 мм объединяют
в группы с расстоянием между ними 0,2—0,3 мм при ширине канавки,
равной (0,015 + 0,020) dH (dH - наружный диаметр трубы)
Макродиффузионная сварка основана на физике пластического
деформирования металлов. Чтобы увеличить площадь контакта в резерв-
ном поясе закрепления трубы с трубной решеткой, перед их сборкой
производят пластическую деформ.ацию сопрягаемых поверхностей
Затем закрепляют трубу любым деформационным способом, и соеди-
нение подвергают тепловому воздействию при температурах ниже порога
рекристаллизации или ультразвуковому воздействию ограниченной
длительности.
Два других способа технологического резервирования основаны
на применении проставочных сред. На наружной поверхности трубы
перед установкой в отверстие размещают проставочные элементы,
изготовленные из материала с твердостью, превышающей твердость
материала трубы и трубной решетки, или проставочное покрытие, ма-
териал которого обладает более высоким коэффициентом линейного
расширения по сравнению с аналогичным коэффициентом материала
трубы
Тот или иной способ технологического резервирования соединений
выбирают следующим образом. На первом этапе на основании эксперт-
ных оценок технологических параметров различных способов опреде-
ляют конкретные способы изготовления резервных поясов закрепле-
ния На втором -этане выбранные способы сравнивают с точки зрения
улучшения функциональных параметров соединения и исходя из
реальных условий производства используют конкретный способ
Одним из основных параметров резервирования является его крат
ность, т е. отношение числа резервных элементов к числу резервируе-
мых основных Сложность выбора кратности резервирования заклю-
чается в том, что при известной надежности резервного пояса зак-
репления вследствие увеличения количества резервных поясов, т е
увеличения кратности резервирования, надежность всего соединения
растет все медленнее (рис 3 25) В этом случае более точно говорить
об уменьшении вероятности отказа Действительно, если разница между
81
значениями вероятности безотказной работы
0,99 и 0,9999 и может показаться несущест-
венной, то не может быть сомнений в целе-
сообразности резервирования для снижения
вероятности отказа в 100 раз с 0,01 до 0,001
Из графика видно, что прирост надежности
соединения с четырьмя и пятью поясами
закрепления исключительно мал Использо-
вание такой большой кратности резервиро-
вания может оказаться экономически неэф-
фективным
Экономичность выбранного способа тех-
нологического резервирования должна харак-
теризоваться сокращением объема эксперимен-
тальных работ, уменьшением себестоимости
изготовления аппарата и снижением затрат
на его обслуживание в процессе эксплуа-
тации
Рис 3 25 Зависимость на-
дежности соединения от
кратности технологическо-
го резервирования т
Рс , Рп з — вероятности
закрепления
Исходными данными для расчета технологического резервирования
соединения трубы с трубной решеткой являются-
- допустимый уровень массообмена (утечки) между теплообмени-
вающимися средами, с учетом давления, солености или содержания од-
ной среды в другой,
- вероятность безотказной работы аппарата в пределах заданной
наработки;
— конструктивные вариационные сведения о соединении (материал
элементов соединения, тип решетки и ее геометрические параметры,
геометрические размеры элементов соединения, параметры состояния
поверхности сопрягаемых элементов),
— сведения о теплоносителе (вид, эксплуатационная температура,
перепад давлений между теплообменными полостями, скорость про-
текания) ,
— информация об отказах (если таковая есть) аналогичного по
конструкции судового теплообменного оборудования или соединений
в условиях, приближенных к заданным для проектируемою теплооб-
менника
3.5.4. Автоматизация процесса закрепления труб в коллекторах
парогенераторов и трубных решетках судовых теплообменников
При сборке судовых котлов и изготовлении теплообменных ап-
паратов операции, связанные с закреплением труб в коллекторах и
трубных решетках, являются самыми тяжелыми и трудоемкими
Большое разнообразие конструкций и типоразмеров теплообменного
оборудования значительно усложняет задачу автоматизации техноло-
гического процесса создания прочного и юрметичного соединения труб
с трубными решетками
82
Конструкцию автоматизированного устройства для закрепления
груб определяет способ получения качественного соединения Следо-
вательно, при выборе способа закрепления труб нужно руководство-
ваться не только обеспечением заданного качества соединения, но и воз-
можностью автоматизации технологического процесса изготовления сое-
динений груб с трубными решетками Из существующих способов наибо-
лее перспективными с этой точки зрения являются трехроликовая или
ленточно-винтовая вальцовка и электротидроимпульсная запрессовка
Независимо от способа и конструкции теплообменного оборудова-
ния автоматизация процесса закрепления труб в трубных решетках
толжна предусматривать
обеспечение требуемого качества соединения,
-поиск и идентификацию незакрепленного конца трубы в трубной
решетке в соответствии с протраммой закрепления труб,
- перемещение вальцовки или электровзрывного патрона к найден-
ному о)верстию,
ввод в трубу на заданную глубину вальцовки или подачу электро-
взрывного патрона к незакрепленному концу трубы,
подачу веретена вальцовочного инструмента с одновременным
удержанием последнего в ориентированном положении до момента
контакта деформирующих роликов с внутренней поверхностью нераз-
вальцованнои трубы,
— вращение ведущею элемента вальцовки в прямом (на этапе
деформирования трубы в отверстии трубной решетки) и обратном
(на этапе уменьшения до нуля деформирующего усилия) направле-
ниях
-контроль и управление процессом закрепления, выдачу данных
о ходе процесса на устройства вывода и представления информации,
-извлечение вальцовочною инструмента из вальцованного сое-
динения
— диат ностику вальцовочного инструмента
Чтобы обеспечить качество соединений в случае развальцовки труб
с ограничением крутящего момента или при запрессовке труб энергией
электротидроимттульсното взрыва, силовые параметры деформации
устанавливают исходя из предельных размеров и механических свойств
материала элементов соединения, соответствующих наименьшему соп-
ротивлению деформации Поскольку допустимое отклонение толщины
стенки трубы доститает ±15/7, а максимальное значение предела те-
кучести материалов труб и трубных решеток в 1.5 -1,7 раза превышает
минимальное значение, прочность и терметичность соединении, разваль-
цованных при постоянном крутящем моменте или запрессованных при
постоянной мощности импульса, изменяются в широких пределах В этих
случаях наименьшие прочность и герметичность характерны для соеди-
нении, например, труб с наибольшими толщиной стенки и пределом те-
кучести материала
Следовательно, установление режима деформирования в процессе
развальцовки или перед запрессовкой дифференцированно для каждого
83
Рис. 3 26 Структурная схема комплекса технических средств АСУТП разваль-
цовки
соединения позволяет стабилизировать его качественные параметры
Такой метод дифференцированного управления процессом закрепления
можно реализовать с помощью автоматизированной системы управления,
основными элементами Которой являются:
— автоматизированная система управления процессом деформиро-
вания трубы в трубных решетках:
— автоматизированная система поиска отверстий, доставки инстру-
мента или патрона в отверстие, ориентации инструмента и поддержания
его в ориентированном положении в процессе развальцовки;
— автоматическая система диагностики и аварийной защиты.
Основой системы (рис. 3.26) служит управляющий вычислительный
комплекс, который собирает с развальцовочных установок информацию
о ходе технологического процесса, выдает управляющие воздействия на
них, реализует связь с технологом. Каждая установка оснащена изме-
рительным комплексом, передающим в процессор информацию о зна-
чениях силового и линейного параметров Блок управления восприни-
мает управляющие воздействия, включая или реверсируя привод раз-
вальцовочной установки
3.6. ОБЩАЯ СБОРКА ПАРОГЕНЕРАТОРОВ И ТЕПЛООБМЕННЫХ
АППАРАТОВ
Сборочные работы являются завершающим этапом изготовления су-
дового теплообменного оборудования Сборка представляла бы чрезвы-
чайно трудную в технологическом отношении задачу, если бы на стадии
проектирования не предусматривалась разбивка оборудования на от-
дельные, законченные в конструктивном отношении объекты, которые
независимо от их величины и количества входящих в них деталей
84
принято называть сборочными единицами Сборочная единица - это из-
делие, составные части которого подлежат соединению между собой
сборочными операциями (свинчиванием, сваркой и т п ) Характерной
особенностью составных частей является возможность их сборки, конт-
роля и приемки независимо друг от друга В связи с этим отдельные
составные части собирают не только последовательно, но и параллельно
Технологический процесс общей сборки теплообменного оборудо-
вания заключается в последовательном соединении между собой всех
деталей и составных частей, поступающих со специализированных участ-
ков цеха на участок общей сборки
3.6.1. Сборка парогенераторов, работающих на органическом топливе
К узловой сборке парогенератора относится сборка коллекторов,
корпусов, камер, каркасов, обшивок, устройств, трубных батарей,
секций пакетов змеевиков, опор, топочных устройств, элементов газо-
ходов и т н
Объем общей сборки парогенератора зависит от уровня технологи-
ческой подготовки производства и от конкретных условий изготовле-
ния, последующею монтажа на судне и транспортировки
। Транспортировка железнодорожным транспортом связана с необ-
ходимостью соблюдения требований к габаритам подвижного состава
Ат регаты с предельной габаритностью можно транспортировать только
по согласованию с Министерством путей сообщения Все элементы
наротенератора изютовляют и собирают таким образом, чтобы он мог
выдерживать сотрясения с интенсивностью до 8g в вертикальном и до
4g в юризонтальном направлении
Для сокращения объема и продолжительности монтажных работ
на судне парогенератор должен быть доведен в цехе до максимального
насыщения В связи с этим при сборке парогенератора в цехе выполняют
следующие операции сборку корпуса, установку каркасов с обшивкой,
монтаж внутренних частей, арматуры и воздухонаправляющих устройств,
монтаж топочных устройств и трубопроводов, расположенных на паро-
генераторе, установку изоляции, сборку и сварку дымоходов в крупные
узлы
Совершенствование технологии изютовления и монтажа паротене-
раторов, в частности, разработка и внедрение способов их монтажа на
переходных рамах и переходных частях фундаментов, позволило уве-
личить объем насыщения парогенераторов в цехе Для многих пароге-
нераторов, в том числе для большинства вспомот ательных, в цехе произ-
водят сборку и установку нижних частей, монтаж топливо- и воздухо-
проводов, кладку топок, установку и крепление изоляции коллекторов
и трубопроводов, расположенных на napoi енераторе
Общую сборку производят на стендах (рис 3 27), имеющих жесткие
основания и металлические каркасы, на которые опираются различные
детали и узлы паротеперагора Сборку начинают с установки на стенд
нижних коллекторов с опорами Опоры парогенераторов должны быть
85
окончательно обработаны и
пригнаны к поверхностям пе-
реходных частей фундаментов
Прилегание поверхностей про-
веряют щупом на участках
длиной 150 мм между точками
касания допускается прохожде-
ние щупа толщиной не более
0,1 мм Правильное положение
нижних коллекторов обеспечи-
вается путем совмещения базо-
вых рисок, нанесенных на кол-
лекторах и переходных частях,
с базовыми рисками на стенде
К нижним кромкам пере-
ходных частей приваривают
Рис 3.27 Стенд для сборки парогенератора
временные угольники или планки, с помощью которых переходные части
крепят к стенду и транспортной раме, служащей для погрузки и транс-
портировки парогенератора к месту монтажа. Для сборки парогенерато-
ра на переходной раме, которая после монтажа на судне входит в состав
судового фундамента, ее устанавливают в сборочный стенд таким обра-
зом, чтобы ее опорные плоскости находились в строго горизонтальном
положении После установки нижних коллекторов с прикрепленными
котельными опорами к верхним балкам стенда подвешивают за штуцера
верхние коллекторы и фиксируют их в нужном положении с помощью
отжимных приспособлений.
Правильность попожения коллекторов проверяют по размерам между
их центрами (см. рис. 3.27) и по осям (рис 3 28) Допустимые отклоне-
ния на установку коллекторов.
На расстояние между осями коллекторов, мм
по горизонтали (ЛьЛ2,Лз) .... +2
по вертикали ... . +5
Разворот поперечной оси коллектора Дьмм/м . . . 3
Уклон продольной оси коллектора Д2, мм/м ................... 0,35
Отклонения замеряют между рисками, нанесенными на наружную
поверхность коллекторов и лежащими в одной вертикальной или гори-
зонтальной плоскости, и их осями
Необогреваемые опускные трубы приваривают к штуцерам коллек-
торов, применяя подкладные кольца Концы вальцуемых труб конвек-
тивного и экранного пучков перед установкой на парогенератор зачи-
щают до металлического блеска на длине 100 мм.
Сначала устанавливают первые ряды экранного и последние ряды
конвективного пучков Трубу вставляют в отверстие верхнего коллек-
тора и подвигают внутрь его так, чтобы другой конец можно было
подвести к отверстию нижнего коллектора После этого трубу опускают,
вводя ее свободный конец в отверстие нижнего коллектора После
86
Рис 3 28 Проверка положения коллектора а - уклон, б - разворот
проверки и подгонки по плазу двух крайних труб установочных рядов
и установки их на штатные места торцы этих труб выравнивают со сто-
роны водяного коллектора и предварительно закрепляют, как правило,
путем вальцевания Затем выправляют все трубы по предварительно
закрепленным и вальцуют верхние и нижние концы труб Технологи-
ческие припуски удаляют после выравнивания труб подрезкой со сто-
роны верхнего коллектора В процессе вальцевания металл трубы течет
в осевом направлении, что приводит к возникновению осевых усилий,
стремящихся развернуть пароводяной коллектор на 2-6 мм.
Качество вальцованных соединений проверяют визуально и гидрав-
лическими испытаниями После гидравлического испытания парогене-
ратора на нем монтируют собранные заранее стенки каркаса и обшивки
Конструкция стенда, показанного на рис 3 27, позволяет устанавливать
каркас и обшивку парогенератора без удаления крепления сборочного
стенда При этом поперечный разворот и продольный уклон парового
коллектора практически отсутствуют В этом случае в трубах и элементах
каркаса частично сохраняют остаточные напряжения, обусловленные
технологией сборки Однако, как свидетельствует опыт, они не влияют
на работу парогенераторов
Монтаж каркасов с обшивкой начинают со сборки внутренних
кожухов переднего и заднего фронтов Их крепят к соответствующим
приварным элементам коллекторов После этого ставят боковые стенды
газохода и стороны экрана Внутренние кожухи боковых стен сваривают
монтажными угловыми швами с внутренними кожухами фронтов Эти
соединения усиливают приваркой треугольных книц
После этого ставят наружные кожухи переднего и заднего фронтов
Наружные фронтовые листы приваривают краями к отфланцовкам на-
ружных кожухов боковых стен, а также скрепляют с внутренними
посредством многочисленных трубчатых связей. Все разъемные соеди-
нения уплотняют Прокладками из асбестовой ткани и асбо магнезиального
шнура Хвостовые поверхности нагрева (экономайзер, воздухоподогре-
ватель и др ) устанавливают по окончании монтажа каркаса и обшивки
В процессе монтажа стенок тепловые зазоры выдерживают по чер-
тежу При отсутствии указаний в чертежах отклонения тепловых зазоров
принимают равными + 3 мм При монтаже подколлекторные листы долж-
ны быть пригнаны к коллекторам, а остальные листы обшивки — один
к другому, местные зазоры допускаются не более 0,5 мм
87
Устройства, расположенные внутри коллекторов, устанавливают
и закрепляют в процессе сборки napoi енератора в цехе К внутренним
устройствам пароводяного коллектора относятся паросборная труба,
питательные трубы, потолочный и погруженный дырчатые щиты, паро-
охладитель с паропроводом, трубы системы верхнего продувания и
детали их крепления Внутренние устройства коллектора пароперегре-
вателя состоят из продольных и поперечных перегородок для обеспе-
чения последовательного протока по ходам. Монтаж внутренних частей
несложен, но требует аккуратности в пространственно стесненных ус-
ловиях
Выходные отверстия питательных труб должны быть направлены
в сторону опускных труб парогенератора. Дырчатые щиты устанавли-
вают на строго определенном расстоянии от среднего уровня в кол-
лекторе Воронки верхнего продувания также размещают точно отно-
сительно уровня воды В процессе монтажа внутренних устройств должно
быть обеспечено плотное прилегание щитов, перегородок и других де-
талей к опорным элементам коллектора.
Выполнять сварочные работы в коллекторе нельзя, поэтому после
пригонки отдельные элементы внутренних частей соединяют под сварку
прихватками, извлекают из коллектора и сваривают на сборочном
участке После зачистки сварных швов узел монтируют в коллекторе.
Такие же требования предъявляют к монтажу внутренних частёй
водяных коллекторов (деталей нижнего продувания, разделительных
козырьков и др ) и коллекторов пароперегревателя. После установки
внутренних частей коллекторы очищают от загрязнений, а котельные
грубы прокатывают шарами для выявления возможной засоренности
посторонними предметами.
Для^ защиты металлических частей обшивки парогенератора от
воздействия высоких температур топочных газов, а также для обеспе-
чения нормальных условий работы обслуживающего персонала и умень-
шения тепловых потерь через обшивку внутренние поверхности топоч-
ного пространства облицовывают огнеупорным кирпичом. Металлические
конструкции стен со стороны газоходов покрывают слоем внутренней
изоляции Изолируют также выступающие из стен коллекторы, почти
всю арматуру, трубопроводы и горячий воздухопровод
В соответствии с требованиями Регистра СССР температура наруж-
ной поверхности изоляции парогенератора не должна превышать 60 С
Кирпичная кладка покрывает все стены газохода вплоть до места, где
температура газов не превышает 600 С Обычно это район экономай-
зера ДтЯ кладки топок судовых парогенераторов используют огне-
упорный кирпич различной формы из карборунда или шамота
Монтаж изоляции в большинстве случаев производится в цехе за-
вода Однако некоторые узлы, например дымоходы, часть арматуры,
отдельные участки коллекторов изолируют после установки и закреп-
ления парогенератора на судне Для изоляции применяют совелитовые
и вермикулитовые плиты, асбестовую ткань или асбестовый картон,
сове шт и ньювель в порошке, асбомагнезиальный шнур и другие
88
материалы Сверху изоляцию покрывают листами оцинкованной стали,
закрепляемыми специальными бандажами
Арматуру парогенератора устанавливают на паронитовых или метал-
лических прокладках и крепят к штуцерам на шпильках или болтах
Особые требования предъявляют к монтажу водомерных приборов.
Герметичность фланцевых соединений и запорных органов арматуры
контролируют во время гидравлических испытаний
Форсунки располагают в специальных башмаках, укрепленных
на тарелках и тщательно к ним пригнанных Отклонение оси форсунки
от оси фурменного отверстия на торце форсунки, обращенном к топке,
не должно превышать допуска на нецилиндричность фурменного отвер-
стия. Окончательное положение форсунок уточняется по факелу распи-
ливания при пробных пусках парогенератора конус факела не должен
пересекаться с внутренней поверхностью фурмы или касаться ее
Монтаж трубопроводов на фронте производят после окончания
работ по установке форсунок, сервомоторов для дистанционного уп-
равления процессом сгорания, приводов, клапанных панелей Трубы
не должны препятствовать доступу к форсункам и клапанам, провисать,
переплетаться и перекрывать одна другую.
После окончания сборки парогенератор подвергают внутренней
консервации путем распыления моноэтаноламина или ингибитора НДЛ,
устанавливают на место и закрывают пазовые затворы и открытые
патрубки.
3.6.2. Сборка парогенераторов ЯЭУ
Парогенераторы ЯЭУ имеют следующие основные узлы, трубные
системы, корпус, днище, раздающие и собирательные коллекторы или
трубные решетки, монтажные узлы, переходные соединения и т. д.
Сборку парогенератора при мелкосерийном производстве выполняют на
неподвижных или подвижных стендах, оснащенных специальным обору-
дованием. При сборке необходимо исключить попадание загрязнений,
пыли, влаги, смазочных масел на собранные и собираемые узлы. Темпе-
ратура воздуха в помещении должна быть не ниже 16 С. Необходим
строгий учет инструмента и личных вещей монтажника.
На общую сборку парогенераторов со змеевиковыми трубными
системами поступают из ряда узловых сборок аналогичные по конструк-
ции внутренние и наружные трубные системы, навитые индивидуальным
или групповым методом, отличающиеся только размерами и некоторы-
ми деталями, а также кольцевые камеры или трубные разделительные
камеры Технология узловой сборки этих систем одинакова
Концы трубных систем змеевиков, поступивших на сборку, отреза-
ют по длине, подторцовьгвают и зачищают до металлического блеска на
длине 20—30 мм Затем подготовленные трубные системы собирают
с коллекторами. При сборке в горизонтальном положении трубную
систему укладывают на кантователь. Коллектор подводят к труб-
ной системе, выверяют по осевым линиям и концы змеевиков
89
прихватывают к штуцерам коллектора ручной аргонодуговой сваркой.
Зазор между торцами трубы змеевика и штуцера коллектора не должен
превышать 1 мм, а излом их осей — не более 6 — 12 в зависимости от
типоразмера змеевика.
В ряде случаев, когда трубные системы просты по конструкции и
имеют небольшую массу, установку и прихватку обоих коллекторов
производят одновременно, а приварку коллекторов выполняют на
специальном кантователе, обеспечивающем поворот на 180 .
После приварки трубную систему испытывают на прочность гид-
равлическим давлением Рпр = 1,25Рр + 0,5 МПа (Рр - рабочее дав-
ление) Затем, после тщательной просушки перегретым паром, систему
испытывают на герметичность с помощью гелиевого течеискателя.
Сборка парогенератора заключается в соединении внутренней и
наружной трубных систем в единый циркуляционный контур и уста-
новке его в корпусе, а также в монтаже наружных трубопроводов.
При сборке парогенератора на стенде общей сборки внутреннюю
трубную систему устанавливают относительно наружной с таким расче-
том, чтобы зазор между обечайками этих систем был 4 — 6 мм. Затем
монтажные соединения коллекторов наружной трубной системы со-
бирают под сварку на подкладных кольцах и приваривают аргоноду-
говой сваркой.
На днище парогенератора, укрепленное горизонтально, устанавли-
вают трубную систему На наружный змеевик надевают обечайку с
дистанционными полосами. Затем подгоняют верхнее днище к обечай-
ке и к боковому патрубку верхнего коллектора, устанавливают и подго-
няют по месту паровой патрубок. Приварку днищ производят сварочным
автоматом под слоем флюса на механизированном кантователе Паровой
патрубок и патрубок верхнего коллектора приваривают к верхнему
днищу ручной электродуговой сваркой. После этих операций пароге-
нератор устанавливают в вертикальном положении на стенде, где прих-
ватывают внешние трубы первого и второго контуров. Приварку этих
труб выполняют ручной электродуговой сваркой на горизонтальном
кантователе.
Внутреннюю полость готовых изделий после прочностных испытаний
гидравлическим давлением Рпр = 1,25Рр промывают от возможных
загрязнений. В процессе промывки определяют гидравлические сопро-
тивления по первому и второму контурам После этих операций паро-
генератор просушивают перегретым паром и окончательно контролиру-
ют герметичность с помощью гелиевого течеискателя
По конструкции парогенераторы с U-образной трубной системой
(рис 3.29) значительно отличаются от парогенераторов змеевикового
типа, в связи с чем технология их сборки имеет некоторые особенности
Продольные швы штампованных заготовок средней части корпуса
заваривают автоматической или ручной дуговой сваркой. Сваренные
детали после 100%-ного рентгеноконтроля подвергают термической
обработке для снятия сварочных напряжений и механической обработ-
ке под сварку с горловиной и цилиндрической частью.
90
я оли
оыхоо питательной воды
Рис 3 29. Конструкция парогенератора с U-образной трубной системой
Кованые заготовки горловины и цилиндров после механической об-
работки посадочных кромок сваривают также автоматической или ручной
электродуговой сваркой и подвергают рентгеноконтролю. Сварные узлы
корпуса проходят термообработку. Затем в процессе растачивания уда-
ляют корень кольцевых швов и обрабатывают посадочные места корпуса
под установку вытеснителей с точностью по 7-му квалитету.
Цилиндрическую часть корпуса собирают под сварку с верхней частью
корпуса, сваривают автоматической или ручной дуговой сваркой и под-
вергают 100 %-ному рентгеноконтролю.
Готовый корпус проходит термообработку после сварки и оконча-
тельную механическую обработку, в процессе которых удаляют корень
шва, обрабатывают посадочные места для сборки корпуса с вытесните-
лем и трубной частью, а также отверстия в трубной решетке, корпуса и
гнезда под шпильки крепления во фланцы горловины. Корпус подрезают
в окончательный размер и обрабатывают нижние кромки под сварку с
частями полутора. Готовый корпус подвергают гидравлическому испы-
танию на прочность давлением, после чего он поступает на общую сборку.
Трубные пучки парогенератора собирают из U-образных цельных
труб без сварных швов. Корпуса устанавливают в опорной плите так,
чтобы угол между осями соседних цилиндрических секций не превышал
±1,5 , после чего закрепляют с помощью сварки Патрубки соседних
корпусов испарительной и пароперегревательной секций собирают,
сваривают ручной электродуговой сваркой и просвечивают рентгеном.
Затем корпус парогенератора укладывают на специальное приспо-
собление. В каждый цилиндр заводят предварительно собранный вы-
теснитель, отверстия которого совмещают с отверстиями трубной ре-
шетки, и прихватывают в нижней части к цилиндру. После установки
91
вытеснителей подгоняют и приваривают к цилиндрам секций внутреннюю
половину соединительных полуторов. В подготовленный таким образом
корпус парогенератора устанавливают U-образные трубки.
После заводки концы труб слегка развальцовывают в отверстиях
трубных решеток. Сборку трубного пучка начинают с более коротких
внутренних рядов. Затем устанавливают наружные половины соедини-
тельных полуторов и приваривают их к корпусам секций. После этого
трубы закрепляют деформационным способом и производят техноло-
гическое резервирование их дополнительной обваркой. Собранный па-
рогенератор подвергают гидравлическим испытаниям раздельно по
трубному и межтрубному пространству давлением Рпр = 2Рр, после
чего пропаривают по обоим контурам перегретым паром и испытывают
на герметичность с помощью гелиевого течеискателя.
Изготовленный и проверенный парогенератор проходит общую
термическую обработку для снятия сварочных напряжений, после чего
прочность и герметичность межтрубного пространства вновь контролиру-
ют гелием при давлении Рпр = Рр. По окончании этих испытаний на
корпус устанавливают съемные крышки, готовый парогенератор кон-
сервируют по первому и второму контурам моноэтаноламином.
3.6.3. Сборка конденсаторов и теплообменных аппаратов
Несмотря на большое разнообразие конструкций, сборку теплооб-
менных аппаратов различного назначения характеризует определенное
количество сборочных операций: сборка корпуса, сборка трубной части,
монтаж внутренних устройств, установка крышек, монтаж арматуры и
гарнитуры, нанесение изоляции и консервация.
Стенки конденсатора судовых паровых турбин в процессе эксплуа-
тации испытывают разность давлений, обусловленную давлением за-
бортной воды, протекающей внутри труб, и вакуумом паровоздушной
смеси в межтрубном пространстве. В связи с этим корпуса конденсато-
ров имеют различную форму с жестким набором, обеспечивающим ее
устойчивость. Ребра жесткости приваривают внутри и снаружи корпуса.
Сборку конденсатора начинают с монтажа продольной перегородки
и дистанционирующих решеток, назначение которых — организовать
движение паровоздушного потока и предотвратить вибрацию трубного
пучка от поперечного потока. Для компенсации тепловых удлинений
трубного пучка дистанционирующие решетки устанавливают с осевым
смещением. После чего их фиксируют, приваривая к корпусу. Зате'м
устанавливают и приваривают к корпусу трубные решетки.
Ответственной операцией является сборка трубного пучка. Вследст-
вие несоосности отверстий в трубных и дистанционирующих решетках,
возникающей из-за их конструктивного относительного смещения и
технологических отклонений, в ряде случаев сборка трубного пучка
затруднена. Для более удобной заводки труб в свободный конец встав-
ляют специальные заостренные наконечники, которые направляют трубы
в заданные отверстия. В случае затруднений при сборке, а также при
92
Рис. 3.30 Секция топпивоподогревателя типа „труба в
трубе”
изготовлении трубного пучка и решеток из титановых сплавов, характе-
ризуемых высоким коэффициентом трения, можно использовать устрой-
ство для вибрационной сборки. Принцип его действия основан на сниже-
нии сил трения под действием вибрационных колебаний. В устройстве
размещен магнитострикционный преобразователь, питаемый внешним
генератором ультразвуковых колебаний. Этот преобразователь по-
средством специального концентратора присоединяют к торцу устанавли-
ваемой трубы, которую легко и без повреждений наружной поверхности
проводят через отверстия трубных и дистанционирующих решеток в
теплообменной полости.
Крепление труб в конденсаторах не отличается от уже рассмотрен-
ного. Как правило, применяют один из освоенных на данном предприя-
тии деформационных способов и дополнительное (резервное) крепление
в виде торцевой или проплавкой аргонодуговой сварки либо другие спо-
собы технологического резервирования. После закрепления труб уста-
навливают водяные камеры и производят гидравлическое испытание на
прочность пробным давлением 0,2 МПа. Изготовленный и проверенный
конденсатор проходит термическую обработку для снятия напряжений,
возникших при сварке корпусных конструкций и труб с трубными
решетками.
Сборка большого числа судовых теплообменных аппаратов мало чем
отличается от рассмотренной. Специфические особенности возникают
при сборке теплообменников типа „труба в трубе” (рис. 3.30), приме-
няемых, например, для снижения вязкости и обеспечения высокого
качества распыла мазута в топках. Такие подогреватели отличаются
простотой конструкции и надежностью в эксплуатации.
Секция топпивоподогревателя состоит из трех основных частей: тру-
бы корпуса 1, крышки 3 и нагреваемой U-образной трубы 2, на внешней
поверхности которой расположены продольные ребра, приваренные
к ней перед сборкой и обеспечивающие дистанционирование и уве-
личение поверхности теплообмена. Греющий пар через клапан 7, ввер-
нутый в штуцер, приваренный к трубе корпуса 1, проходит внутри
трубы 2 и в виде конденсата отводится через клапан 8, установленный на
93
теплообменнике аналогично клапану 7 Нагреваемое топливо через кла-
пан 9 поступает в зазор между трубами, омывает наружную поверхность
и ребра трубы 2, нагревается и выходит через клапан 6
После сборки колено нагреваемой трубы 2 закрывается крышкой 3,
уплотненной по контуру болтовым фланцевым соединением с фланцем
корпуса 1 Топливоподогреватели устанавливают на опорах 4 и 5, одна
из которых подвижная. Наружную поверхность корпуса покрывают изо-
ляцией
ГЛАВА4
ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА СУДОВЫХ ДИЗЕЛЕЙ
4.1. ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОИЗВОДСТВА
Применяемые на судах дизели характеризуются многообразием ти-
пов, мощностей, габаритов и массы. Дизели используются как главные
двигатели и как вспомогательные (дизель-генераторы, дизель-компрес-
соры ит д.). Наряду с тронковыми двигателями, выполняемыми с
различным расположением цилиндров — одно-, двухрядным, V-образ-
ным, звездообразным и др, выпускаются малооборотные крейцкопф-
ные двигатели большой мощности (до 20 тыс. кВт и более в одном агре-
гате) . Снижение удельной массы двигателей и уменьшение их габаритов
продолжают оставаться важными направлениями конструирования.
Первостепенной задачей становится повышение долговечности и надеж-
ности двигателей.
Дизель представляет собой весьма сложную конструкцию, состоя-
щую из нескольких тысяч деталей. Наряду с деталями массой несколько
тонн и даже несколько десятков тонн, таких как рамы, цилиндровые
блоки, коленчатые валы малооборотных машин, выполняются мелкие и
прецизионные детали топливной аппаратуры.
Конструкции двигателей непрерывно совершенствуются, повышают-
ся их мощность, экономичность, надежность и уровень автоматизации
Решение новых задач невозможно без развития технологии, без создания
новых технологических процессов, отвечающих все возрастающим требо-
ваниям к качеству и производительности обработки В увеличении на-
дежности двигателей, в устранении преждевременного выхода из строя
деталей и механизмов вследствие изнашивания, усталостных явлений,
коррозии, эрозии и других причин большое значение имеет стабильность
технологических процессов. Такая стабильность достигается на основе
глубокого изучения и исследования всех параметров технологического
процесса и управления ими.
Для современных судовых дизелей характерно использование высо-
кокачественных материалов, обладающих необходимыми показателями
94
прочности и износостойкости в условиях повышенных температур, дав-
лений и воздействия агрессивной среды. Широко применяются легиро-
ванные стали и чугуны, а также легкие сплавы. К материалам предъяв-
ляют высокие требования в отношении однородности структуры, меха-
нических свойств, а иногда и химического состава. В дизелестроении
начинают находить применение конструкционные керамические мате-
риалы, титановые сплавы, а также пластмассы, главным образом
армированные стеклянным волокном (стеклопластики)
Заготовками для сталей сложной конфигурации, в частности для
деталей остова средних и крупных двигателей, кроме отливок из чугуна
все чаще служат сварные комбинированные конструкции, в которых
небольшие, но сложные по форме элементы, выполненные из стальных
отливок и штамповок, свариваются с простыми, но большого протяже-
ния элементами из профильного и листового проката. Снижается удель-
ная масса дизеля, а часто и его стоимость.
Почти все основные детали двигателей проходят термическую обра-
ботку. Для деталей из легированных сталей обязательна закалка с вы-
соким отпуском с целью достижения требуемых механических свойств.
Стальные и чугунные отливки, сварные конструкции и крупные поковки
из углеродистой стали подвергают отпуску для снятия остаточных
напряжений. Для ряда деталей необходимы операции, повышающие
поверхностную твердость и износостойкость, например: цементация
с последующей закалкой, азотирование, закалка ТВЧ. Азотирование
используется и с целью повышения усталостной прочности некоторых
дизельных деталей.
Широкое распространение имеют разнообразные покрытия, приме-
няемые для ускорения приработки и повышения износостойкости ра-
бочих поверхностей цилиндров, поршней, поршневых колец и подшип-
ников В качестве материалов для металлических покрытий служат
олово, свинец, кадмий и другие металлы, а для неметаллических —
фосфатные и оксидные пленки. Из металлических можно особо отме-
тить покрытие пористым хромом. Весьма перспективно применение
в дизелестроении, в особенности для двигателей с ограниченным тепло-
отводом, керамических теплозащитных покрытий, обладающих высокой
термостойкостью, пластичностью, с коэффициентом температурного
расширения, близким к коэффициенту основного металла. В качестве
керамических покрытий используются нитриды или карбиды кремния,
стабилизированные диоксидом циркония, а также керамические пок-
рытия на основе графита.
В зависимости от назначения и вида покрытия применяются гальва-
нический, газопламенный, плазменный и лазерный способы его нанесе-
ния. Использование лазерной технологии в некоторых случаях пред-
почтительнее, поскольку обеспечиваются более высокие качество адге-
зии и плотность покрытия
С помощью сфокусированного неподвижного или сканирующего
луча СО2-лазера мощностью 2—3 кВт на поверхности детали обра-
зуется сварочная ванна, куда осуществляется пневматическая подача
95
наплавляемого материала в виде порошка. Быстрые расплавление и кри-
сталлизация порошка, незначительное подплавление основного металла
и локальность нагрева позволяют получить покрытие высокого качества.
Перечисленные термические, химико-термические, гальванические,
заливочные и другие операции влияют на построение технологического
процесса: увеличивается общее число операций, усложняется маршрут
движения деталей по цехам.
Основные детали дизелей обрабатывают на станках при соблюдении
строгих требований к точности расположения, размеров и шерохова-
тостей. У сопрягаемых плоских и цилиндрических поверхностей допус-
каются минимальные отступления от точности геометрической формы.
Рабочие поверхности деталей остова и механизма движения, например
цилиндры, поршни, шейки коленчатых валов, поршневые пальцы, ра-
мовые, мотылевые и головные подшипники, выполняют по 7-му ква-
литету при обеспечении малой шероховатости. В высокооборотных
дизелях эти сопряжения часто обрабатывают по 6-му квалитету. Особен-
но сложно производство топливной аппаратуры, где необходимы герме-
тичность и вместе с тем легкость передвижения парных деталей. Зна-
чительные трудности в обеспечении задаваемой точности расположения
поверхностей возникают в процессе обработки крупногабаритных
заготовок малой жесткости, например при обтачивании шеек коленча-
того вала малооборотного дизеля, при растачивании гнезд подшипников
сварного остова и т. д.
Все более широко используется в дизелестроении обработка заго-
товок с учетом ожидаемых деформаций, появляющихся в процессе
.сборки, а также в рабочих условиях, что позволяет обеспечить качество
сопряжения трущихся деталей. Например, цилиндровые втулки изго-
товляются с преднамеренным искажением формы отверстия, учитываю-
щим их деформацию при установке в блок. Овально-бочкообразная
форма поршня позволяет компенсировать температурные и силовые
деформации, возникающие в рабочих условиях.
Применяются различные виды упрочнения поверхностного слоя
деталей путем пластической деформации с целью повышения их вы-
носливости в условиях действия циклического нагружения, например
дробеструйная обработка шатунов, шатунных болтов, пружин, обкатка
роликом галтелей шеек валов и т. д.
Использование станков с ЧПУ, обрабатывающих центров и гибких
производственных систем позволяет не только значительно повысить
производительность процессов обработки, но также способствует ста-
билизации основных параметров качества деталей.
Конструкция современных дизелей обычно позволяет комплекто-
вать детали в составные части и механизмы, сборка которых ведется
независимо и параллельно. Сборка деталей в составные части и общая
сборка двигателя должны обеспечить правильное взаимодействие всех
деталей и механизмов.
Высокие качество и производительность сборки достигаются прежде
всего точным соблюдением предписанных допусков при механической
96
обработке деталей. Благодаря этому резко снижается объем слесарно-
пригоночных работ и создаются условия для осуществления принципа
в заи мозаменяе мости
Наибольший объем слесарно-сборочных работ выполняется на
узловой сборке Узлы и целые механизмы (блоки, шатуны и поршни,
топливную аппаратуру, водяные и масляные насосы, нагнетатели, посты
управления, регуляторы, зубчатые передачи и т д ) собирают, испыты-
вают и обкатывают до общей сборки двигателя. Таким образом обеспе-
чивают высокое качество и единообразие регулировки механизмов,
сокращают продолжительность сборки на сборочном стенде и регули-
ровки двигателя на испытательном
Высокие требования к надежности современных судовых дизелей
делают необходимым технический контроль на всех стадиях изготовле-
ния, начиная с выполнения заготовок и их термической обработки и
кончая механической обработкой, сборкой и сдаточными испытаниями
Производство судовых дизелей носит мелко- и среднесерийный ха-
рактер и лишь для некоторых типов высокооборотных двигателей -
крупносерийный
Мелкосерийным можно считать производство с годовым выпуском
20—30 крейцкопфных дизелей с числом цилиндров обычно от 5 до 12
Повторяющиеся для каждого цилиндра детали — поршни, шатуны,
втулки и крышки цилиндров — изготовляются ежемесячно партиями
по 10—20 шт., что позволяет настраивать станки с использованием при-
способлений и специального инструмента, повышающих точность изде-
лий и производительность обработки Производство с годовой програм-
мой не менее 300 —400 двигателей относят к крупносерийному. В парке
станков может быть использовано значительное число специальных и
специализированных станков, выполняющих только одну операцию
для определенной детали, например расточку в поршнях отверстий
под палец, расточку втулок цилиндров и т п.
Судовое дизелестроение характеризуется специализацией Имеются
дизельные заводы, выпускающие только тяжелые крейцкопфные дви-
гатели или только легкие высокооборотные. Особое значение в отечест-
венном дизеле строении приобретают принцип кооперирования дизеле-
строительных заводов и привлечение к производству других машино-
строительных предприятий. При последовательной системе кооперации
дизелестроительный завод имеет хорошо оборудованные механические
и сборочные цехи и получает от заводов-поставщиков заготовки, прошед-
шие черновую и термическую обработку коленчатые валы, шатуны,
штоки, а также фасонные чугунные и стальные отливки и сварные кон-
струкции При параллельной системе кооперации завод-изготовитель
двигателей получает от узкоспециализированных предприятий полностью
готовые детали и целые узлы коленчатые валы, поршневые коль-
ца, вкладыши подшипников, шестерни, топливную аппаратуру, на-
сосы, нагреватели, охладители масла, воды и воздуха, разобщи-
тельные муфты и т д. Кооперация, создавая условия для специа-
лизации предприятий, способствует повышению качества, снижению
4 Зак 216' 97
себестоимости и сокращению производственного цикла изготовле-
ния двигателей.
Ускорению выпуска новых машин благоприятствуют такие орга-
низационные мероприятия, как унификация и нормализация узлов
и деталей для двигателей разных типоразмеров, использование стандарт-
ных механизмов, приборов и деталей, изготовляемых в условиях массо-
вого производства на других заводах.
4,2. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ ОСТОВА ДИЗЕЛЯ
4.2.1. Материалы и заготовки
К деталям, образующим остов двигателя, относятся рамы, картеры,
стойки, блоки цилиндров и крышки. Иногда остов среднеоборотного
двигателя представляет собой цельную конструкцию, получаемую путем
сварки или отливки. Детали остова должны обеспечить правильное рас-
положение и взаимодействие кинематически связанных между собой
деталей механизма движения.
Детали остова имеют сложную конфигурацию и испытывают значи-
тельные переменные нагрузки от давления газов и сил инерции или
воспринимают усилия от затяжки анкерных связей Блоки цилиндров
воспринимают также боковые усилия от поршней. Крышки (головки)
и блоки цилиндров испытывают и тепловые напряжения.
К материалу деталей остова предъявляют повышенные требования
в отношении прочности?, жесткосйГ, плотности и коррозионной стой-
кости. Заготовками обычно служат отливки из чугуна марок СЧ 24-44,
СЧ21-4?), а иногда высокопрочного чугуна ВЧ45-5, а также отливки из
алюминиевых сплавов АЛ4 и АЛ5.
В большинстве случаев крупные детали остова отливают в сухие
земляные формы, изготовленные по деревянным моделям. Почти все
детали остова - рамы, блоки, картеры, цилиндры и т. д. - формуют
в двух опоках с соответствующим разъемом модели также на две части
Форму заливают в таком положении, при котором в результате гидро-
статического давления жидкого металла достигается более плотная и
однородная структура наиболее нагруженных частей детали. С этой
целью рамы отливают верхней плоскостью книзу, верхний и нижний
картеры — плоскостями разъема книзу, цилиндровый блок — верхними
фланцами для крепления крышек книзу и т. д. На поверхности деталей,
которые являются верхними при заливке, назначают повышенный при-
пуск, благодаря этому скапливающиеся здесь газовые раковины и
шлаковые включения полностью удаляются при последующей меха-
нической обработке
Заготовку остова среднеоборотного двигателя часто получают
сваркой, благодаря чему его масса по сравнению с литой конструкцией
может быть уменьшена примерно в два раза. Кроме того сварная кон-
струкция остова позволяет снизить объем последующей обработки
98
резанием, практически полностью исключается неисправимый брак
Стоимость сварной конструкции на 10—20% ниже стоимости чугунного
литья, так как отпадает надобность в моделях
Для изготовления цельносварного остова среднеоборотного дизеля,
а также отдельных узлов остова малооборотного дизеля обычно исполь-
зуются малоуглеродистые стали марок 10, 15, 15Г, поскольку они обла-
дают хорошей свариваемостью.
Заготовки элементов сварной конструкции получают из проката
и только небольшое количество фасонных элементов, например гнезд
рамовых подшипников, изготовляют путем отливки или штамповки
Общее количество элементов достигает нескольких сотен. Рациональное
расчленение конструкции на составляющие элементы может весьма
существенно снизить трудоемкость изготовления, поэтому иногда остов
состоит из относительно небольшого количества элементов, получаемых
в основном отливкой (рис 4.1)
После сварки заготовки подвергают термической обработ-
ке — отпуску для снятия остаточных напряжений при температуре
600-680 °C.
Рис. 4.1 Основные элементы сварно-литого остова дизеля
1 - картер блока; 2 - передний лист; 3 — опора цилинд-
ров; 4 — перегородка ресивера; 5 — опора лотка; 6 —
задний лист
99
Рис. 4 2 Резцовая муфта (а)
и расточная головка (б)
Блоки цилиндров, крышки, головки и т. д обязательно проходят
гидравлические испытания после окончательной механической обработ-
ки рабочих полостей. Чтобы избежать затрат на обработку тех заготовок,
которые впоследствии могут оказаться забракованными, широко при-
меняют предварительное гидравлическое испытание деталей еще в заго-
товительных цехах, производя до этого там же черновую обработку.
4.2.2. Требования к обработке и выбор оборудования
Детали остова современных двигателей легко деформируются,
если недостаточно полно устранены остаточные напряжения (литейные,
сварочное) или слишком велики усилия крепления и резания. Поэтому
обработку, как правило, делят на черновую и чистовую,а иногда выделя-
ют отдельным этапом отделку Между черновым и чистовым этапами
предусматривают термообработку для снятия остаточных напряжений
Первой операцией обычно служит разметка: проверяют все размеры
заготовки и наносят центровые риски, а также риски, определяющие
границы припусков на обрабатываемых поверхностях При крупносе-
рийном производстве мелких двигателей высокая точность изготовления
отливок и сварных заготовок позволяет устанавливать их на станки
без проверки по разметочным рискам, используя в качестве установоч-
ных баз черные поверхности
Обработке подвергают прежде всего основные базовые плоскости,
а затем отверстия
Для обработки плоскостей с большой протяженностью используют
продольно-фрезерные станки. Весьма перспективным является примене-
ние продольно-фрезерных станков с ЧПУ, в том числе станков типа „обра-
батывающий центр”, что позволяет совместить все виды обработки, вклю-
чая растачивание гнезд подшипников и сверление отверстий. Совмещение
нескольких видов обработки уменьшает число установок детали и сокра-
щает вспомогательное время, которое для крупных деталей составляет
до 50% общего времени, а также повышает точность обработки.
100
При обработке рам малооборотных дизелей, а также других деталей
большого размера все чаще используют комбинированные станки типа
продольно-фрезерных, снабженные фрезерными, строгальными, расточ-
ными и шлифовальными суппортами. На подобных станках можно
устанавливать детали габаритами 4 х 20x3 ми массой 150 т и более
Большие отверстия в мелкосерийном производстве обычно обра-
батывают на универ сально-расточных станках, а в крупносерийном —
на многошпиндельных, вертикально-расточных, агрегатных и специаль-
ных станках. Крепежные отверстия в деталях остова при изготовлении
даже мелких серий сверлят на радиально-сверлильных станках по кон-
дукторам.
Большие отверстия растачивают резцовыми муфтами или расточны-
ми головками. Головки устанавливают в шпиндель станка или надевают
на борштангу. В мелкосерийном производстве применяют резцовые
муфты (рис. 4.2, а). Резцы в муфту устанавливают по индикатору или
регулируют их положение уже при растачивании (установка на
стружку). В крупносерийном производстве используют расточные го-
ловки (рис. 4.2, б), у которых резцы установлены и заточены на тре-
буемые размер отверстия заранее
4.2.3. Обработка фундаментной рамы
При обработке рамы (рис. 4.3) предъявляют следующие требования
к точности расположения поверхностей
Оси гнезд рамовых подшипников должны лежать на одной прямой
Отклонения между осями двух соседних гнезд допускаются не более
0,02—0,04 мм. Соосность гнезд проверяют оптическими прибора-
ми, например оптической струной ДП-477 Этим же прибором конт-
ролируют плоскостность верхних базовых поверхностей и репер-
ных кромок фундаментной рамы больших размеров. Несоосность рамо-
Вых подшипников влечет за собой появление дополнительных знакопере-
менных напряжений в коленчатом вале, снижающих его выносливость
Ось гнезд должна быть па-
раллельна верхней плоскости
рамы, этим обеспечивается
перпендикулярность осей ци-
линдров оси коленчатого ва-
ла. Отклонение от параллель-
ности допускается не более
&,03 мм на 1 м длины и не бо-
лее 0,1 мм на всей длине рамы.
Плоскости опорных лап
для удобства сборки двига-
теля на заводском стенде вы-
полняют параллельными верх-
ней плоскости рамы с до-
пуском 0,05 мм на 1 м длины.
Рис 4.3 Фундаментная рама
101
Торцевые плоскости рамы, если к ним крепят вспомогательные ме-
ханизмы, кинематически жестко связанные с коленчатым валом, долж-
ны быть перпендикулярны оси гнезд подшипников. Допустимое откло-
нение 0,05 мм на 1 м длины.
Высокие требования предъявляют к плоскостности верхней поверх-
ности рамы. Отклонения от плоскости (допускаются местные вог-
нутости) при проверке линейкой длиной 3-4 м и щупом не более
0,05 мм.
Допуски на размеры при обработке рам судовых двигателей
(см рис. 4.3).
— на размер d гнезд под вкладыш рамовых подшипников — Н7—Н9;
- на размер b между плоскостями замков -Н8-Н9, на соответст-
вующий размер у крышек подшипников — h 7;
- на длину гнезд (размер е) -/9; на расстояние между гнездами
допуски порядка ± 0,1 или ± 0,15 мм;
- размер h от оси гнезд подшипников до верхней плоскости рамы у
двигателей с шатунами без компрессионных прокладок выполняют с
допуском ± 0,05 мм
Боковую кромку у верхней плоскости рамы часто используют как
вспомогательную базу при растачивании гнезд, для ориентировки кон-
дуктора при сверлении и т. д. В этом случае на размеры т и к назначают
технологический допуск ± 0,05 мм. Шероховатость обрабатываемых
поверхностейRa = 2,5 мкм.
План обработки рамы из чугунной отливки (марка СЧ21-40) при-
менительно к условиям серийного производства представлен в табл. 4 1
В процессе предусмотрена только одна разметочная операция для про-
верки отливки и разметки под обдирку поверхностей
Трудоемкие операции чернового фрезерования нижней и верхней
поверхностей ведут на продольно-фрезерных станках. Весьма произ-
водительна черновая обработка рамы по всему верхнему контуру
набором цилиндрических и фасонных фрез (рис. 4.4). На чистовую
обработку оставляют припуск 3—4 мм на сторону.
После термической обработки, снимающей остаточные напряжения,
рама проходит цикл чистовых операций.
При фрезеровании плоскостей сначала обрабатывают опорные лапы,
а затем уже верхнюю плоскость и замки Таким образом, при обработке
более ответственной верхней плоскости установочной базой служат уже
окончательно обработанные опорные лапы. При дальнейших чистовых
операциях для правильной координации обрабатываемых поверхностей
желательно иметь постоянную установочную базу, в качестве которой в
данном процессе выбраны верхняя плоскость и боковая кромка. Это
рационально, так как верхняя плоскость связана с осью гнезд подшип-
ников строгой геометрической зависимостью.
Постоянная база (верхняя плоскость и боковая кромка) использу-
ется для фрезерования торцевых плоскостей, ориентировки кондуктора
при сверлении отверстий на верхней плоскости рамы и растачи-
вания гнезд подшипников. Выбранная база при растачивании гнезд
102
Таблица 4.1 План обработки рамы двигателя в условиях серийного производства
Операция Станок или рабочее Установочные базы СБ — сопря- гаемая; ПБ — проверочная Приспособления и специальный инструмент
Проверка отливки; разметка под обработку плоскостей Разметочная плита ПБ - внутренние поверхности, остающиеся черными -
Черновое фрезерование опорных лап, боковых кромок и плоскости крепления поддона Продольно-фрезерный ПБ - разметочные риски Регулируемые опоры, домкра-
Черновое фрезерование верхней плоскости, замков, гнезд подшип- ников и боковых кромок Тоже СБ - опорные лапы (главная базирующая поверхность) и боковая кромка (направляю- щая базирующая поверхность) Кубики, боковые упоры, набор цилиндрических и фасонных фрез
Черновая подрезка гнезд подшип- ников Универсально- расточ- То же Кубики, боковые упоры, бор- штанги с резцами
Черновое фрезерование торцов (в две установки) У ниверсально-р асточ- ный СБ - верхняя плоскость (глав- ная базирующая поверхность) и боковая кромка (направляю- щая базирующая поверхность) Кубики, боковые упоры
Термообработка для снятия напря- жений . нагрев до 500 °C в течение б ч,выдержка 8 ч, остывание с печью до 150 °C 10 ч; дробеструйная очистка Печь -
Чистовое фрезерование опорных лап, боковых кромок и плоскости креп- о ления поддона Продольно-фрезерный СБ - верхняя плоскость и бо- ковая кромка Кубики, боковые упоры
Операция Станок или рабочее
Чистовое фрезерование верхней плоскости, замков и боковых кромок Продольно-фрезерный
Чистовое фрезерование торцов (в две установки) У ниверсально- расточ-
Сверление всех отверстий на верхней плоскости; нарезание резьбы Радиально- сверлильный
Сборка с крышками рамовых подшипников Слесарный участок
Чистовое растачивание и под- резка гнезд рамовых подшип- ников Универсально-расточный
Сверление отверстий на опор- ных лапах и на плоскости креп- ления поддона Радиально-сверлильный
Сверление отверстий на торцах (в две установки) Радиально- сверлильный или горизонтально-свер- лильный
Нарезание мелких отверстий; сборка с поддоном; испытание водой в течение 15 мин Слесарный участок
Продолжение табл 4 1
Установочные базы' СП — сопря- гаемая; ПБ — проверочная Приспособления и специальный инструмент
СБ - опорные лапы и боковая кромка Кубики, боковые упоры, мерные эталоны для установки инстру- мента
СБ - верхняя плоскость и бо- ковая кромка (постоянная Кубики, боковые упоры
СБ - опорные лапы Кондуктор (ориентируется по верхней плоскости, боковой
кромке и торцу)
СБ*— верхняя плоскость и бо- ковая кромка Наклонное установочное приспо- собление, боковые упоры, бор- штанга с фиксированным поло- жением относительно приспособ- ления
СБ - верхняя плоскость 1 Кондуктор (ориентируется по опорным лапам, боковой кром- ке и торцу)
1 СБ - торцевые плоскости Кондуктор (ориентируется по торцам, верхней плоскости и отверстию гнезд)
- 1 - .
подшипников (рис.4.5,а) вы-
зывает некоторые затруднения,
например неудобно наблюдать
за работой, выполнять конт-
рольные измерения и т. д.
С точки зрения удобства
наблюдения проще всего уста-
навливать раму, как показано
на рис 4 5,6, где в качестве
базы используют опорные ла-
пы и их боковую кромку.
Однако эта база дает меньшую Рис. 4.4. Обработка верхних поверхностей
гарантию параллельности оси рамы набором фрез
гнезд по отношению к верхней
плоскости рамы. В связи с этим вносится ошибка базирования (по-
рядка 0,03 мм на 1 м).
Операцию растачивания и подрезки гнезд подшипников выполняют
на универсально-расточном станке (или на специальных станках). Конус
расточной борштанги соединяется с основным шпинделем стафка, другой
ее койец поддерживается выносным подшипником При рамах длиной
больше 3 м для борштанги предусматривают несколько опор; тогда
целесообразно соединять борштангу со шпинделем не жестко, а с по-
мощью двойного шарнира.
Взамен универсально-расточного станка при растачивании гнезд
подшипников остова используют прйдольно-фрезерный станок с ЧПУ,
имеющий расточную головку. Растачивание гнезд выполняют поочеред-
но В некоторых случаях для этих же целей используется продольно-
фрезерный станок с индикацией перемещений остова, что значительно
сокращает время на выверку ц повышает точность обработки.
Если рамовые подшипники остова имеют подвесную конструкцию
(рис 4.6), то корпуса подшипников 1 в сборе с крышками 2 растачива-
ются в специальном приспособлении, имитирующем их положение в
остове, в деформированном состоянии от усилия затяжки домкрата 3
и шпилек 4 Это позволяет исключить искажение формы отверстий гнезд
при сборке дизеля. Соосность рамовых подшипников прй этом обеспе-
чивается за счет обработки в одну плоскость поверхностей остова, соп-
рягаемых с поверхностью корпусов подшипнйков.
Рис 4 5 Варианты установки рамы при растачивании гнезд подшипников
105
Особенности обработки составной
рамы. Фундаментные рамы малооборот-
ных дизелей имеют длину 15 — 25 ми
изготовляются из нескольких частей
(секций). Очевидно, что обработка
общих плоскостей у составной рамы,
соосность всех гнезд подшипников и
параллельность осей гнезд верхней
плоскости рамы могут быть достигну-
ты лишь при условии окончательной
обработки этих поверхностей в соб-
ранной раме. В составе оборудова-
ния механического цеха должны
Рис 4.6. Подвесная конструкция
рамовых подшипников
быть предусмотрены уникальные станки соответствующих размеров
При наличии такого оборудования черновую обработку всех частей
рамы ведут раздельно. Затем окончательно фрезеруют или строгают
плоскости соединения, соблюдая для каждой части ее параллельность,
и сверлят в них отверстия. На особом стенде предварительно собирают
все части рамы на простых болтах с зазорами в отверстиях 2—3 мм;
в незатянутом состоянии зазоры в стыках плоскостей соединения не
должны превышать при измерениях щупом 0,05 мм. Далее совместно
развертывают отверстия под соединительные калиброванные болты^
устанавливаемые с посадкой Я7/к6. Чтобы облегчить установку и уда-
ление болтов, их иногда выполняют не цилиндрическими, а с незначи-
тельной конусностью, например 1 • 500. Обработка таких отверстий
стоит дороже.
Поел? сборки и точной взаимной фиксации на калиброванных
болтах раму для удобства транспортировки разбирают на две или три
секции и подают на продольно-фрезерный станок, где вновь собирают
для обработки плоскостей по всей длине рамы. После сверления отвер-
стий и сборки с крышками рамовых подшипников растачивают гнезда
на универсально-расточном станке.
Рис. 4 7. Растачивание гнезд подшипников на фрезерном станке расточным
< -'суппортом
106
Некоторые дизелестроительные заводы для обработки общих по-
верхностей составной рамы используют только один комбинированный
крупногабаритный станок. На рис. 4.7 показано растачивание гнезд
подшипников, выполняемое на продольно-фрезерном станке с помощью
расточного суппорта 1, закрепленного на поперечине станка. Суппорт
имеет горизонтальный шпиндель 3 с резцовой головкой 2. После рас-
тачивания каждого гнезда с него снимают крышку подшипника и стол
станка с рамой перемещают для обработки следующего гнезда.
При использовании такого станка отпадает необходимость в сложной
технологической оснастке, нужной для растачивания рамы на универ-
сально-расточном станке Освобождается также площадь возле расточно-
го станка, требуемая для установки собранной рамы.
4.2.4. Обработка картера высокооборотного дизеля
При обработке верхнего картера V-образного двигателя (рис. 4.8)
к координации поверхностей предъявляют требования:
- соосность гнезд коренных подшипников; допускаемое отклоне-
ние 0,01-0,02 мм,
— параллельность оси гнезд подшипников плоскостями крепления
блоков и опорным лапам (эта плоскость служит и плоскостью разъема
с нижним картером); допускаемое отклонение не более 0,03-0,05 мм
на 1 м длины;
- перпендикулярность торцевых плоскостей к оси гнезд подшипни-
ков, если к торцам крепятся корпуса механизмов, связанных с колен-
чатым валом, допускаемое отклонение не более 0,05 мм на 1 м длины
Геометрическая связь поверхностей проверяется на контрольной
плите индикаторами, передвигаемыми вдоль контролируемых поверх-
ностей. При проверке параллельности оси подшипников плоскостями
крепления блоков картер устанавливают на плиту поочередно этими
плоскостями
Требуется строгая прямолинейность плоскостей разъема с нижним
картером, плоскостей опорных лап и плоскостей крепления блоков;
Рис. 4 8. Верхний картер высокооборотного дизеля
107
зазор при проверке щупом на плите или линейкой не должен превы-
шать 0,03 мм.
На размеры назначают следующие допуски на гнезда под вкладыши
коренных подшипников — Я6, на отверстия под подшипники зубчатой
передачи и под валики для вспомогательных механизмов -Я7; на раз-
мер b между замками Я7, на соответствующий размер на подвесках
подшипников - кб.
Требования к шероховатости поверхностей показаны на рис. 4.8
Обработка верхнего картера, отлитого из специального силумина
АЛ4, включает три стадии, черновую, чистовую и отделочную. Черновую
обработку поверхностей производят в литейном цехе на участке нулевых
операций Там же заготовки подвергают закалке при 535 'С, гидравли-
ческому испытанию давлением 0,2 МПа в течение 3—5 мин, бакелити-
рованию и искусственному старению при 175 °C. Последний нагрев
служит одновременно и для сушки покрытых бакелитом поверхностей
заготовки, оставляемых без механической обработки.
Для обработки основных плоскостей используют продольно-фрезер-
ные или агрегатные станки с установкой шпинделей 1 под нужным
углом при фрезеровании наклонных плоскостей (рис. 49,а). Централь-
ный фрезерный шпиндель 2 идет позади наклонных шпинделей 1.
ДлЯ окончательной отделки плоскостей применяют метод тонкого
фрезерования одно- или двухрезцовой головкой на быстроходных
продольно-фрезерных станках. Плоскости чугунных или стальных
сварных картеров небольших размеров отделывают на продольно-шли-
фовальных станках.
Установочной базой при фрезеровании опорных лап и плоскостей
замков служат приливы для фундаментных болтов, а при фрезеровании
плоскостей под блоки — опорные лапы. Кроме того, для создания базы,
Рис. 4.9 Фрезерование (а) и сверление (б) наклонных плоскостей картера
108
4 5 4
Рис 4.10 Растачивание гнезд подшипников картера
ограничивающей все шесть степеней свободы, сверлят и развертывают
с допуском Я 8 два сквозных отверстия 3 под установочные штифты
(рис. 4.9, а) : один штифт цилиндрический, а другой ромбический. Опор-
ные лапы в сочетании с этими калиброванными отверстиями служат
постоянной установочной базой, на которую устанавливают картер при
большинстве операций. Перед чистовой обработкой отверстия 3 пов-
торно развертывают с допуском#?.
Для сверления отверстий на плоскостях соединения с блоками
картер (рис. 4.9,6) устанавливают на наклонную подставку 6 с уста-
новочными штифтами 5. Обработку выполняют по кондуктору 4 с двух
позиций, для чего на подставке предусмотрены Два скоса. Подобную
же наклонную подставку используют при растачивании окон на пло-
скостях соединения с блоками.
Гнезда коренных подшипников растачивают на специальных расточ-
ных станках. Перед растачиванием выполняют тонкое фрезерование
плоскостей разъема и замков и собирают картер с подвесками. Уста-
новочной базой на операциях растачивания подшипников служит упо-
мянутая постоянная база. Чистовое и отделочное (тонкое) растачивание
осуществляют борштангой 1 и набором резцов 2, заранее установленных
на требуемый размер (рис. 4.10). Чтобы завести борштангу с настроен-
ными резцами через отверстия гнезд, на которых имеется припуск
под обработку, предусмотрено следующее устройство: в подставки 4
встроены гидравлические или пневматические Домкраты 6, с помощью
которых картер приподнимают на 10—15 мм. В таком положении гнез-
да смещаются эксцентрично оси борштанги, и припуск не Препятствует
проходу борштанги через гнезда. Опустив затемдетальв первоначальное
положение и закрепив ее, производят растачивание. Борштанга направ-
ляется несколькими люнетами 5. Для прохода резцов при установке
борштанги в люнетах устроены продольные канавки 3.
109
4.2.5. Обработка блока цилиндров
К геометрической связи поверхностей блоков (рис. 4 11) предъяв-
ляются следующие требования.
Оси всех цилиндров блока должны быть перпендикулярны основа-
нию. Требование особенно важно соблюсти в плоскости оси коленчатого
вала, чтобы избежать перекосов в мотылевых и головных подшипниках
шатунов Допускается отклонение не более 0,05 мм на 1 м длины. От-
клонение от перпендикулярности в плоскости вращения мотыля трон-
кового двигателя несущественно оно может быть в пределах до 0,3 мм
на 1 м.
Оси всех цилиндров должны лежать в одной плоскости, смещение
допускается до 0,2—0,3 мм.
Плоскости опорных буртов под втулки должны быть перпен-
дикулярны осям цилиндров, допускается торцевое биение порядка
0,02—0,04 мм в зависимости от диаметра бурта, проверяют его индика-
тором
Неплоскостность основания блока при проверке линейкой и щупом
не должна превышать 0,05 мм.
Основные размеры блока выполняют со следующими допусками
на диаметры поясков под посадку втулок допуском Я7 (для двигате-
лей больших размеров -Я8-Я9); на расстояние между осями цилинд-
ров I - ±0,1 мм; на размер по высоте блока у двигателей без компрес-
сионных прокладок - ± 0,1 мм. Шероховатость при обработке поверх-
ностей Ra = 2,5 мкм
Наиболее ответственная операция при обработке блоков — растачи-
вание цилиндров. В качестве установочной базы при растачивании
целесообразно выбрать основа-
ние блока — поверхность, непо-
средственно связанную строгим
требованием перпендикуляр-
ности с осями цилиндров. Од-
нако учитывая, что блоки
средних и крупных размеров
удобнее растачивать на рас-
точных станках горизонтально-
го типа, вводят вспомогатель-
ную базу - боковую сторону А
блока (см. рис. 4.11). Эту пло-
скость обрабатывают строго
перпендикулярно основанию, а
также связывают с плоскостью
осей цилиндров блока разме-
ром к с технологическим до-
пуском ± 0,05 мм Боковая
сторона А блока используется
как база для ориентировки
кондуктора при сверлении отверстий на плоскости основания блока
и как вспомогательная база при установке блока на раму при сборке.
План обработки блока цилиндров, отлитого из чугуна СЧ21-40,
в условиях серийного производства может быть представлен так.
На первой операции проверяют отливку й наносят разметочные
риски для первоначальной обработки поверхностей.
Черновое фрезерование плоскостей ведут на продольно-фрезерных
станках несколькими (двумя-четырьмя) шпинделями одновременно.
На чистовую обработку оставляют припуски 3—4 мм.
После чернового растачивания отверстий под втулки выполняют
предварительное гидравлическое испытание водяных полостей давле-
нием 0,5 МПа в течение 5 мин. Затем следуют черновое фрезерование
горцов, термообработка для снятия остаточных напряжений с нагревом
до 500 °C и последующая дробеструйная очистка.
Чистовые операции начинают с фрезерования или строгания плоско-
стей. Базовую боковую сторону и основание блока фрезеруют с одной
установки либо при фрезеровании этой боковой стороны блок ставят
на основание
Торцы фрезеруют на универсально-расточном станке. Если разме-
Iочная операция отсутствует, измерительной базой при фрезеровании
боковых сторон и торцов блока служат стенки отверстий пой втулки,
расточенные с мерными припусками. Например, при Окончательном
диаметре верхнего пояска 400Я8 его растачивают предварительно до
размера 395 + 0,3 мм
Для обеспечения параллельности осей отверстий под втулки при
чистовом растачивании используют
— универсально-расточные станки со столом, имеющим йоперечное
перемещение, перпендикулярное оси борштанги,
— специальные цилнндрорасточные станки, снабженные таким же
столом; борштанги этих станков по сравнению с обычными универсаль-
но-расточными имеют больший диаметр, что повышает жесткость и
уменьшает деформации от усилий резания;
— продольно-фрезерные станки с расточными головками.
На рис 4.12 показано характерное для крупносерийного производ-
ства растачивание трех-восьмицилиндровых блоков с диаметром ци-
линдра 250 мм на специальном горизонтально-расточном станке. Мощная
бабка 1, снабженная двумя массивными шпинделями 2, позволяет, не
опасаясь появления упругих деформаций, растачивать точные отверстия
резцами, установленными на консоли.
Расточный шпиндель можно смещать с оси цилиндра в направлении
стрелки I (рис. 4.12, б) Это позволяет легко ввести в отверстие по
направлению II шпиндель с резцами, настроенными на размеры для
окончательной обработки верхних и нижних поясков и фасок одновре-
менно. Вернув шпиндель по стрелке III в прежнее сорсное положение,
ему сообщают рабочее перемещение IV .
Как видно из рис. 4.12, а, блок установлен на неподвижной плите 3,
а расточная бабка перемещается по направляющим.4...Такой,..станок
111
Рис 4.12. Растачивание блока на расточном станке- а - установка блока на
станок; б - схема растачивания
полупортального типа по сравнению с расточным станком, имеющим по-
перечный стол с длиной направляющих, равной двойной длине стола;
занимает меньшую (приблизительно на 40 %) площадь.
Цилиндры, образующие блоки крейцкопфных дизелей, обычно
отливают по отдельности. После черновой обработки всех поверхно-
стей и окончательной обработки плоскостей разъема цилиндры собира-
ют в о^щий блок на калиброванных болтах. Дальнейшие чистовые опера-
ции по обработке общих плоскостей и растачиванию отверстий под втул-
ки выполняют аналогично обрабоже цельного блока
Для обработки небольших блоков многооборотных легких дизелей
при крупносерийном производстве используют
— агрегатные продольно-фрезерные станки, позволяющие фрезеро-
вать поверхности блока, расположенные в различных плоскостях, в том
числе и наклонные;
- многошпиндельные вертикально-расточные станки, на которых
отверстия под гильзы растачивают с установкой блока на основание,
ъе на основную сборочную базу;
— многошпиндельные сверлильные станки
Постоянной установочной базой при чистовых операциях служат
плоскость основания и два калиброванных отверстия.
4.3. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ВТУЛОК ЦИЛИНДРОВ
4.3.1. Материалы и заготовки
Вставные втулки и гильзы цилиндров дизелей относятся к сильно
нагруженным деталям. Они испытывают напряжения or максимального
давления газов, от бокового давления поршня, а также тепловые
112
\ напряжения. Втулки изнашиваются от трения движущихся колец и порш-
ня (абразивный износ, коррозия и эрозия металла). В связи с этим к
материалу втулок предъявляют ряд требований, в том числе: повышен-
йая прочность, плотность, износостойкость, коррозионная стойкость.
i Втулки судовых поршневых двигателей изготовляют из серого
модифицированного или легированного чугуна марок СЧ 28-48,
СЦ32-52 и других с твердостью НВ 190-230 и выше; либо из высо-
коцрочного чугуна с шаровидным графитом. Гильзы высокооборотных
двигателей чаще всего выполняют стальными (сталь 35ХМЮА или
38ХМЮА) с последующим азотированием или цементацией до твердости
рабочей поверхности не ниже HRC 40 (глубина азотированного слоя в
пределах 0,6-0,8 мм; глубина закаленного слоя при закалке ТВЧ не
менее 1,5 мм).
Для уменьшения изнашивания гильзы иногда покрывают пористым
хромом толщиной до 0,4 мм. Однако процесс хромирования дорого-
стоящий, к тому же для втулок диаметром более 300 мм трудно обес-
печить надежную прочность покрытия. Наружные поверхности гильз
судовых двигателей для повышения коррозионной стойкости обычно
кадмируют, иногда фосфатируют, цинкуют или хромируют.
Чугунные цилиндровые втулки при мелкосерийном производсте,
а также втулки больших размеров отливают в земляные формы. В се-
рийном производстве применяют высокопроизводительною центробеж-
ную отливку чугунных втулок на машинах роликового типа с горизон-
тальной осью вращения.
На литой заготовке предусматривают кольцевую прибыль высотой
200—300 мм, что предотвращает появление в отливке усадочных рако-
вин и пористости. По внутренней поверхности оставляют припуск
15-20 мм для удаления при черновом растачивании шлаковых вклю-
чений, рыхлот, раковин и других дефектов.
Для контроля качества материала от каждой отливки отрезают
пробное кольцо шириной 20—25 мм, которое направляют в лабораторию
для механических испытаний, химического и структурного анализов.
Для стальных гильз в качестве заготовок чаще всего используют
катаные трубы, причем в заготовке предварительно удаляют рыхлую
сердцевину. В дальнейшем такую трубу разрезают на отдельные заго-
товки. Целесообразна высадка у заготовок бурта. Образцы материала
стальных втулок испытывают после обдирки и термообработки.
4.3.2. Требования к обработке
К втулкам двух- и четырехтактных двигателей предъявляют сле-
дующие требования (рис. 4.13) концентричность внутренней поверх-
ности (зеркала) с наружными посадочными поясками, допускаются
биение 0,05-0,1 мм ( в зависимости от размеров втулки) и непарал-
лельность 0,03 мм на 1 м длины, перпендикулярность плоскости 1
опорного бурта наружным посадочным пояскам, биение допускается
не более 0,03—0,05 мм. Оба требования проверяют индикатором, вра-
щая втулку, установленную на оправку, в центрах станка.
113
Рис. 4 13 Втулка рабочих цилиндров четырехтактных
(а) и двухтактных (б) двигателей
Допуски на размеры следующие. Внутренний диаметр D выполняют
с допуском Я7, для малооборотных дизелей -Я8 и Н9. Втулки четы-
рехтактных двигателей (рис. 4.13,а) центрируют в блоках обычно
двумя поясками. С учетом теплового расширения верхней части втулки
(в радиальном направлении) на верхний поясок D3 назначают допуск
/7, на нижний Z>2 - допуск /6. В связи с тем, что на втулки двухтакт-
ных дизелей высокие температуры оказывают более сильное влияние,
на размер Z>j назначают допуски d9 и даже с 11, обеспечивающие значи-
тельные диаметральные зазоры, а на поясок D2 —fl Втулки двухтакт-
ных двигателей (рис. 4.13,5) центрируют также средними поясками
D3 и D4 , между которыми располагаются окна. Пояски выполняют с
допусками/7 или/8.
Чтобы предотвратить проникновение воды из полостей охлаждения,
район окон уплотняют резиновыми кольцами 2. На красномедные коль-
ца 3, расположенные на поясках D3 и Я4 и защищающие резиновые
кольца от газов, назначают допуск кб. В некоторых двигателях исполь-
зуют полиамидные пояски.
Отклонения от точности геометрической формы тверстия втулки
(овальность, кону сообразность и т. д.) не должны превышать 70—80%
поля допуска Н1. Если отверстия крупных втулок назначают с более
широким допуском, отклонения от точности формы не должны выхо-
дить за пределы Н1.
Учитывая неблагоприятные условия смазки, особенно на верхней
части зеркала втулки, где создается полусухое трение, стремятся со-
четать малую шероховатость (Ra = 0,16^0,63 мкм) зеркала втулки
с сеткой миКроштрихов, повышающих маслоудерживающую способ-
ность. В дизелях с напряженным тепловым режимом успешная
приработка деталей цилиндропоршневой группы (ЦПГ) достигается
114
благодаря покрытиям, например фосфатированию втулки и лужению
поршня. В этом случае достаточна обработка зеркала втулки с Ra =
5= 0 63 мкм.После приработки возникает новая микрогеометрия,причем
^сходные спиральные риски заменяются микрорисками продольной
ориентации, параллельными оси цилиндра; полученная шероховатость
соответствует Ra = 0,32 мкм. Шероховатость для отдельных поверх-
ностей втулки указана на рис. 4.13.
4.3.3. Обработка втулок цилиндров больших размеров
В табл 4.2 приведена последовательность обработки втулок ци-
линдров двухтактного двигателя с примерными размерами внутрен-
ний диаметр 210-600, длина 800-1200, минимальная толщина стенки
20-30 мм.
Для чернового растачивания служит мощный цилиндрорасточный
станок. Втулка 1 (рис. 4.14,а) закрепляется на призмах 5 цепями или
хомутами 2 Борштанга 4 снабжена муфгой 3 с тремя резцами, позволя-
ющими выполнить растачивание за один проход, оставляя на чистовое
растачивание припуск около 2 мм-на сторону. Если на внутренней по-
верхности втулки обнаруживают усадочные и песочные раковины,
рыхлосгь,сыпи и т. д„ ее следует забраковать.
При предварительном обтачивании втулку устанавливают на конус-
ные оправки (рис. 4.14,5). Оправка 6 центрирована в планшайбе, оправ-
ка 7 — в шпинделе задней бабки токарного станка и снабжена упорным
и радиальным шариковыми подшипниками. На чистовое обтачивание
оставляют припуск 2—2,5 мм на сторону.
Для установки при чистовом растачивании верхний буртик и ниж-
ний поясок втулки обтачивают с допуском по 11-му квалитету точности.
Для чистового растачивания также используют цилиндрорасточные станки.
Втулку 10 укладывают базовыми поясками на приспособления 11
с гнездами (рис. 4.14,в), расточенными по размеру базовых поясков,
закрепляют гибкими хомутами из стальной ленты 8, а с торца - план-
ками 9; этим уменьшают опасность появления деформаций от закреп-
ления. Резцовая головка борштанги снабжена двумя резцами. Чистовое
растачивание обьино выполняют в два прохода.
На некоторых заводах втулки большого размера растачивают на
вертикальных станках борштангой (с нижним направлением) или жест-
кой консольной оправкой. В этом случае исключается влияние силы
тяжести борштанги или оправки и легче закрепить втулку с торцов.
Иногда для растачивания используют токарные станки, устанавливая
борштангу в центры. Однако из-за большой массы детали и приспособ-
ления возникает повышенный износ направляющих станка.
Чистовое обтачивание втулки, а также окончательную обработку
центрирующих, уплотнительных поясков и буртиков втулок двухтакт-
ного двигателя осуществляют на токарном станке, устанавливая втулку
как при черновой обработке (см. рис.4.14,б). Для обеспечения кон-
центричности наружных поясков и отверстия втулку одним концом
115
Рис 4 14 Растачивание и обтачивание втулок
устанавливают на оправку с пологим конусом (угол уклона 1-2°),
Другой конец втулки поддерживается разжимной оправкой (рис. 4.14, г),
состоящей из конусного стержня 12, на который надевается разжимное
кольцо 13 с наружной цилиндрической и внутренней конусной поверх-
ностями. Кольцо снабжено прорезями. Поджимая оправку сжатым
воздухом,равномерно распирают втулку кольцом 13.
Сверление и фрезерование окон во втулках двухтактных двигате-
лей - весьма трудоемкие операции, связанные с большим износом инстру-
мента. Технологичнее придавать окнам простую конфигурацию, чтобы их
можно было обработа гь однократным проходом одним инструментом.
Окна сверлят на радиально-сверлйльном станке по кондуктору,
устанавливая втулку на поворотном столе, снабженном делительным
116
Таблица 42. План обработки втулки-цилиндра двухтактного двигателя в условиях серийного производства
Операция Станок или рабочее место Установочные базы СБ — сопрягаемая; ПБ - проверочная Приспособлениям специальный инструмент
Черновое растачивание Цилиндре рас точный СБ - наружная черновая поверхность Призмы и хомуты, броштанга с резцовой голов кой
Черновое обтачивание; отрезка прибыли и пробного кольца, об- тачивание бурта и нижнего поса- дочного поиска, подрезка торца Токарный СБ - внутренняя поверх- ность Конусные оправки
Термическая обработка втулки и пробного кольца для снятия напряжений Электропечь - -
Чистовое растачивание Цилиндрорастошияй, гори- зонтально-расточный СБ - наружные пояски Установочное приспособление, бор- штанга с резцовой головкой
Чистовая обработка наружных поверхностей, протачивание уп- лотнительных канавок; подре- зание торцов Токарный СБ - внутренняя поверх- ность Передняя конусная и задняя раз- жимная оправки, шаблон и фасон- ные резцы для канавок
Операция Станок или рабочее место
Гидравлические испытания Слесарный участок
Сверление отверстий для охлаж- дения Сверлильный
Разметка выпускных и продувоч- ных окон Разметочная плита
Сверление окон Радиально- св ер л ильны й
Фрезерование окон Фрезерный с поворотной головкой или специальный копирный
Завальцовка красномедных пояс- Пресс
Хонингование зеркала цилиндра Хонингов альный
Окончательная обработка центри- рующих поясков, уплотнительных колец и буртиков Токарный
Продолжение табл 4.2
Установочные базы- СБ — сопрягаемая; ПБ — проверочная Приспособления и специальный инструмент
СБ - верхний торец Приспособления для гидравличе- ских испытаний Кондуктор Шаблон
СБ - торец втулки Поворотный стол
СБ - наружные пояски Специальная подставка
СБ - внутренняя поверх- Хонинговальная головка
ность
устройством. Кромки окон фрезе-
руют на фрезерном станке с пово-
ротной головкой. При серийном
производстве находят применение
специальные копировальные станки
с ЧПУ, на которых окна обрабаты-
вают комбинированным инструмен-
том — сверлом-фрезой.
Отделку зеркала втулки обычно
выполняют хонингованием, получая
зеркальную поверхность, но с види-
мой на глаз сеткой тончайших пере-
крещивающихся спиральных рисок,
служащих для улучшения смачивае-
мости. В хонинговальной головке
(рис. 4.15) для радаальной подачи
абразивных брусков 3 предусмотре-
но микрометрическое перемещение
конусного стержня 1, благодаря
чему бруски 3 и штифты 4 раздви-
гаются. Поворот градуированного
лимба 2 на одно деление соответст-
вует увеличению диаметра головки
на ОJ01 мм. Применяют и гидравли-
ческий разжим брусков.
Отношение скоростей возврат-
но-поступательного рп и вращатель-
ного гвр движений определяет угол
подъема сетки спиральных рисок
(см. рис, 4.15)- tga =vn/vBP- По-
вышение производительности хонин-
гования зависит не только от увели-
чения абсолютных значений рп и рвр ,
но и от соотношения между ними.
Высокие значения рп лимитируются
конструкцией станка, а значения
гвр определяются также диаметром
втулки. Установлено, что наибольшая
производительность достигается пр
(т. е. при а = 45°) улучшаются усл<
Рис 4.15 Головка для хонингования
зеркала втулки
Рп/^вр = 0,5 ± 1. При tga =1
я дробления стружки, так как
во время перекрестного движения брусков при обратном ходе абра-
зивные зерна пересекают ранее образованные риски по взаимно пер-
пендикулярным направлениям.
При пологих углах подъема (если увеличить только рвр) режущие
кромки каждого зерна используются на меньшем угле охвата, ухудшает-
ся процесс обновления зерен, усиливаются налипание стружки и засалива-
ние брусков. Кроме того, повышается температура стенок втулки.
119
Хонингование ведется с обильным охлаждением СОЖ’ керосином,
НСК-3, НСК-5, которые препятствуют засаливанию брусков, удаляют
из пор и смывают со стенок абразивные зерна, а также отводят тепло.
Припуск на хонингование в зависимости от диаметра отверстия, его
точности и шероховатости составляет 0,05-0,2 мм на сторону. Хонинго-
вание производят последовательно тремя наборами брусков: крупно-
зернистыми (зернистость 40, 50), снимая почти весь припуск; средними
(зернистость 10, 12) и тонкими (зернистость 4, 3). Для стальных вту-
лок, азотированных или закаленных ТВЧ, выбирают более мягкие
бруски (от М2 до СМ1), для чугунных — более твердые (от СМ2 до С2
и даже СТ1).
Удельные давления при хонинговании должны быть достаточными
для достижения высокой производительности; однако при давлениях,
превыщающих 1,2-1,4 МПа, возникает засаливание брусков и, как
следствйе, снижается производительность и ухудшается шероховатость.
Стойкость абразивных брусков из синтетических алмазов в десятки
раз выше стойкости абразивных, при их применении также улучшается
шероховатость.
В последние годы применяют способ хонингования, позволяющий
получить поверхность, состоящую из многочисленных плоских плато,
разделенных сравнительно глубокими канальцами, нередко называемый
методом плосковершинного хонингования. При этом поверхность
отделывают брусками средней зернистости, затем крупнозернистыми
для получения сетчатого узора из канальцев; окончательно поверхность
обрабатывают брусками малой зернистости для удаления разрушенного
металла и неровностей на кромках и создания плоских вершин неров-
ностей Глубрна образующихся канальцер составляет 0,01-0Д15 мм,
ширина плато до 0,1 мм.
Хонингование считается основным методом отделки зеркала цилинД*
ра тронковых двигателей как по качеству обработки, так и по экономи-
ческой эффективности. В практике изготовления малооборотных
крейцкопфных дизелей больших габаритов, где условия совместной
работы поршня с цилиндром менее тяжелы, обработку втулок закан-
чивают растачиванием широкими резцами или „плавающим ножом”.
В последнее время на некоторых заводах находит применение ме-
тод вибронакатывания,позволяющий после растачиваИия втулок диамет-
ром до 300 Мм получать методом выдавления шариком или роликом
синусоидальнь|е масляные канальцы глубиной до 0,02-0,025 мм. При-
способления для вибронакатыванид может быть установлено на обычном
токарцом станке.
4.34- Обработка гильз высокооборотного дизеля
Достижение точных размеров и минимальных отклонений по оваль-
ности и конусообразности при обработке гильз, имеющих толщину
стенок всего 5—8 Мм> представляет сложную задачу. Для устранения
возможных деформаций операции по обработке наружной и внутренней
120
поверхностей неоднократно повторяют, снимая малые припуски Наруж-
ную обработку ведут на многорезцовых токарных и круглошлифоваль-
ных станках, а обработку отверстий - на вертикально-расточных, внут-
ришлифовальных и хониш овальных станках. Для обеспечения концент-
ричности отверстие и наружные пояски поочередно служат установочными
базами.
Обработка гильзы после разрезки катаной трубы из стали 38ХМЮА
на отдельные заготовки складывается из следующих этапов
— черновое растачивание и обтачивание;
— закалка (925-950 °C в масле), отпуск на воздухе (650—670 °C),
— предварительные растачивание и обтачивание (снятие обезуглеро-
женного в процессе термообработки слоя) ;
— подготовка под азотирование - шлифование наружных поясков
для создания установочной базы, растачивание и шлифование отверстия
под азотирование,
— изоляция мест, не подлежащих азотированию, фосфатирование
отверстия,
— азотирование отверстия,
— окончательное обтачивание (снятие вспомогательного бурта и
нижней части гильзы, повышавшего жесткость гильзы в процессе азо-
тирования) ,
— кадмирование наружной поверхности,
— окончательное шлифование наружных поясков и отверстия;
— хонингование отверстия
Гильзы при черновом растачивании устанавливают в стаканы, снаб-
женные кулачками с пневматическим или гидравлическим зажимом
Для чернового и предварительного обтачивания гильзы надевают на
разжимные оправки. Однако на чистовых операциях, когда гильза
имеет уже тонкие стенки, закрепление с радиально направленными
уси шями может вызвать деформацию, и на этих операциях используют
приспособления, зажимающие гильзы в осевом направлении.
4.4. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ПОРШНЕЙ
4.4.1. Материалы и заготовки
Поршни двигателей внутреннего сгорания работают в условиях
высоких напряжений от давления газа и тепловых напряжений (тем-
пература днища доходит до 350-450 °C) Материал поршней должен
обладать достаточной прочностью при повышенных температурах, хо-
рошей теплопроводностью, высокой сопротивляемостью износу и кор-
розии, плотностью Поршни мало- и среднеоборотных двигателей из-
готовляют из чугунов СЧ 24-44, СЧ 28-48, легированных хромом,
а также из высокопрочного чугуна Иногда поршни диаметром менее
500 мм выполняют из алюминиевых сплавов, содержащих для повы-
шения прочности никель (2 %)
121
Поршни могут быть составными с юбкой из чугуна или из алюми-
ниевого сплава и головкой, выполненной из жаропрочных сталей 20ХМ,
ЗОМ и др. Поршни для высокооборотных двигателей изготовляют из
алюминиевых сплавов (АК2, АК4, АК6) коваными, их преимущества-
ми являются малая удельная масса и высокая теплопроводность.
Недостатки алюминиевых сплавов, меньшая износостойкость и
высокий коэффициент линейного расширения, требующий больших
зазоров между цилиндром и поршнем в холодном двигателе. В связи
с этим разрабатываются алюминиевые сплавы со сравнительно низкими
коэффициентами линейного расширения, например специальные за-
эвтектические силуминовьге сплавы.
Для ускорения приработки и повышения износостойкости на ра-
бочую поверхность поршней наносят разнообразные покрытия луже-
нием, свинцеванием, фосфатированием, оксидированием, а также покры-
тия из псевдосплавов (олово-медь, алюминий-сталь АЖ-50 и др.). Днище
поршня иногда покрывают теплоизоляционным керамическим слоем
на основе двуокиси циркония толщиной 0,1 — 0,15 мм или хромируют
огневую полость головки поршня.
Интенсивное изнашивание торцевых поверхностей канавок под
поршневые кольца (главньгм образом верхней канавки) часто лими-
тирует ресурс поршня. Повышение износостойкости канавок поршней
средне- и малооборотных дизелей достигается хромированием, уста-
новкой антифрикционных вставок, закалкой ТВЧ (для стальных голо-
вок поршней) Износостойкость плоскостей канавок поршней из алю-
миниевых сплавов повышают за счет структурных превращений в
поверхностном слое обработкой лучом лазера мощностью 3 кВт в те-
чение 40-60 с. Для повышения твердости целесообразно в процессе
лазерной обработки вводить легирующие присадки. Перспективна
также плазменная наплавка износостойкого слоя путем расплавления
объема металла на поверхности канавок и введения никеля. При этом
отсутствует резкая граница между основой и наплавленным слоем,
а твердость упрочненного слоя изменяется незначительно при воздей-
ствии нагрева в рабочих условиях
Крупные чугунные поршни отливают в земляные формы, а в серий-
ном производстве чугунных и алюминиевых поршней применяют литье
в кокиль Поршни из сплавов АК2 и АК4 изготовляют штамповкой
из катаных и прессованных заготовок. Предпочтительнее штамповка
в жидкотекучем состоянии, при которой повьгшается прочность
материала.
Для механических испытаний, структурного и химического ана-
лизов от каждой заготовки чугунного поршня отрезают пробное кольцо,
а для алюминиевых поршней используют целиком одну заготовку
(отливку или штамповку) от каждой плавки, разрезая ее на части.
4.4.2. Требования к обработке
К точности расположения поверхностей предъявляют следующие
требования.
122
- - перпендикулярность оси отверстия под поршневой палец образую-
щей поршня во избежание перекоса поршня в цилиндре; отклонение
не более 0,1 — 0,15 мм на 1 мдлины;
— пересечение оси отверстия под палец с осью поршня; отклонение
не более 0,2—0,3 мм;
— перпендикулярность торцевых плоскостей канавок для колец
образующей поршня; отклонение не более 0,02—0,03 мм;
— контур днища, имеющего фасонное очертание, должен быть вы-
держан с точностью 0,2—0,5 мм; проверка производится шаблоном.
В некоторых конструкциях поршней тронковых дизелей приливы
с отверстиями для поршневого пальца отсутствуют. Палец размещают
в особой проставке, присоединяемой к внутреннему торцу днища.
Плоскость этого торца должна быть обработана сторого перпендику-
лярно оси поршня.
При составном поршне то же требование предъявляют к плоскостям
соединения головки и направляющей части поршня, а у поршня мало-
оборотного дизеля - к плоскости соединения с фланцем штока.
Диаметр направляющей части поршня (рис 4.16) выполняют
с допуском h6 Чтобы получить в юрячем двигателе масляный зазор
между направляющей частью и цилиндром, размер Dx должен быть
меньше номинальною диаметра цилиндра D на величину 5 - (0,001 +
^-0,0013)2? для чугунных поршней и 5 = (0,0018 + 0,0025)D для алю-
миниевых
Рис 4 16 Поршни ИЗ отливки
(а) и штамповки (б)
123
4 17 Профиль продольного
тройка поршня дизеля
ЧН 40/46
Рис
сечения
1 - в плоскости оси пальца; 2 -
в плоскости, перпендикулярной оси
пальца; 3 -в рабочем состоянии;
Н — длина тронка, А — зазор в
плоскости, перпендикулярной паль-
цу; В - зазор в плоскости пальца
Верхняя часть поршня больше
всего расширяется при нагреве,
поэтому ее обрабатывает на ко-
нус или, что проще, делают меньше-
го диаметра. Диаметр D2 в самой
верхней части поршня назначают
на 1—3 мм меньше D . При ци-
линдрической форме на диаметр
D2 назначают допуск Й9.
Иногда тронку поршня из алю-
миниевого сплава придают оваль-
но-бочкообразную форму с целью
компенсации неравномерных тем-
пературных деформаций, а в неко-
торых случаях и деформаций от
давления газов. Изготовление
поршней с переменным профилем
продольного и поперечного сечений
позволяет исключить кромочные
контакты со втулкой и увеличить,
фактическую площадь сопряжения^:
Например, для обеспечения в рач
бочих условиях прямолинейности,
образующей алюминиевого поршня
диаметром D = 400 мм преднаме-
ренное отклонение от цилиндричности составляет около 0,2 мм
(рис. 4.^-7). Оптимальное отклонение формы поршня от цилиндричности
может быть определено экспериментальным путем. Для этого на поршень
цилиндрической формы номинального размера наносят мягкое пок-
рытие из алюминия и олова толщиной 0,1-0,25 мм. В процессе при;
работки вьгсокад пластичность покрытия на поверхности поршня
приводит к изменению его формы, соответствующей качественному
сопряжению с цилиндром.
Оггтимальная форма тронка, учитывающая температурные дефор-
мации, может бьгть получена также расчетным путем. Необходимый
сложньгй профиль тронка обеспечивается механической обработкой
при использовании сложной системы копиров либо обычным обтачи-
ванием заготовки поршня в термодеформированном состоянии, т. е
в условиях имитации температурных деформаций.
На отверстия под поршневой палец назначают допуск Н7, а для
высокооборотных двигателей 7/7. На высоту канавок для поршневых
колец назначают допуск 0,02—0,35 мм, что соответствует примерно
допуску 7/9. Размер к (см. рис. 4.16) от оси отверстия под палец до
торца днища для двигателей без прокладок, регулирующих степень
сжатия, вьгполняют с допуском ± 0,1 или ± 0,05 мм.
На диаметр внутреннего пояска D3 у открытого торца наз-
начают допуск Н9 и даже Н7; на внутренний поясок D4 у камеры
124
Таблица 4.3 План обработки поршня в условиях мелкосерийного производства
Операция Станок или рабочее Установочные базы: СБ - сопря- гаемая; ПБ - проверочная Приспособления и специальный инструмент
Фрезерование торца центровой бобыш- ки до выхода чистовой поверхности Универсальный-рас- точный СБ - наружные черновые поверхности Призмы
Проверка отливки; разметка под об- работку Разметочная плита ПБ - внутренние поверхно- сти, остающиеся черными после обработки >
Зацентровка бобышки Радиально-сверлиль- ный ПБ - разметочные риски >
Черновое обтачивание, прорезка кана- вок для поршневых колец; отрезка при- были и пробного кольца Токарный ПБ - то же, СБ - центровое отверстие Четырехкулачковыи патрон, про- резные резцы, делительный шаб- лон для канавок
Черновое растачивание внутренних пояс- ков, подрезка внутреннего фланца; под- резка торца у основания поршня > ПБ - наружная поверхность Четырехкулачковый патрон, лк>-
Черновое растачивание н подрезка отвер- стия для пальца Карусельный СБ — наружная поверхность и литое отверстие для пальца П риз мы, центрирующий конус- ный палец
Теормообработка для снятия напряже- ний- нагрев до 500 °C в течение 4 ч, вы- держка 6 ч, остывание с печью до 150 °C 10ч Печь - -
Чистовое растачивание внутренних пояс- ков, подрезка внутреннего фланца и 13 торца Токарный ПБ — наружная поверхность (проверка чертилкой на бие- ние 0,2 мм) Четырехкулачковый патрон, лк>-
Операция Станок или рабочее
Чистовое обтачивание (с припуском на диаметр d | мм под шлифов ание), протачивание канавок для колец, про- тачивание камеры сгорания Токарный
Растачивание (с припуском на диаметр d ~o’s мм отверстия для пальца) и чи- стовая подрезка Карусельный или расточный
Сверление отверстий на фланце внутри поршня для крепления Ради алыто -св ерлил ь-
Гидравлическое испытание полости ох- лаждения давления 0,6 МПа Слесарный участок
Сверление наклонных отверстий в ка- навках для маслосъемных колец Ради альн о- св ер лил ь -
Шлифование наружной поверхности поршня, зачистка кольцевой плоско- сти на верхнем торце Круглошлифоваль-
С резание центровой бобышки Токарный
Тонкое растачивание отверстия под палец Алмазно-расточный
Продолжение табл 4 3
Установочные базы СБ — сопря гаемая; ПБ — проверочная Приспособления и специальный инструмент
СБ - внутренний поясок и торец Центрирующий диск, тяга и па- лец (для зажима), набор мер- ных резцов для канавок, попе- речный копир
СБ - наружная поверхность и предварительно расточен- ное отверстие под палец Призмы, центрирующий конус- ный палец
СБ — верхний торец Кондуктор
- Заглушка
СБ - наружная поверхность Поворотный стол, призмы, кон- дуктор
СБ - внутренний поясок и центровая бобышка Центровый диск, поводок, маг- нитный патрон
СБ - внутренний поясок и торец Центрирующий диск, тяга и па-
СБ - верхний торец и пред- варительно расточенное от- верстие под палец Установочное приспособление, угольник с центрирующим паль-
охлаждения - Я11, на соответствующий размер буртика крышки —
СИ-
Отклонения в толщине днища и разностенность поршня допускают
до 0,5 мм.
Масса поршней высокооборотных двигателей обычно колеблется
в пределах 1 %.
Шероховатость поверхностей поршня указана на рис. 4.16.
4.4.3. Обработка тронкового поршня больших размеров
В табл. 4.3 приведен план обработки чугунного поршня из отливки
с примерными размерами, диаметр 300-500, длина 600-1000 мм.
Первоначальную разметку выполняют с укладкой поршня вначале на
призмы (в двух положениях через 90°), а затем с установкой его на
днище. Исходя из расположения внутренних стенок и дна наносят про-
дольные и поперечные центровые линии и риски, определяющие при-
пуски по торцам. На зачищенной бобышке со стороны верхнего торца
намечают центровое отверстие.
Обработку поршней начинают обычно с чернового обтачивания
(рис. 4.18, а) наружной поверхности и днища, чтобы как можно раньше
выявить пригодность материала (отсутствие раковин, трещин и других
дефектов) на ответственных наружных поверхностях. Поршень при-
быльной частью закрепляют в кулачках и поддерживают задним цент-
ром. Такое крепление позволяет вести обработку на производительных
режимах без опасения деформировать деталь. Чтобы удостовериться
в отсутствии раковин и других дефектов, прорезают начерно канавки
для колец. На этой же операции отрезают прибыль и пробное кольцо
для проведения испытаний. На чистовое обтачивание оставляют припуск
2 - 2,5 мм на сторону
Для чернового растачивания (рис. 4.18, £) поясков и подрезки
нижнего торца поршень устанавливают в четьгрехкулачковьгй патрон
и поддерживают люнетом 1, предварительно обточив под него поясок.
Затем на карусельном или расточном станке начерно растачивают
Рис 4 18 Черновое обтачивание (а) и растачивание (б) поршня среднеобо-
ротного дизеля
127
Рис 4 19. Чистовое обтачивание поршня
отверстие в бобышках под палец и подрезают плоскости бобышек
внутри поршня.
После термообработки окончательно растачивают внутренний
поясок и подрезают прилегающий к нему нижний торец поршня. Эти
поверхности используются как установочная база для ряда последую-
щих операций.
Чистовое обтачивание наружной поверхности, канавок и днища
ведут на обычных или многорезцовых токарных станках (рис. 4.19).
Упомянутая установочная база очень удобна для выполнения всей на-
Рис 4 20. Шлифование поршня
11=.
ружной обработки с одной установки. Поршень ориентируют на цент-
рирующем диске 9 через отверстие в бобышках пальцем 3 и тягой 2
и закрепляют с помощью пневматического цилиндра 1. Фасонное дни-
ще обтачивают посредством поперечного копира 5, закрепляемого
на станине станка. Верхний суппорт 8 отключен от самохода и роликом
6 связан с копиром; при включении самохода поперечного суппорта 7
верхний суппорт 8 описывает кривую в соответствии с профилем копира.
Длинные поршни для устойчивости и устранения вибраций поддержи-
вают еще и задним центром (на рисунке не показан). Для согласования
с установочной базой (нижним
торцом поршня и внутренним пояс-
ком) в начале операции исправляют
центровое отверстие в бобышке 4
Чистовое протачивание канавок
для колец выполняют набором ка-
либрующих резцов с малой попе-
речной подачей 0,05 мм/об, обеспе-
чивая таким образом высокую точ-
ность и гладкость поверхности.
128
Вид A
Рис 4 21. Алмазное растачивание отверстия под поршневой палец
Наружную поверхность окончательно обрабатывать на круглошли-
фовальном станке (рис. 4.20). Упором для поводка 1 служит магнитный
патрон 2, приставленный к днищу. В этой же операции зачищают торцом
абразивного круга кольцевую полость на верхнем торце поршня: исправ-
ляют установочную базу для растачивания отверстия под палец.
Отверстие под палец отделывают тонким точением. Установочной
базой служит шлифовальная кольцевая плоскость на верхнем торце
поршня (рис. 4 21). Правильное положение поршня по отношению к
шпинделю станка достигается конусным установочным пальцем 1,
выдвигаемым из угольника 2. Соблюдение размера к обеспечивается
точной установкой шпинделя по высоте.
Иногда отверстие под палец обрабатывают тонким шлифованием,
используя планетарно-шлифовальный станок.
4.4.4. Обработка поршня высокооборотного двигателя
Обработка небольшого поршня из алюминиевого сплава в крупно-
серийном производстве характеризуется применением большого коли-
чества приспособлений и полным отсутствием разметки.
Начинают обработку с чернового обтачивания и подрезки днища.
Поршень устанавливают на разжимную оправку, которая центрирует
его по внутренним черным поверхностям (рис. 4.22). Продольное по-
ложение поршня 1, а следовательно и толщина его днища, определяются
упором 2 на торце оправки- поршень доводят до упора. При включении
пневматического устройства шток 4 передвигается влево. Штырь 5
перемещает два кулачка 3 по наклонным плоскостям, и деталь зак-
репляется. Кулачки имеют снаружи насечку.
Черновое растачивание пояска (с технологическим допуском Н\ 1)
и подрезку торца производят с установкой детали в самоцентрирующий
патрон Зажим детали днищем в патрон с размещенным в нем разрезным
кольцом не вызывает появления деформаций.
5 Зак. 2165 129
Предварительное протачивание
днища и прорезку канавок произ-
водят с той же установочной ба-
зы, т. е. с внутреннего пояска и тор-
ца. Поршень закрепляют обычным
способом — через отверстие для
пальца.
После черновой обработки пор-
шень подвергают закалке и искус-
ственному старению.
Чистовой цикл операций после
Рис. 4.22. Черновое обтачивание термообработки начинают с раста-
поршня чивания внутреннего пояска (с до-
пуском Я7) и подрезки прилегаю-
щего торца; создается установочная база почти для всех дальней-
ших операций.
Предчистовое обтачивание боковой поверхности, канавок и днища
выполняют на многорезцовых станках с закреплением поршня, как
показано на рис. 4.22. Для точения канавок, как и при черновой про-
резке, используют набор резцов.
Предварительное растачивание отверстия под палец и подрезку бо-
бышек изнутри производят на расточных станках, а также на токарных
с установкой детали на угольник. Чистовое обтачивание с окончательной
проточкой днища аналогично предчистовому.
После чистового обтачивания поршня и фрезерования карманов
на днище непроницаемость днища испытывают гидравлически давлением
1 МПа; отверстие под палец заглушают. После сверления по кондуктору
масло^тводящих каналов окончательно отделывают боковую поверх-
ность методом тонкого обтачивания, обеспечивающим высокую точность
и малую шероховатость. Тонкое точение для отделки алюминиевых
поршней более производительно, чем шлифование.
Окончательную отделку отверстия под палец ведут на алмазно-
расточных станках, обычно горизонтальных, одно- , двух- и многошпии-
дельных. Установочными базами служат нижний торец и внутренний
поясок. Алмазные резцы обеспечивают 6-й квалитет и Ra = 0,32 мкм.
Для подгонки поршней по массе металл чаще всего снимают с внут-
ренних поверхностей на фрезерных станках. Специальное электромаг-
нитное устройство автоматически выключает станок после снятия за-
данной массы металла, падающего на чашку весов.
4.5. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ПОРШНЕВЫХ КОЛЕЦ
4.5.1. Материалы и заготовки
Основные требования, предъявляемые к материалу поршневых
колец, — высокая износостойкость, малая склонность к задирам, сох-
ранение
130
упругих
свойств в рабочих условиях
(термостойкость).
Поршневые кольца обычно изготовляют из серого легированного чугуна
с пластинштым графитом или высокопрочного чугуна с шаровидным
графитом, поскольку данные материалы наиболее полно отвечают ука-
занным требованиям. В чугуне с пластинчатым графитом количество
фосфора должно быть в пределах 0,25-0,7 %, серы не более 0,1 %, в
чугуне с шаровидным графитом фосфора должно быть не более 0,1 %,
серы не более 0,8 %. Металлическая основа чугуна для поршневых ко-
лец — однородный мелкопластинчатый или сорбитообразный перлит.
Умеренное количество графита (не очень мелкого) облегчает трение
и предотвращает заедание колец. Твердость поршневых колец из серых
легированных чугунов с пластинчатым графитом HRB 94—107, для
чугуна с шаровидным графитом HRB 98-110. Различие твердости на
одном кольце должно быть не более HRB 4.
Чугунные заготовки для поршневых колец обычно отливают в виде
полых барабанов, называемых обечайками или маслотами, с фланцем
на одном конце со стороны прибыльной части для удобного закрепления
на станке. Заготовки-барабаны отливают в земляные или металлические
формы либо центробежным способом. Более производительна отливка
центробежным способом, кроме того, наружная рабочая поверхность
колец в данном случае имеет более плотную мелкозернистую и одно-
родную структуру. На специализированных заводах поршневых колец
применяются индивидуальные отливки, т. е. заготовки на одно кольцо
(диаметром менее 180 мм). Преимущества индивидуальной отливки
заключаются в том, что значительно сокращается объем механической
обработки и повышается коэффициент использования материала за-
готовки, однако это требует больших первоначальных затрат по сложной
формовке и отливке колец в виде многорядных стопок. Кроме того,
для колец индивидуальной отливки характерна некоторая неоднород-
ность структуры материала по периметру кольца.
Стальные компрессионные поршневые кольца находят применение
в цилиндропоршневой группе высокооборотных дизелей, работающей
в особо тяжелых условиях, для предотвращения поломок, например
в случае повышенных неравномерных износов торцевых поверхностей
канавок под кольца у поршней из алюминиевых сплавов. В качестве
материала используют сталь 65Г, однако по сравнению с чугунными
эти кольца обладают худшей термостойкостью.
Более высокие механические свойства и повышенную термостой-
кость (примерно одинаковую с термостойкостью чугунных колец)
имеют поршневые кольца из стали 4Х5МФ1С-Ш. Использование этой
весьма дорогостоящей стали исключает поломку колец.
Заготовкой для стальных поршневых колец служит лента, которая
после навивки в виде спирали разрезается на отдельные круглые за-
готовки.
Верхнее поршневое кольцо, а также все стальные кольца должны
обязательно иметь износостойкие покрытия. Целесообразно также
применять- покрытия для маслосъемных колец. Износостойкое пок-
рытие наносится на цилиндрическую рабочую поверхность поршневых
5* 131
колец и обеспечивает значительное повышение их ресурса и длительности
работы дизеля до переборки.
Широкое распространение получило пористое хромирование (галь-
ваническое) толщиной 0,10-0,15 мм, причем глубина пор, служащих
для удержания смазки, составляет примерно 0,03—0,04 мм. Пористое
хромирование поршневых колец не только увеличивает длительность
их работы в два и более раза, но также существенно уменьшает износ
рабочей поверхности цилиндрических втулок. Следует отметить, что
высокая твердость покрытия (HV 800 и выше) ухудшает приработку
колец.
Находят применение также молибденовые, сталь-молибденовые,
металлокерамические, керамические и другие покрытия, наносимые
путем плазменного напыления или лазерной наплавки, что обеспечивает
пористость структуры такою износостойкого слоя на всю его глубину.
Более высокая прочность сцепления покрытия с основным материалом,
особенно при использовании лазерной наплавки, позволяет увеличить
толщину износостойкого слоя до 0,5 мм и более, При этом ресурс порш-
невых колец приближается к ресурсу цилиндровых втулок. Для лучшей
приработки колец применяют фосфатирование, лужение, свинцевание и
оксидирование рабочих поверхностей.
4.5.2. Требования к обработке
Поршневое кольцо по существу представляет собой плоскую криво-
линейную пружину, которая в рабочем состоянии для выполнения
своих функций должна по всему периметру контактировать со стенками
цилиндра и оказывать на них равномерное (или другое заданное распре-
деление) давление. Важнейшей характеристикой кольца является его
упругость, оцениваемая усилием Q , которое необходимо приложить,
чтобы свести его концы до теплового зазора St (рис. 4.23). Усилие
может быть приложено диаметрально Qx и тангенциально Qi (рис. 4.24,
I и II соответственно). Схема II, при которой кольцо стягивается гиб-
кой лентой, предпочтительнее, так как при схеме I могут возникать
остаточные деформации. Эмпирическая зависимость между упругостью,
измеренной при диаметральном и ташенциальном приложении сил,
С1 =2,102-
Предельные отклонения упругости не должны превышать' 20 % зна-
чений, указанных в технических условиях на кольцо. При нагреве порш-
невого кольцо в технологической гильзе до 300 °C с выдержкой в тече-
ние 3 ч упругость не должна уменьшаться более чем на 8 % (испытание
на термостойкость).
Упругость кольца характеризуется средним давлением кольца на
стенки цилиндра, Р , МПа, и условным модулем упругости Е , МПа
2 02 02 (Z?/r-l)2 3
Р =------- ; Е = 14,14-----------------,
Db bf
132
Рис. 4.23. Основные геометри-
ческие параметры поршневого
кольца
Рис. 4.24. Контроль упругости
поршневого кольца
где D-наружный диаметр кольца в рабочем состоянии илн диаметр
цилиндра (см. рис. 4.23); b - высота прилегающей к цилиндру части
кольца; t - радиальная толщина кольца; f — разность между зазором
в замке кольца в свободном состоянии А и тепловым зазором 51
(см. рис. 4.23).
Величина Р для судовых дизелей обычно находится в пределах
0,08—0,15 МПа в зависимости от диаметра кольца и частоты вращения
двигателя. Для маслосъемных колец рекомендуется повышенное сред-
нее давление, что способствует лучшему распределению масла на стенках
цилиндра. Модуль упругости чугуна зависит от уровня напряжений,
так как между напряжением растяжения н деформацией существует
нелинейная связь. Значение указанного модуля упругости, называемого
условным, соответствует максимальным напряжениям в рабочем состоя-
нии, возникающим в спинке кольца (противоположной его замку).
Для колец из серого чугуна среднее значение модуля упругости Е =
= 115 000 МПа, для высокопрочного чугуна £= 160 000 МПа и
для стальных колец Е =
= 200 000 МПа.
Задаваемый характер
распределения радиальных
давлений по периметру
кольца (эпюра давлений)
зависит от тактности дви-
гателя и частоты его враще-
ния. Поршневые коль-
ца с равномерной эпю-
рой давления (рис. 4.25, а)
Рис. 4.25. Эпюры радиальных давлений порш-
невых колец
133
применяются в основном для четырехтактных среднеоборотных дизелей.
Для высокооборотных четырехтактных дизелей предпочтительна эпюра
с повышенным давлением в зоне замка (рис. 4.25, б), благодаря чему
обеспечивается более длительное сохранение контакта кольца с цилинд-
ром. Кроме того, данная эпюра уменьшает склонность колец к вибрации,
в том числе к вибрации типа „флаттер”, при которой происходят отрыв
кольца от стенки цилиндра и пропуск газов. Кольца с пониженным дав-
лением в зоне замка (рис. 4.25, в) применяются для двухтактных дизе-
лей с целью предупреждения их поломки при попадании концов кольца
в окна цилиндровых втулок.
Технологические возможности не позволяют обеспечить точность
и стабильность задаваемой эпюры давлений, поэтому рассмотренные ви-
ды распределения радиальных давлений следует считать идеальными;
к ним необходимо стремиться при изготовлении колец. Как правило,
эпюра давлений не является браковочным признаком и ее контроль
осуществляется главным образом при разработке нового технологи-
ческого процесса.
Для определения характера эпюры используют эпюромеры различ-
ных конструкций, основанные на измерении реакции опор, расположен-
ных по окружности кольца в рабочем состоянии. В цеховых условиях
характер эпюры давлений можно весьма приближенно оценить косвен-
ным образом по разности диаметров кольца, стянутого лентой в двух
взаимно перпендикулярных положениях, измеренных по замку и пер-
пендикулярно ему. Для колец с повышенным давлением в зоне замка
разность диаметров составляет 0,2-1,2 мм.
Качество прилегания поршневого кольца к стенкам цилиндра про-
веряют по световому зазору (просвету) в кольцевом калибре. Между
калибрам и установленным в него поршневым кольцом допускается
просвет на дуге не более 30°. Кольца с хромированной рабочей по-
верхностью не должны иметь просветов. Недопустим также просвет
в зоне замка для колец четырехтактных двигателей.
Точность осевой высоты поршневого кольца задается обычно по
7-му квалитету, что соответствует допуску примерно 0,02-0,035 мм
(в зависимости от его высоты) для обеспечения торцевого зазора в
канавке поршня. Неравномерность радиальной толщины кольца по
периметру должна быть не более 0,1 мм. Допуск на зазор в замке в
рабочем состоянии (тепловой зазор) задают ±30% номинального
значения.
При обработке наружной цилиндрической поверхности кольца
должна быть обеспечена перпендикулярность ее образующих торцам
по всему периметру, чтобы исключить возможность сопряжения ра-
бочей поверхности кольца с цилиндром по верхней кромке. При таком
сопряжении (рис. 4.26, а) создаются условия для проникновения масла
в надпоршневое пространство, что приводит к увеличению его расхода.
Если рабочая поверхность поршневого кольца сопряжена с ци-
линдром нижней кромкой (рис. 4.26, б), то создаются благоприятные
условия для маслораспределения и приработки, поэтому иногда рабочую
134
Рис. 4.26. Форма рабочей по-
верхности поршневого кольца
поверхность кольца обрабатывают на конус
с вершиной, обращенной к камере сгорания
(уклон 1 — 1,5°).
Поскольку в процессе приработки рабо-
чая поверхность кольца приобретает бочко-
образную форму, целесообразно специаль-
ной обработкой придавать ей именно такую
форму (рис. 4.26, в). Применение колец с
бочкообразным профилем рабочей поверх-
ности (с отклонением образующей от
прямолинейности на базовой длине Ъ j
и Ъ2 0,01—0,02 мм) обеспечивает опти-
мальное распределение масла по ходу порш-
ня и исключает вероятность кромочных
контактов при перекосе поршня в цилиндре. Кроме того, в первоначаль-
ный период контакт рабочей поверхности кольца с цилиндром происхо-
дит по линии (рис. 4.26, г), благодаря чему сокращается длительность
приработки.
Отклонение от параллельности торцевых поверхностей кольца долж-
но быть не более допуска на его осевую высоту. Допустимое коробление
(неплоскостность) торцевых поверхностей зависит от отношения толщи-
ны кольца к его диаметру и обычно составляет 0,02-0,05 мм. Более
значительное коробление не всегда устраняется давлением газов. Для
проверки коробления кольцо пропускают между двумя плитками
с зазором, равным предельному размеру осевой высоты с учетом короб-
ления. Шероховатость торцевых поверхностей Ra = 0,63 = 1,25 мкм,
так как приработка этих поверхностей затруднена. Шероховатость
наружной поверхности по диаметру Ra = 1,25 = 2,5 мкм.
Основные требования, предъявляемые к материалу, упругим свой-
ствам, к точности размеров, формы и расположения поверхнортей порш-
невых колец, а также методы контроля регламентируются стандартом.
Общая трудоемкость контрольных операций, даже в условиях специали-
зированных предприятий при использовании контрольных автоматов,
составляет 25—30% трудоемкости изготовления поршневых колец.
4.5.3. Изготовление колец методом термофиксации
Термофиксация - один из методов формообразования, применяе-
мый для придания кольцу в свободном состоянии овальной формы с
целью обеспечения пружинящих свойств при установке кольца в цилиндр.
Термофиксация используется при изготовлении поршневых колец в
условиях мелкосерийного производства (заготовка в виде литого
барабана). Этот метод служит также при изготовлении стальных поршне-
вых колец из ленты.
Сущность термофиксации заключается в том, что круглые заготовки
колец после прорезки замка с шириной реза не более Sj (тепловой за-
зор) собирают на оправке. Оправка (рис. 4.27) снабжена распоркой 1
135
Рис. 4.27. Сборка
колец на оправке
перед термофик-
сацией
шириной 1,2 А (А - зазор в замке в свободном
состоянии), распирающей концы колец. Кольца
сжимаются по торцам клином 2. Оправку с раз-
веденными кольцами подвергают нагреву до 600° С
с выдержкой 2 ч и последующим охлаждением
на воздухе. В процессе нагрева материал делается
пластичным, снимаются напряжения, стремившиеся
вернуть кольцо в прежнее положение. В результа-
те фиксируется овальная форма колец. Кольца,
полученные методом термофиксации на распорной
вставке, могут иметь только равномерную эпюру
радиальных давлений, причем характер распреде-
ления давлений весьма приближенный и неста-
бильный, что является одним из недостатков дан-
ного способа формообразования.
Черновую и чистовую обработку барабана
выполняют на карусельных или токарных стан-
ках. Перед обработкой подготавливают устано-
вочную базу—торец 1 и поясок 2 (рис. 4.28, а).
Затем барабан устанавливают на центрирующий
диск 3, закрепленный на планшайбе станка
(рис. 4.28, б). Черновое обтачивание и растачивание
ведут одновременно двумя резцами. На данной операции отрезают также
пробное кольцо. Барабан и кольцо направляют на термообработку для
снятия напряжений (нагрев до 450 °C, выдержка 4 ч). Контроль твер-
дости на пробном кольце предусмотрен до и после термообработки.
После чистовой обработки барабана (аналогично схеме, показанной
рис. 4.2$, б) заготовку разрезают на кольца набором дисковых фрез
или несколькими резцами одновременно (рис. 4.28, в), затем предва
рительно шлифуют торцы колец на плоскошлифовальном станке с
магнитным столом.
Для прорезки замка кольцо устанавливают в приспособление на сто-
ле фрезерного станка. Прорезная фреза должна быть узкой с толщиной
по периферии 0,5—0,8 мм. Затем выполняют термофиксацию, после чего
проверяют твердость каждого кольца.
Рис. 4.29. Установка колец для
чистового обтачивания
Рис. 4.28. Обтачивание и растачивание бара-
бана, разрезка на отдельные кольца
136
Чистовое обтачивание наружной
поверхности кольца в сжатом состоя-
нии ведут на токарном станке после
чистового шлифования торцов. Об-
рабатывают три-четыре кольца вместе.
Кольца устанавливают в накидную
шайбу 1 (рис. 4.29), закрепляют ди-
ском 2 и тягой 3 с помощью пневма-
тического устройства 4. После закреп-
ления наквдную шайбу отводят влево.
Чистовое растачивание выполняют
также на токарном станке. При этом
заготовки колец устанавливают в
сжатом состоянии в барабан с диа-
метром отверстия, равным наружному
диаметру кольца.
Для окончательной доводки рабо-
чих поверхностей с целью устранения
незначительных просветов и ускорения
приработки, особенно для колец с
Рис. 4.30. Доводка колец охваты-
вающим хонингованием
хромовым покрытием, применяются
притирка в чугунной технологической гильзе с алмазным покрытием
или охватывающее хонингование (рис. 4.30). Предварительно кольца
собирают в гильзе 1. После обжатия по торцам шайбами 2 и 3 кольца
притираются алмазными брусками 4, расположенными по окружности
диаметром, равным номинальному диаметру притираемых колец. Бруски
прижимаются к поверхности колец давлением 1,0-1,2 МПа. По мере
притирки твердого хрома производится пережим колец по торцам.
Для этого оправка колец вводится в гильзу 1, торцевый зажим ослаб-
ляется, движением конуса 5 создается радиальное давление на кольца
через башмаки 6 и резиновую прокладку 7, после чего оправка вновь
зажимается по торцам. Хонингование проводят при частоте вращения
оправки 35 об/мин и 40 двойных ходах в минуту.
4.5.4. Изготовление колец копирным методом
Копирная обработка позволяет получать любое заданное распределе-
ние радиальных давлений кольца на стенки цилиндра и обеспечивает
лучшее сохранение его упругих свойств в рабочих условиях. Данный ме-
тод формообразования широко применяется на специализированных
предприятиях, изготовляющих поршневые кольца. В настоящее время
наметился переход на копирное формообразование (взамен термо-
фиксации) на дизелестроительных заводах.
При копирном формообразовании заготовка в виде барабана или
индивидуальной отливки обычно имеет овальную форму в соответствии
с формой кольца в свободном состоянии, что обеспечивает равномерный
припуск на обработку и сохранение свойств материала по периметру
кольца, полученных при литье.
137
Копирную обработку в условиях массового производства выполня-
ют на специальных копировальных станках, на дизелестроительных за-
водах для этой цели используют универсальные токарные станки с копир-
ными узлами. Для копирного формообразования необходимо произвести
значительный объем подготовительных работ: расчет формы кольца
в свободном состоянии для выбранной эпюры радиальных давлений,
расчет формы копира с учетом кинематики копирного узла; изготовление
и доводку копира с целью устранения систематических погрешностей
обработки, возникающих из-за неточностей копира, наличия зазоров
в соединениях копирного узла, упругой деформации системы и т. д.
Первоначально рассчитывают форму кольца в свободном состоянии,
получая исходные данные для расчета технологической оснастки. Исход-
ной формулой для расчета осевой линии поршневого кольца в свобод-
ном состоянии служит уравнение чистого изгиба бруса малой кривизны
1/г -1/р, = M„I(EJ),
откуда
________1_________
Ptp 1/r-M^KEJ)
где - радиус кривизны кольца по осевой линии в свободном состоя-
нии с угловой координатой относительно спинки (см. рис. 4.23) : г -
«радиус кольца по осевой линии в рабочем состоянии; - изгибающий
момент в сечении кольца с угловой координатой </>;£’ — модуль упру-
гости материала кольца; J — момент инерции сечения кольца.
Точность расчета формы кольца обеспечивается учетом на основе
эксперименталшых данных свойств применяемого материала, в част-
ности изменения модуля упругости чугуна в зависимости от напряже-
ний (при обжатии кольца напряжения возрастают от спинки к замку),
остаточного формоизменения кольца при его обработке. Отклонение
фактической формы кольца от расчетной свыше ± 0,06 мм может не
только значительно исказить характер эпюры распределения давлений,
но и привести к нулевым давлениям и радиальным зазорам между
кольцом и цилиндром на отдельных его участках.
Копировальное устройство для обработки заготовок колец, уста-
навливаемое на суппорте токарного станка, состоит из копира 1
(рис.4.31), кинематически связанного со шпинделем станка, следя-
щего ролика 2, который постоянно контактирует с копиром за счет
действия пружины, и качающейся рычажной системы 7, на которой
закреплены резцедержатели с резцами 6. Пакет колец 4 с предвари-
тельно обработанными плоскостями сжимается по торцам диска-
ми 3 и 5, связанными со шпинделем станка. Взаимная ориентация колец
в пакете при сборке достигается совмещением лунок, расположенных на
внутренней поверхности в зоне последующей вырезки замка.
138
Таблица 4.4. План обработки поршневых колец методом копирной обработки в условиях серийного производства
Операция Станок или рабочее место Установочные базы: СБ — сопря- гаемая; ПБ — проверочная Приспособления и специальный инструмент
Подрезка торца со стороны прибыли Карусельный или токарный ПБ - черная наружная поверх- ность Кулачки планшайбы
Отрезка прибыльной части и про бно- го кольца То же СБ - торец и внутренний поя- сок -
Черновая копирыая обработка бара- бана (наружной и внутренней поверх- ностей) Карусельный или токарный с копир- ным узлом СБ - торец; ПБ - литейная лунка х -
Обработка технологического паза в зоне последующей вырезки замка Долбежный или про- тяжной - -
Термообработка для снятия напря- жений : нагрев до 450 °C; выдержка 4 ч; медленное охлаждение с печью Печь - -
Чистовая копирная обработка бара- бана Карусельный или токарный с копир- ным узлом СБ - торец и технологический паз -
Разрезка барабана на отдельные кольца Токарный - Приспособление с набором фрез или резцов, расположен- ных ступенчато
Предварительное шлифование торцов Плоскошлифов аль- ный с магнитным столом СБ - проточенный торец -
ё
Операция Станок или рабочее меОто
Вырезка участка кольца в зоне замка Фрезерный
Предварительная калибровка замка Горизонтально-фре- зерный
Чистовое обтачивание в сжатом сос- тоянии Токарный
Чистовое растачивание внутренней поверхности Тоже
Окончательная обработка торцевых поверхностей Плоскошлифов аль- ный с магнитным стопом
Притирка рабочей поверхности колец Хонинговальный ста- нок
Калибровка замка, зачистка кромок, фасок Г оризонтально-фре- зерный
Продолжение табл. 4.4
Установочные базы: СБ — сопря гаемая; ПБ — проверочная ’ Приспособления и специальный инструмент
СБ - торец и технологический паз -
- -
СБ - наружная поверхность | и торцы Установочные приспособления
1 Тоже То же
СБ - торцевые поверхности -
СБ - наружные поверхности и торцы Технологическая гильза
СБ - наружная поверхность, торец и замок -
Рис. 4.31. Схема копировального устройства
Подобная схема копировального устройства применяется также при
использовании заготовки-барабана. Угловая ориентация заготовки про-
изводится по искусственной базе - специальному пазу.
Одновременная копирная обработка наружной и внутренней поверх-
ностей обеспечивает постоянство радиальной толщины кольца по его
периметру. Участок кольца для формирования замка вырезают двумя
фрезами на специальном приспособлении.
Дальнейшие операции после формообразования и вырезки замка
мало отличаются от операции при обработке термофиксированных
колец. План обработки поршневых колец методом копирного точения
приведен в табл. 4.4 для заготовки-барабана овальной формы из чугуна
СЧ 21-40.
4.6. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ШАТУНОВ
4.6.1. Материалы и заготовки
Давление газов на поршень и силы инерции создают для шатунов
условия циклического нагружения, поэтому для их изготовления ис-
пользуют высококачественные стали. В шатунах малооборотных дви-
гателей применяют главным образом углеродистые стали: для стерж-
ней—сталь 35, для головок — стали 25, 35; для шатунных болтов —
сталь 30, а иногда и легированные стали. В средне- и высокооборотных
двигателях для стержней и крышек применяют стали 45, 453, 40Х,
30ХМА, 40ХНМА и, наконец, 18Х2Н4МА, отличающуюся высокими
показателями прочности и ударной вязкости, но более дорогую; для
шатунных болтов - 20ХНЗА, 18Х2Н4МА. Вставные втулки верхних
головок шатунов изготовляют чаще литыми из бронз Бр0Ф10-1,
БрОЦС-5-5-5, а также из сталей 10 или 15 и заливают свинцовистой
141
бронзой или баббитом. Для втулок верхних головок высокооборотных
двигателей часто применяют фосфористую бронзу БрОФ-6,5-0,25,
обладающую после вальцовки в холодном состоянии высокими меха-
ническими свойствами. Для малооборотных, а иногда и для средне-
оборотных дизелей, в качестве антифрикционного сплава, заливаемого
непосредственно в головки шатуна или во вставные разъемные вклады-
ши, используют баббит Б83.
Стержни шатунов большого размера изготовляют методами свобод-
ной ковки, а небольшого и среднего размеров обычно штампуют, соз-
давая двутавровый профиль. Отъемные головки шатунов выполняют
литыми или штампованными. Материал шатунов тщательно проверяют,
производя механические испытания образцов, взятых от каждой детали,
для чего у заготовки предусматривают с одного конца пробный брусок
такого же диаметра, что и у стержня.
4.6.2. Требования к обработке
К точности расположения поверхностей предъявляются следующие
требования:
— оси отверстий верхней и нижней головок должны быть параллель-
ны- допуск на непараллельность задается 0,2 мм на 1 м длины; допуск
на перекос осей - 0,3—0,5 мм на 1 м длины;
- оси отверстий головок должны быть перпендикулярны оси стерж-
ня и пересекать ее; неперпендикулярность допускается до 0,5 мм на 1 м
длины, смещение осей - до 0,5 мм.
- o<^i отверстий для шатунных болтов должны быть параллельны
(чтобы можно было снять крышку, не удаляя болтов).
При изготовлении шатунов с взаимнозаменяемыми отъемными
головками стержни и головки обрабатывают раздельно, а для того
чтобы в собранном шатуне оси головок были параллельны, нужно вы-
полнить дополнительные требования: оси отверстий головок должны
быть параллельны плоскостям соединения стержня и головки; оси
головок должны быть перпендикулярны плоскости, в которой располо-
жены оси отверстий для шатунных болтов.
Точность размеров при изготовлении шатунов определяется следую-
щими допусками:
— на отверстие в верхней головке под цельную втулку — Я7;
- на отверстие в нижней головке - Н1 (в крупных двигателях -
Я8иЯ9);
— на расстояние между осями головок шатуна для двигателей,
не имеющих компрессионных прокладок, — ± (0,05 4-0,1) мм;
— на отверстие и бобышки, центрирующие стержень с головкой, —
посадка Я7//7 или Htyhb;
- на отверстия под шатунные болты — Я9; на шейки болтов -/7;
-для взаимозаменяемых головок расстояния между осями отвер-
стий для шатунных болтов и осью шатуна должны быть выполнены
с допуском не более ±0,03 мм.
142
S)
a)
Рис. 4.32. Шатуны двутаврового сечения среднеоборотного дизеля (а) и с
отъемными головками малооборотного дизеля (б)
Требования к шероховатости поверхностей шатунов показаны на
рис. 4.32.
В отъемных головках шероховатость поверхности отверстия после
заливки Ra = 0,63 кмк; отверстия в головках под вкладыши и втулки
Ra = 1,25 0,63 мкм. В малооборотных двигателях обычно предусмат-
ривают шабрение подшипников по шейкам или по валу-калибру, поэто-
му ограничиваются Ra = 2,5-И ,25 мкм. Шатуны высокооборотных
двигателей из легированных сталей полируют кругом до Ra =0,32^-
-^0,63 мкм, так как легированные стали особенно чувствительны к кон-
центрации напряжений. Для повышения усталостной прочности детали
необходимо устранить малейшие цирапины и риски, особенно тщательно
отполировать все галтели и переходы. Эффективным и экономичным ме-
тодом повышения усталостной прочности служит дробеструйная обра-
ботка взамен полирования.
4.6.3. Изготовление шатуна среднеоборотного дизеля
из цельноштампованной заготовки
План обработки шатуна двутаврового сечения из материала 40ХНМА
(см. рис. 4.32, а) представлен в табл. 4.5. До обработки заготовка дол-
жна пройти термообработку: закалку при 880° С и отпуск при 560° С.
Обработку цельноштампованного шатуна выполняют в три этапа:
143
- до отрезки крышки окончательно фре-
зеруют торцевые плоскости головок и контур
шатуна, предварительно растачивают отверстия;
головок;
— после отрезки крышки фрезеруют пло-
скости разъема и сверлят центральное отвер-
стие под смазку;
— после сборки шатуна с крышкой окон-
чательно обрабатывают отверстия под шатун-
ные болты и отверстия в нижней и верхней
головках.
Рис. 4.33 Вырезка отвер-
стия в головке шатуна
Обработку цельноштампованной заготовки начинают с фрезерования
по разметке торцевых плоскостей отверстий головок, которые служат
установочной базой на последующих операциях. Фрезерование выпол-
няют в две установки. При этом необходимо обеспечить симметричное
расположение стержня шатуна относительно плоскостей головок. Также
по разметке на расточном станке с помощью резцовой головки („трепа-
натора”) вырезают отверстия в нижней и верхней головках (рис. 4.33).
Если в заготовках предусмотрены прошитые отверстия в головках,
то их растачивают по разметке либо используют дополнительные базы —
предварительно обработанные установочные площадки, определяющие
расположение отверстий головок относительно оси симметрии стержня
шатуна. Такими дополнительными базами могут служить боковые
поверхности головок или опорные площадки под шатунные болты.
Контур шатуна, включая поверхности головок, обрабатывают на
фрезерном станке с ЧПУ. Следует отметить, что качественная штампов-
ка, обеспечивающая отсутствие обезуглероженного слоя на поверхности
и достаточную точность контура шатуна, позволяет исключить трудоем-
кую операцию фрезерования контура. Если же эта операция выполня-
ется, то после нее заготовка проходит низкий отпуск и дробеструйную
обработку для упрочнения поверхностного слоя Затем повторно фрезеру-
ются поверхности головок, а также растачиваются отверстия в головках.
Перед отрезкой крышки
нижней головки целесо-
образно выполнить сверле-
ние под шатунные болты,
используя специальный кон-
тур. После отрезки крышки
нижней головки и фрезеро-
вания их стыков сверлят
центральное отверстие под
смазку удлиненным сверлом
на специальном или токар-
ном станке (рис. 4.34).
Глубокое сверление с
вращением заготовки благо-
приятствует возникновению
Рис 4.34 Сверление центрального отверстия
в шатуне
144
Таблица 45 План обработки шатуна среднеоборотного двигателя
Операция Станок или рабочее Установочные базы- СБ — со- прягаемая; ПБ — проверочная Приспособления и специальный ин- струмент
Проверка заготовки; разметка Разметочная плита ПБ - черные поверхности -
Черновое фрезерование торцевых поверхно- стей головок Фрезерный ПБ - разметочные риски -
Вырезка отверстий в нижней и верхней го- ловках Расточный СБ - торцевые поверхности головок; ПБ - разметочные риски Резцовая головка („трепанатор”)
Фрезерование контура и занижений на тавре Фрезерный с ЧПУ СБ - отверстия в головках и их торцевые поверхности -
Сверление отверстий под шатунные болты Специальный сверлильный То же -
Низкий отпуск с нагревом до 200-250 °C для снятия напряжений; дробеструйная об- работка Термический цех - -
Чистовое фрезерование торцевых поверхно- стей головок Фрезерный СБ — отверстия в головках, торцевые поверхности голо-
Растачивание отверстий в нижней н верхней головках Расточный двухшпиндель- ный СБ - торцевая и боковые по- верхности головок -
Отрезка нижней крышки шатуна Г оризонтально-фрезерный СБ - площадка под головки шатунных болтов -
&__________________________
Операция
Фрезерование плоскостей разъема шатуна
и крышки
фрезерование зубьев на плоскостях разъема
Сверление глубокого отверстия в шатуне для
смазки
Сборка шатуна с крышкой на технологических
болтах
Предварительное растачивание отверстий в го-
ловках
Зенкерование, окончательная подрезка и раз-
вертывание отверстий под шатунные болты
Тонкое растачивание отверстий в головках
Фрезерование масляных канавок
Продолжение табл 4 5
Станок или рабочее место Установочные базы: СБ — со- прягаемая; ПБ - проверочная При способление и специальный ин- струмент
Вертикально-фрезерный СБ - торцевые поверхности головок -
Зубофрезерный То же -
Токарный СБ - центровое отверстие на верхней головке, плоскость разъема шатуна Кондуктор, шейка которого поддержи- вается люнетом, спе- циальное сверло
Слесарный участок - -
Расточный двухшпиндель- ный СБ - торцевая н боковые по- верхности головок -
Специальный сверлильный СБ - торцевые поверхности головок, отверстия в голов- Кондуктор
Двухшпиндельный свер- лильный СБ - торцевые н боковые по- верхности головок -
Верз икально-фрезерный СБ - торцевые н боковые по- верхности головок -
Рис. 4 35 Обработка отверстий пой шатунные болты
усилий, сохраняющих центральное положение инструмента. Этому спо-
собствует кондуктор 1, прикрепляемый к плоскости разъема шатуна.
Шейка кондуктора 2 поддерживается люнером 3. Через сверло в обраба-
тываемое отверстие от насоса подается жидкость для охлаждения и вы-
мывания стружки. Подача сверла, а также его подвод и отвод осущест-
вляются автоматически. Отверстия даиметром свыше 50 мм сверлят
перовыми сверлами. После сборки шатуна с крышкой на временных
болтах переходят к совместной обработке головок - предчистовому
растачиванию.
Для зенкерования, окончательной подрезки и развертывания от-
верстий под шатунные болты используют приспособление (рис. 4.35),
снабженное установочными пальцами 1 и 2. Базой служат отверстия
и плоскости головок. Передние задние втулки 4 кондуктора (двойное
направление инструмента) обеспечивают прямолинейность осей отвер-
стий и их параллельность. Инструмент соединяют со шпинделем станка
шарнирно.
Отверстия в головках отделывают тонким растачиванием или шли-
фованием.' Эту операцию, так же как предчистовое растачивание голо-
вок, осуществляеют с двух позиций стола шпинделя, но с одного крепле-
ния детали, либо, что еще лучше, одновременно двумя шпинделями.
4.7. ИЗГОТОВЛЕНИЕ КОЛЕНЧАТЫХ ВАЛОВ
4.7.1. Материалы и заготовки
Коленчатые валы принадлежат к наиболее ответственным деталям
двигателей Их работа протекает в условиях переменных нагрузок.
Шейки вала подвержены трению скольжения при больших скоростях
и высоких удельных давлениях.
147
Изготовление коленчатого вала двигателя связано с выполнением
трудоемких и сложных процессов. Стоимость колечатого вала, включая
материал, ковку и механическую обработку, составляет более 10 % стои-
мости всего двигателя.
Для коленчатого вала с диаметром шеек выше 200 мм обычно при-
меняют углеродистые стали, которые по сравнению с легированными
менее склонны к возникновению различного рода пороков и не требуют
сложной термической обработки. Если необходимы более высокие меха-
нические свойства, применяют низколегированную сталь 40Н с повы-
шенной вязкостью.
Коленчатые валы высокооборотных двигателей в зависимости от
степени напряженности изготовляют из сталей 45,40Х, 30ХМА, 40ХНМА
и 18Х2Н4МА. Хромоникельмолибденовые стали, особенно 18Х2Н4МА,
отличаются высокими показателями прочности и ударной вязкости.
Твердость стали 18Х2Н4МА (НВ 321-387) характеризует ее сравнитель-
но высокую износостойкость.
Поверхностную твердость и износостойкость шеек валов из сталей
45, 40Х повышают до HRC 50—55 высокочастотной закалкой. Твердость
шеек и усталостную прочность всего вала иногда увеличивают азотирова-
нием.
Высокопрочный чугун с шаровидной формой графита пригоден для
коленчатых валов не только мелких, но и крупных двигателей (мощ-
ностью 1500-2000 кВт).
Заготовки валов среднеоборотных дизелей обычно получают ковкой.
При ковке цельных валов у слитка отрезают верхнюю (прибыльную)
часть, отход составляет 20 — 25 % массы слитка; отрезают также и ниж-
нюю, обычно загрязненную часть, составляющую 5-7 % массы. Наиболее
благоприятная макроструктура металла получается при степени укова
(отношение площадей сечения слитка и поковки) для рамовых шеек
5-6, а для наиболее крупных частей вала (щек) не менее 2.
Заготовки коленчатых валов выскооборотньм дизелей получают
штамповкой.
Каждый коленчатый вал, полученный свободной ковкой или штам-
повкой, снабжают с обоих концов пробными брусками для изготовления
образцов. Непосредственно после ковки заготовки подвергают термиче-
ской обработке, обычно нормализации: для углеродистых и низколеги-
рованных сталей при 850° С, для легированных сталей, например для
18ХНМА, при 950° С. Цель термообработки - улучшить структуру мате-
риала и' устранить остаточные напряжения. Дальнейшую термообработку
производят после черновой обработки вала.
Коленчатые валы малооборотных дизелей с диаметром шеек более
400 мм состоят обычно из нескольких составных или полусоставных
секций (по три-четыре колена в каждой), соединяемых фланцами. При
получении заготовки составного вала отдельно отковывают рамовые и
мотылевые шейки, а также щеки, которые соединяют в одно целое
горячей запрессовкой.
При изготовлении полусоставного вала каждая мотылевая шейка
со щеками представляет отдельный элемент (поковка или отливка
148
с применением электрошиакового
переплава), в который запрессовыва-
ют рамовые шейки (рис. 4.36).
Перед сборкой составного и полу-
составного коленчатых валов обраба-
тывают окончательно плоскости щек,
оставляя боковые контурные поверх-
ности литых щек без обработки.
Плоскости протачивают на карусель-
ном станке. Затем производят черно- Рис' 436' KP®”bI полусостав-
г г „ ного вала
вое и чистовое растачивание отверстии
в щеках под горячую запрессовку шеек. К элементам составного или
полусоставного вала, образующим неразъемное соединение, не предъ-
являют требования взаимозаменяемости, важно чтобы отверстия
имели точную форму (овальность и конусообразность менее 0,04 мм)
и шероховатость Ra 2,5 мкм. Точность же размера отверстия допу-
стима по 10-11-му квалитету.
Черновую и предчистовую обработку шеек выполняют, оставляя на
сопрягаемых со щеками поверхностях припуск 3—5 мм на сторону.
Пояски под запрессовку обтачивают, а иногда и шлифуют. Обработку
ведут по фактически выполненным размерам отверстий в щеках, добав-
ляя к измеренному диаметру величину натяга под запрессовку. Натяг на
сплошных шейках задают (1 1,2 • 10-3)d, а на полых (1,4-И,7 • 10-3)d
(J — диаметр посадочного отверстия щеки). Указанные натяги приводят
к появлению на сопрягаемых поверхностях средних контактных давле-
ний около 100 МПа, что должно обеспечивать передачу крутящего мо-
мента только за счет сил трения без установки шпонок.
Перед сборкой щеки равномерно нагревают в печи до температуры
не ниже 350° С. Сборку осуществляют на горизонтальном или вертикаль-
ном стенде. При вертикальной сборке обеспечивается более высокая
точность расположения осей рамовых и мотылевых шеек, что позволяет
уменьшить припуски на их обработку после сборки вала.
Изготовление составного или полусоставного коленчатого вала,
несмотря на необходимость обработки посадочных поверхностей и сбор-
ки частей на горячей посадке, оказывается менее трудоемким и длитель-
ным по сравнению с изготовлением такого же цельнокованого.
Несущая способность прессовых соединений составного или полу-
составного коленчатого вала определяется значениями контактных дав-
лений в зависимости от натяга. Однако вследствие процесса релаксации
контактные давления уменьшаются, что приводит к ослаблению натяга,
появлению фреттинг-коррозии и, как следствие, к повышению вероят-
ности проворачивания шеек. Замена прессовых соединений сваркой
устраняет указанные недостатки составного вала.
Исходными элементами для изготовления сварного коленчатого
вала служат поковки в виде щеки с двумя цилиндрическими выступами,
которые образуют половины рамовых и мотылевых шеек (рис. 4.37)
Или поковка в виде отдельных колен с половинами рамовых шеек.
149
Указанные элементы после меха-
нической обработки свариваются
по стыкам половин каждой шей-
ки, устанавливаемых с зазором
А = 16-^20 мм. При сборке эле-
ментов под сварку в отверстия
шеек устанавливают центрирую-
щее кольцо 1, которое также обра-
зует дно канавки сварного шва.
Для удобства сборки и сварки
коленчатого вала используется ма-
нипулятор, который вращает заго-
товку со скоростью 500 мм/мин
для наложения круговых сварных
Рис 4.37 Элементы сварного вала сварку
под слоем флюса производят с подогревом свариваемых элементов до
200° С.
Термическую обработку сварной зоны для снятия остаточных напря-
жений выполняют в два этапа: первый - нагрев до 350° С с выдержкой
1 ч; второй — после охлаждения до температуры окружающей дреды
нагрев до 580° С с выдержкой 4 ч и последующим охлаждением с печью.
Качество сварных швов проверяют ультразвуковым методом.
Наряду с отмеченными преимуществами сварные коленчатые валы
имеют недостатки - чувствительность к переменным нагрузкам, допол-
нительные места концентрации напряжений, некоторое искривление оси
заготовки. Установлено, что предел выносливости шва составляет около
50 % предела прочности основного материала при растяжении.
Сварные коленчатые валы целесообразно применять также для сред-
необоротных дизелей.
4.7.2. Требования к обработке
Оси всех рамовых шеек должны лежать на одной прямой. Несоос-
ность рамовых шеек при соосных опорах рамы приводит к появлению
в вале дополнйтельных напряжений постоянного знака и к увеличению
опорных реакций. Для проверки соосности вал укладывают на опорные
призмы и вращают. К боковой образующей проверяемой шейки под-
водят индикатор.
Биение шейки равно двойному эксцентриситету ее оси по отноше-
нию к оси, проходящей через крайние рамовые шейки вала. Это биение
назовем абсолютным в отличие от относительного биения шейки по отно-
шению к оси, проходящей через любые другие шейки вала. Абсолютное
биение шейки в общем случае не равно относительному биению.
В соответствии с правилами приемки по ГОСТ 10158—76 допускае-
мое биение составляет 0,03-0,04 мм при диаметре шейки до 180 мм и
0,050-0,06 мм для шеек более крупных размеров.
Названные значения нельзя рассматривать как допуски на абсолют-
ное биение; правила разрешают проверять валы с числом колен до шести
на трех опорах, а при большом числе колен - даже на пяти опорах.
150
Объясняется это тем, что при измерении абсолютного биения шеек круп-
ногабаритного многоколенчатого вала, уложенного крайними шейками
только на две опоры, возникает значительная упругая деформация,
неодинаковая для различных углов поворота вала.
Так как при числе опор более двух измеряют уже относительное
биение, число промежуточных опор и их расположение должны быть
точно оговорены в технических условиях.
Очевидно наибольшее влияние на дополнительные притяжения ока-
зывает относительное биение рамовой шейки по отношению к соседним
Его допускают не более 0,02 мм при диаметре шейки до 180 мм и не бо-
лее 0,03—0,04 мм для шеек более крупных размеров.
Ось каждой мотылевой шейки должна быть параллельна оси рамо-
вых шеек вала; допуск на непараллельность 0,1 мм на 1 м длины. Для
проверки вал устанавливают на призмы контрольной плиты так, чтобы
ось рамовых шеек была параллельна плите. Каждую мотылевую шейку
ставят поочередно в четыре положения через 90°. Отклонение от парал-
лельности образующей мотылевой шейки измеряют индикатором, под-
ставку которого перемещают по плите поперек оси вала. Непараллель-
ность шеек приводит к переменному перекосу поршня в цилиндре во
время движения.
Торцевая плоскость соединительного фланца должна быть перпенди-
кулярна оси вала. Перпендикулярность проверяют индикатором: до-
пускается биение при жестком соединении фланца не более 0,005 мм на
каждые 100 мм диаметра, при прочих соединениях — не более 0,03 мм на
100 мм диаметра.
Углы разворота между мотылями относительно любого мотыля, при-
нятого за базу, должны быть выдержаны в пределах ± 30'.
На рамовые и мотылевые шейки назначают допуск по 7-му квали-
тету. Чаще всего для получения нужного масляного зазора (0,001с?)
допуск задают в виде специальных цифровых отклонений, не совпадаю-
щих с тестированными таблицами.
Отклонения от точности формы — овальность, конусообразность,
бочкообразность и седлообразность - допускают не выше 0,02-0,03 мм,
а для валов высокооборотных двигателей - не выше 0,01 мм.
В крупногабаритных крейцкопфных дизелях, где при оборке приме-
няют шабрение вкладышей подшипников по шейкам вала, допуски на
диаметры рамовых и мотылевых шеек назначают по 8-му квалитету;
однако отклонения от точности формы не должны превышать 0,04 мм.
Допуски на радиусы мотылей задают от ±0,1 до ±0,25 мм.
Шейки по длине выполняют с точностью 11-го квалитета.
К шероховатости поверхностей коленчатого вала предъявляют высо-
кие требования с целью повышения его износостойкости, усталостной
прочности, коррозионной стойкости и более легкого выявления де-
фектов материала.
Для рамовых и мотылевых шеек высокооборотных дизелей назна-
чают шероховатость Ra = 0,125 ±0,25 мкм, для шеек остальных дизелей
Ra =0,32 ±0,5 мкм. На валах из легированных сталей высокообо-
ротных двигателей для повышения усталостной прочности наружные
151
несопрягаемые поверхности часто полируют до значений Ra = 0,32 -5-
4-0,5 мкм, отверстия имеют шероховатость Ra =0,1 4-2,5 мкм.
Усталостную прочность высоконапряженных коленчатых валов эф-
фективнее и выгоднее повышать не полированием, а азотированием всех
поверхностей или упрочнением галтелей методом поверхностно-пластиче-
ского деформирования.
4.7.3. Обработка цельного коленчатого вала
Для высокопроизводительной обдирки выбирают мощные токарные
станки, снабженные несколькими суппортами. Суппорты располага-
ют с передней и задней сторон станка. Вал устанавливают одним концом
в кулачки патрона, другой поддерживается центром. Прежде всего про-
изводят обдирку и обтачивание шеек под люнеты, причем вначале обта-
чивают крайнюю шейку со стороны задней бабки. Чтобы избежать быст-
рого изнашивания и разработки центрового отверстия, используют вра-
щающийся задний центр. Обработка в люнетах дает возможность снимать
стружку большого сечения, не опасаясь прогиба вала.
Если заготовка вала получена методом свободной ковки, мотылевые
шейки образуют вырезкой металла в сплошных коленах.
Для обтачивания мотылевых шеек используют специальный станок
с вращающимся суппортом (рис. 4.38). Коленчатый вал закрепляют
неподвижно. Корпус 7 может передвигаться вдоль станины 9; кроме
того, он снабжен направляющими 8 для поперечного перемещения.
Внутри корпуса помещено кольцо 3 с зубчатым ободом 4, получающее
вращательное движение от червяка 5. Таким образом осуществляется
главное рабочее движение инструмента. К кольцу прикреплены две
призматические направляющие 2, по которым в радиальном направлении
могут передвигаться два суппорта 1 с резцами. Движение передается от
электродвигателя 6.
При обтачивании мотылевой шейки резец подается продольным дви-
жением корпуса. Для подрезки внутренних сторон щек подачу осущест-
вляют радиальным перемещением суппортов с резцами.
Коленчатый вал укладывают рамовыми шейками как базовыми по-
верхностями на призматические стойки 10, установленные на станине
станка. Ось обрабатываемой мотылевой шейки совмещают с осью враща-
ющегося кольца поворотом коленчатого вала вокруг оси и поперечным
передвижением корпуса 7. Для проверки установки вала служит скоба
11, которой измеряют расстояние от накерненного центра мотылевой
шейки на наружной стороне щеки до внутреннего пояска на вращаю-
щемся кольце. Одновременно обтачивают закругления на нижних по-
верхностях щек. Если отдельные участки овальных щек очерчены дугами,
то при обтачивании центры дуг поочередно совмещаются с осью вращаю-
щегося кольца, что требует перестановки вала.
У валов с полыми шейками до промежуточной термической обработ-
ки сверлят и предварительно растачивают отверстия. Предварительная
152
Рис. 4 38. Обтачивание мотылевых шеек на станке с вращающимся суппортом
обработка отверстий улучшает условия прогрева и остывания вала при
термообработке и уменьшает коробление.
Отверстия в рамовых шейках обрабатывают на универсально-расточ-
ном или горизонтально-сверлильном станке. Отверстия сверлят спираль-
ными сверлами, а затем растачивают борштангой с резцами. Подобным же
образом обрабатывают отверстия в мотылевых шейках.
После термообработки растачивают пояски в отверстиях рамовых
шеек по концам вала. В зти пояски вставляют центровые пробки для по-
следующей установки вала в центры токарного станка. Сначала обтачива-
ют ближайшую к заднему центру шейку, подводят под нее люнет и отво-
дят задний центр, предотвращая тем самым деформации от осевого дав-
ления. Затем обтачивают поочередно другие шейки под люнеты. Шейки
должны быть обработаны с минимальной овальностью (не более 0,01 —
0,02 мм), иначе ошибки формы будут передаваться на другие шейки.
При обтачивании средних шеек люнеты устанавливают возможно ближе
к ним.
Последние проходы часто ведут резцами с широкой режущей кром-
кой при глубине 0,1 мм и подаче 10-15 мм/об. Галтели обрабатывают
широкими фасонными резцами.
Чистовое обтачивание мотылевых шеек производят на станке с вра-
щающимся суппортом. Ось мотылевой шейки совмещают скобой
(см. рис. 4.38, схема Е) с осью вращающегося кольца, которое в преды-
дущей операции растачивают на точном расстоянии от оси вала (с задан-
ным допуском на радиус мотыля).
Смазочные отверстия сверлят на радиально-сверлильном станке,
устанавливая вал под углом. У крупных валов зту операцию выполняют
на универсально-расточном станке.
На последней токарной операции отделывают рамовые шейки (поли-
рование или микрошлифование) с использованием специального при-
способления.
4.7.4. Обработке коленчетого вале не фрезерном стенке
Токарная обработка рабочих поверхностей коленчатого вала, особен-
но на черновых операциях, характеризуется значительной трудоемкостью.
Обтачивание рамовых и мотылевых шеек выполняется при относительно
малых скоростях резания, так как припуски на черновую обработку
составляют 10—20 мм. Для обработки вала требуется большое количест-
во резцов, стойкость которых недостаточна, особенно при использовании
режущего инструмента из быстрорежущих сталей. Раздельная обработка
рамовых и мотылевых шеек требует переустановки вала, что увеличи-
вает вспомогательное время.
В настоящее время для обработки коленчатых валов находят
применение специальные фрезерные станки с ЧПУ, позволяющие
с одной установки фрезеровать рамовые и мотылевые шейки, а также
щеки вала при увеличении производительности процесса резания в
несколько раз.
154
Обычно используется схема обработки, при ко- ------
торой коленчатый вал неподвижен, а кольцевая I
роторная фреза (рис. 4.39), оснащенная режущими Т /Т"
твердосплавными пластинами 1, совершает плане-
тарное вращение вокруг шейки вала, при этом пла- XAjp’V ’ ’ 1
стинки поочередно врезаются в заготовку по винто- /
вой линии. Положения кольцевой фрезы относитель-
но шейки вала показаны на рис. 4.40. В нейтральном р„с. 4.39. Кольце-
положении 1 (ось кольцевой фрезы совпадает с вая роторная фреза
осью центров станка) выполняются загрузка и вы-
грузка вала. Внутренний диаметр кольцевой фрезы должен обеспечивать
возможность прохода через него заготовки коленчатого вала. Затем
осуществляются позиционирование 2 кольцевой фрезы относительно
шейки вала, дальнейшее фрезерование 3 и 4 по заданной траектории с
круговой подачей на участке с углом 360° и обратный ход 5. Позициони-
рование в продольном направлении и остановка выполняются автомати-
чески согласно заданной программе.
Высокая производительность процесса обработки, особенно при сня-
тии больших припусков, обеспечивается скоростью резания v =
= 80 + 135 м/мин при круговой подаче 0,4—0,5 мм/зуб.
Количество твердосплавных призматических пластин (сплав
ТТ10К8Б), закрепляемых в точно обработанных пазах кольцевой фрезы,
зависит от ее диаметра и ограничивается лишь возможностью схода
стружки. Твердосплавные пластины имеют несколько режущих кромок,
поэтому при износе одной из них пластины перезакрепляют.
Роторная фреза с приводом размещается на крестовом суппорте,
который имеет перемещения в горизонтальном и вертикальном направ-
лениях относительно оси вала. В свою очередь, крестовый суппорт уста-
новлен в продольных салазках, которые обеспечивают продольное пере-
мещение кольцевой фрезы. Все перемещения рабочих органов станка
происходят автоматически в соответствии с программой.
Обработку можно осуществлять двумя роторными фрезами, что
позволяет одновременно фрезеровать две пары рамовых или мотылевых
шеек, причем за счет разного направления вращения фрез происходит
компенсация моментов от усилий резания.
Рис 4.40. Положение кольцевой роторной фрезы относительно шейки вала в
процессе обработки
155
Рис. 4.41. Схема обработки шеек
вала при планетарном вращении
кольцевой фрезы
_Зе_
Для обработки заготовки коленча-
того вала его концевые рамовые шей-
ки, предварительно обработанные на то-
карном станке, помещают в трехкулач-
ковые патроны с гидравлическим или
пневматическим приводом. Кроме того,
заготовка вала для уменьшения проги-
ба поддерживается кулачками люнета,
который установлен на крестовом суп-
порте.
Для обработки коленчатых валов
кроме фрезерных станков с ЧПУ могут
использоваться также фрезерные стан-
ки-полуавтоматы. На этих станках пла-
нетарное вращение кольцевой фрезы 1
обеспечивается за счет ее эксцентриси-
тета е относительно вращающейся люль-
ки 2, расположенной соосно с обрабаты-
ваемой шейкой 3 на этапе позициониро-
вания (рис. 4.41). Эксцентриситет е = (£>ф - £>ш)/2 (£>ф - внутренний
диаметр кольцевой фрезы; Ьш - диаметр шейки вала).
Круговая подача осуществляется путем смещения люльки относи-
тельно оси обрабатываемой шейки с помощью специального механизма
круговой подачи.
Фрезерная обработка коленчатого вала обеспечивает точность диа-
метра шеек в пределах ±0,1 мм, радиуса кривошипа ±0,15 мм.
4.7.5. дбработка составного коленчатого вала малооборотного дизеля
Секция коленчатого вала малооборотного дизеля, полученная свар-
кой или сборкой, проходит дальнейшую обработку для достижения
требуемых соосности рамовых шеек, параллельности мотылевых шеек
оси вала, а также точности размеров и формы шеек. Обработка рамовых
и мотылевых шеек составного вала сложна и трудоемка из-за его боль-
ших габаритов и массы (до 100 т). Относительно малая жесткость тако-
го вала заставляет устанавливать его на большое число опор, чтобы
деформации от сил тяжести и усилий резания были минимальны, а де-
формация от осевого зажима центрами вообще исключалась.
Для обработки коленчатого вала используют специальный токарный
станок с высотой центров 2,5 м и длиной около 20 м. На станине станка
размещены люнеты в соответствии с количеством рамовых шеек, а так-
же продольные и поперечные салазки. На салазках установлена стойка
с вращающимся кольцом, на котором закреплен суппорт для обработки
мотылевых шеек. Стойка с вращающимся кольцом может перемещаться
параллельно и перпендикулярно оси шпинделя станка. Вращающееся
кольцо имеет разъем по горизонтальной плоскости. Совмещение
обработки рамовых и мотылевых шеек на одном станке снижает
156
трудоемкость и повышает точность изготовления коленчатого вала.
При обработке рамовых и мотылевых шеек используется общая
база — концевые рамовые шейки, определяющие общую ось вала, а до1
полнительными базирующими ’поверхностями являются промежуточ-
ные рамовые шейки.
Люнеты, на которые укладывают рамовыми шейками вал, должны
быть строго соосны и их общая ось должна совпадать с осью центров
станка. Добиваться соосности люнетов, регулируя положение их опор-
ных кулачков по валу-калибру или другим приборам, неправильно:
у вала с прямолинейной осью, уложенного на такие опоры, даже при не-
значительно различающихся по диаметру шейках произойдет искривле-
ние оси. Поэтому положение люнетов регулируют, измеряя раскепы
коленчатого вала, т. е. расхождение щек мотылей, возникающее вследст-
вие упругой деформации изгиба вала. Если у какой-либо опоры ось
ниже, чем у соседней, щеки при верхнем положении мотыля разойдутся
(рис. 4.42), а при нижнем будут сходиться. Разность расстояний между
щеками &К в противоположных положениях мотыля (в вертикальной и
горизонтальной плоскостях) называют раскепом. Раскепы измеряют
штихмасом-индикатором в точках, наиболее удаленных от оси мотыле-
вой шейки.
У вала с соосными рамовыми шейками, лежащего на соосных опо-
рах, раскепы будут нулевыми.
Если вал с несоосными рамовыми шейками уложен на соосные
опоры, а ось вала под влиянием сил тяжести или под воздействием опор
выпрямится и при вращении сохранит это положение, раскепы также
будут равны нулю.
Чистовую обработку рамовых шеек начинают с установки коленча-
того вала концевыми шейками в кулачки и на люнет, причем ось вала
должна быть совмещена с осью центров станка. Положение одной конце-
вой шейки регулируют кулачками планшайбы, а другой - опорными
кулачками люнета. Проверяют это индикаторами, установленными на
157
Рис 4.43. Проверка установки вала на Рис. 4 44 Исправление овальной
токарном станке шейки
суппорте и на торце фланца вала (рис. 4.43). Биение при вращении вала
допускается не более 0,03 мм.
После установки вала на две опоры обтачивают поясок на одной из
промежуточных шеек. Обычно после обтачивания поясок приобретает
овальную форму. Объясняется это тем, что в зависимости от угла пово-
рота вала изменяется его жесткость, меняется положение изогнутой оси
вала, в том числе оси обрабатываемой шейки, и появляется овальность.
Для исправления шейки под нее подводят люнет. Затем поворотом план-
шайбы вал устанавливают в положение, при котором большая ось овала
расположена вертикально. На люнете вплотную к шейке закрепляют
широкий резец (рис. 4.44). Резание при вращении вала происходит вслед-
ствие разности длины осей овала. Пружинная державка резца способст-
вует постепенному снятию металла. В результате этой операции на шейке
Рис. 4.45. Обтачивание мотылевой шейки вала на станке с вращающимся суп-
портом 1
158
получают цилиндрический поясок с минимальной овальностью; так же
обеспечивают правильные цилиндрические пояски на остальных проме-
жуточных шейках. Таким образом создают дополнительные установоч-
ные базы для поддержки вала люнетами.
По окончании данного этапа обработки, регулируя кулачками люне-
тов, устанавливают вал так, чтобы его ось стала прямолинейной; при
этом величина вертикальных и горизонтальных раскепов не должна пре-
вышать 0,02 мм. Такая точная установка вала на большом числе опор
способствует при дальнейшем обтачивании получению соосных и цилин-
дрических рамовых шеек, а также перпендикулярности плоскости флан-
ца оси вала.
Затем выполняют предчистовое обтачивание всех рамовых шеек,
поочередно освобождая от люнета шейку, подлежащую точению и под-
водя после обтачивания люнет на прежнее место.
Для чистового обтачивания шеек используют широкий резец с ра-
диальной подачей, устанавливая его с натягом 0,5—0,7 мм за счет пружин-
ной державки. Припуск на чистовую обработку около 03 мм, попереч-
ная подача 2—5 мкм, при этом частота вращения вала около 03 об/мин.
Достигнутую при точении шероховатость поверхности Яд =2,5 мкм
доводят полированием наждачным полотном до 0,6—1,25 мкм.
Мотылевые шейки обрабатывают после обтачивания рамовых, при
этом вал также находится на люнетах 1 (рис. 4.45), расположенных на
станине станка 2, а одна шейка — в патроне 6. Прямолинейность оси вала
также контролируется по раскепам. Кроме того, ось вала должна быть
параллельна продольному ходу стойки 5, в которой расположено вра-
щающееся кольцо 8. Проверяют зто в вертикальной и горизонтальной
плоскостях, причем допускаются отклонения не более 0,01-0,02 мм на
1 м длины.
Поворачивая вал, устанавливают подлежащую обтачиванию мотыле-
вую шейку над нижней частью разъемного вращающегося кольца 8 и
накрывают верхней частью. Чтобы получить радиус мотыля R требуемо-
го размера, перемещают стойку 5 с кольцом 8, используя поперечные
салазки 7 и измеряя штихмасом расстояние L от рамовой шейки до
вспомогательного упора 3 на стойке. Обтачивание осуществляют суппор-
том 9, расположенным в пазу вращающегося кольца 8.
Предчистовое обтачивание ведут продольным ходом стойки. Конст-
руктивные особенности вращающегося кольца, отверстие которого мень-
ше щеки вала, вынуждают выполнять точение с несколькими перестанов-
ками резца при одном’проходе, из-за чего на поверхности мотылевой
шейки возникает ступенчатость. Для устранения ступенчатости целесооб-
разно вести чистовое точение радиальной подачей, применяя широкий
резец на пружинной державке (ширина резца равна длине шейки).
Перемещая продольные салазки 4 со стойкой 5, поочередно обтачи-
вают все мотылевые шейки, центрируя каждую шейку в кольце 8 пово-
ротом вокруг оси рамовых шеек.
Операция обтачивания шеек основного составного вала отличается
большой трудоемкостью и длительностью. Перед обработкой каждого
159
вала узлы станка проверяют на технологическую точность. Кропотливую
проверку ведут и в процессе точения.
Дальнейшая обработка вала заключается в сверлении и зенкеровании
отверстий во фланце под калиброванные болты.
4.7.6. Обработка коланчатого вала высокооборотного двигателя
Обработку коренных и мотылевых шеек коленчатого вала выпол-
няют на токарных станках с двухсторонним приводом. При этом син-
хронное вращение планшайб передней и задней бабок уменьшает скручи-
вание вала. У небольших валов неуравновешенность при вращении во-
круг оси мотылевой шейки не столь существенна. Обычно каждую пару
мотылевых шеек, расположенных в одной плоскости, обрабатывают на
отдельном станке. При этом гнезда зажимаемых патронов смещены от
оси центров станка на расстояние R, равное радиусу мотыля. Установоч-
ной базой при обработке как коренных, так и мотылевых шеек служат
предварительно обточенные концевые коренные шейки.
Более высокая производительность достигается при обработке
коленчатого вала на фрезерном станке-полуавтомате с помощью кольце-
вой фрезы, при этом за одну установку фрезеруют коренные и мотыле-
вые шейки, а также контуры щек.
Отверстия в шейках сверлят до термической обработки.
Отверстия в шести мотылевых шейках сверлят одновременно на го-
ризонтальном двухстороннем шестишпиндельном станке удлиненными
спиральными сверлами. Сверла для уменьшения увода направляют кон-
дукторными втулками, расположенными перед каждой мотылевой
шейкой.
Центральное отверстие вдоль оси коренных шеек сверлят на расточ-
ном станке спиральным сверлом. Пушечные сверла дают меньший увод
и более чистую поверхность, но они менее производительны.
При сверлении шеек применяют охлаждающую жидкость, подавае-
мую под давлением 2—4 МПа.
Термическая обработка вала из стали 18Х2Н4МА заключается в
закалке и низком отпуске. Для предохранения от коробления вал при
закалке закрепляют в особом закалочном прессе.
Биение у коренных шеек после термообработки не должно быть
более 2 мм.
После термообработки необходимо восстановить установочную базу,
так как отверстия под центром после растачивания вала отсутствуют,
а шейки покороблены. Вал направляют на расточный станок, где раста-
чивают пояски в отверстиях по концам вала под установку центровых
пробок. Чистового растачивания вала на данной операции еще не произ-
водят, чтобы не уменьшать преждевременно жесткости вала.
На круглошлифовальном станке с установкой вала на центровых
пробках шлифуют концевые коренные шейки до получения чистой по-
верхности - вспомогательной установочной базы для последующих опе-
раций. Затем выполняют чистовое фрезерование коренных и мотылевых
160
шеек и контура щек или чистовое обтачивание этих поверхностей на
токарных станках с двухсторонним приводом.
После фрезерования или обтачивания на шейках оставляют припуск
0,4—0,5 мм на диаметр под дальнейшие шлифовальные операции.
Перед шлифованием зачищают пояски в отверстиях на концах вала.
Предварительное, а затем и окончательное шлифование коренных
шеек выполняют на круглошлифовальном станке. Вал устанавливают
на разжимных центровых пробках или на сквозной оправке с разжим-
ными втулками по концам. Под шлифуемую шейку, а также под другие
шейки подставляют люнеты, предотвращающие прогиб вала под дейст-
вием радиального давления шлифовального круга.
Мотылевые шейки шлифуют на специальных станках с двухсторон-
ним приводом (рис. 4.46) . Вал концевыми коренными шейками устанав-
ливают в патроны 1 с эксцентрично расположенными гнездами 6. Все
мотылевые шейки шлифуют на одном станке с трех позиций. Для этого
на конец вала надевают делительный диск 3, снабженный тремя пазами 5
для фиксирующего штифта 2. Положение паза 5 при надевании диска
должно строго соответствовать отверстию ближайшей мотылевой шейки,
что проверяется специальным калибром. На каждой позиции шлифуют
пару мотылевых шеек, расположенных в одной плоскости. Шлифуемые
шейки поддерживают люнетами 7. Вал закрепляют хомутами 4. При шли-
фовании шеек используют приборы с индикаторами, позволяющие изме-
рять диаметр на ходу.
Рис. 4.46. Шлифование мо-
тылевых шеек
161
Отверстия в мотылевых шейках обрабатывают на шестишпиндель-
ном станке зенкерами и развертками с передним и задним направлени-
ями инструмента в кондукторных втулках. Окончательно отверстия в
рамовых шейках растачивают на расточных станках.
Для шлифования наружных и внутренних сторон щек вал устанавли-
вают так же, как при шлифовании коренных и мотылевых шеек.
Обработка овальных щек заканчивается шлифованием на копиро-
вально-шлифовальных станках.
Смазочные отверстия сверлят по кондуктору с установкой вала под
углом.
Для повышения усталостной прочности вала полируют щеки и отвер-
стия в шейках. Иногда повышают выносливость вала упрочнением несо-
прягаемых поверхностей дробеструйной обработкой. Галтели шеек вала
упрочняют обкатыванием роликом.
Более эффективного повышения усталостной прочности вала, а так-
же износостойкости шеек достигают азотированием всех поверхностей
вала. Вал устанавливают на выдвижную платформу электрической печи,
укладывая тремя рамовыми шейками на графитовые подшипники.
Специальная зубчатая передача сообщает валу медленное (5-6 об/мин)
вращение во время процесса азотирования, что предотвращает появление
деформаций. Азотирование проводят перед последней отделкой шеек.
4.7.7. Балансировка коленчатых валов
Тщательный контроль размеров полностью обработанного коленча-
того вала не гарантирует отсутствия неуравновешенности, которая мо-
жет возникнуть не только из-за неправильной обработки, но и вследствие
неоднородности материала и по другим причинам. Неуравновешенность
коленчатого вала вызывает вибрации, нарушающие правильную работу
двигателя.
Как известно, при вращении тел с неуравновешенными массами по-
являются центробежные силы инерции, которые могут быть приведены:
- к одной силе Q = тры (т - приведенная неуравновешенная масса;
р - расстояние от оси вращение до центра тяжести приведенной массы;
w - угловая скорость вращения тела. Это случай статистической неурав-
новешенности;
- к двум равным противоположно направленным силам, лежащим
в одной осевой плоскости; момент этой парыЛГ = тпрш21 (I — расстоя-
ние между двумя приведенными силами). В данном случае имеет место
динамическая неуравновешенность.
В деталях с малым отношением длины к диаметру, например в дисках
и маховиках, пренебрегают неуравновешенностью второго вида; их под-
вергают только статической балансировке. Так же поступают с коленча-
тыми валами дизелей с частотой вращения менее 1000 об/мин.
Статическую балансировку осуществляют обычно на несложном при-
способлении, состоящем из двух параллельных пластин-ножей. Деталь
162
с неуравновешенной массой, перекатываясь по ножам, самоустанавлива-
ется так, что центр ее массы занимает низшее положение. Уравновешивая
деталь путем удаления металла или добавления противовеса, добиваются
безразличного положения детали. Таким образом совмещают центр
массы детали с осью вращения и устраняют действие центробежной
силы Q.
Для деталей, у которых отношение длины к диаметру велико, в част-
ности для высокооборотных коленчатых валов, приходится учитывать
общий случай динамической неуравновешенности: на вал действуют
центробежная сила Q и момент от пары центробежных сил If. Указанная
система может быть приведена только к двум силам, но находящимся
в различных плоскостях, проходящих через ось вала. Эти силы изгибают
вал, оказывают знакопеременные динамические давления на подшипни-
ки и вызывают колебания всего двигателя.
В процессе динамической балансировки определяют величину и на-
правление неуравновешенных сил; устраняют неуравновешенность, при-
бавляя или снимая уравновешивающие массы в двух произвольно выбран-
ных плоскостях приведения, расположенных перпендикулярно оси вра-
щения.
При динамической балансировке, выполняемой на специальных стан-
ках, устраняют как статическую, так и динамическую неуравновешен-
ность.
Принцип работы обычных балансировочных станков заключается
в том, что вал устанавливают на две упругие опоры, поддерживаемые
пружинами. При вращении неуравновешенной детали возникают колеба-
ния опор. Эти колебания измеряют при наибольших амплитудах, что име-
ет место, когда частота вращения испытуемого вала совпадает с числом
собственных колебаний качающейся системы, состоящей из вала и упру-
гой опоры, т. е. в условиях резонанса.
Балансировку выполняют сначала в одной плоскости приведения,
для чего одну опору жестко закрепляют. Колебания системы происхо-
дят в вертикальной плоскости относительно неподвижной опоры. Для
уравновешивания прикрепляют к валу грузы на специальной мастике.
После уравновешивания в одной плоскости (перпендикулярной оси
вала) закрепляют первую упругую опору, настраивают на резонансную
частоту вращения другую и повторяют операцию.
Избыточные массы удаляют фрезерованием.
В настоящее время балансировочные станки снабжают электриче-
ским и оптическим устройствами. В частности, на балансировочных
станках с упругими (подвижными) опорами широко используют элек-
трические способы компенсации дисбаланса. При этом колебания упру-
гих опор преобразуются в электрические сигналы индукционных датчи-
ков. Станки отличаются высокой производительностью.
163
4.8. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ВКЛАДЫШЕЙ ПОДШИПНИКОВ
4.8.1. Материалы и заготовки
Для малооборотных дизелей применяются толстостенные разъемные
вкладыши. Материалами для основы толстостенных вкладышей (толщи-
на стенки более 1/20 наружного диаметра) служат стали 15 и 25, в каче-
стве заготовки используется полый цилиндр (барабан), получаемый
ковкой. Антифрикционный слой обычно из высокооловянистого бабби-
та Б83, обеспечивающего пластичность (приспособляемость к профилю
шейки вала) и податливость погружению твердых частиц. Однако в
условиях относительно повышенных удельных давлений (до 30 МПа)
и скоростей усталостная прочность баббита недостаточна.
Тонкостенные вкладыши (толщина стенки менее 1/30 наружного
диаметра) с тонким слоем свинцовистой бронзы БрСЗО используются
для высокооборотных, а также и для среднеоборотных дизелей. Тонко-
стенные вкладыши не пригоняют к гнездам рамы или картера. Устанав-
ливаемые с небольшим натягом, они после затяжки гаек благодаря своей
податливости плотно прилегают к гнезду, а потому приобретают доста-
точную жесткость и устойчивость против переменного искажения формы
масляного зазора и ухудшения условий смазки. Достоинства тонкостен-
ных вкладышей по сравнению с толстостенными заключаются также в их
полной взаимозаменяемости и малой массе.
Основой тонкостенных вкладышей служит малоуглеродистая сталь
10, такукак она мало чувствительна к разогреву, а температура заливки
свинцовистой бронзы высока (1060° С) В качестве заготовки для тон-
костенных вкладышей большого размера (диаметром около 200 мм)
обычно используют стальные бесшовные горячекатанные трубы. Однако
для тонкостенных вкладышей всех размеров целесообразно применять
биметаллическую ленту толщиной 5—15 мм из стали 10, залитой свинцо-
вистой бронзой или другим антифрикционным материалом, например
сплавом алюминия и олова. После разрезки ленты производятся объем-
ная штамповка и последующая механическая обработка заготовок.
Для получения биметаллической ленты существуют специальные
установки с так называемым ленточным разливом, в которых при пере-
мещении ленты выполняются ее очистка, травление, заливка свинцови-
стой бронзой, охлаждение и последующее фрезерование для получения
требуемой постоянной толщины антифрикционного слоя.
Для защиты свинцовистой бронзы от коррозии и придания некото-
рой пластичности в условиях приработки на ее поверхности гальвани-
ческим путем наносит слой, состоящий из сплава олова, свинца и меди
толщиной 0,03—0,06 мм. Наружную поверхность тонкостенных вклады-
шей иногда омедняют тонким слоем (5—8 мкм) с целью повышения
стойкости против контактной коррозии.
164
4.8.2. Требования к обработке
К механической обработке обычных толстостенных разъемных вкла-
дышей (рис. 4.47) предъявляются следующие требования.
Наружная и внутренняя поверхности должны быть концентричны.
Отклонения при проверке индикатором на биение не должны превышать
0,04 мм. Смещение этих поверхностей или перекос нарушают соосность
рамовых подшипников, параллельность осей головок шатуна и т. п.
Контроль можно осуществить микрометром, измеряя толщину вклады-
ша в четырех точках. Допуск на разностенность задают 0,02-0,04 мм.
Необходимо, чтобы плоскости разъема были параллельны оси вкла-
дышей, а при наличии прокладок плоскости разъема должны быть распо-
ложены симметрично образующей наружной поверхности (плоскости
разъема). Допускаются отклонения 0,02—0,03 мм на 100 мм длины.
Это требование касается только взаимозаменяемых половинок.
Наружный диаметр D разъемных вкладышей задают с допуском,
соответствующим квалитету иб или кб, чтобы обеспечить плотное приле-
гание вкладышей к гнездам (улучшаются условия передачи усилий и теп-
лоотвода) . Гнезда выполняют с допуском НТ—Н9.
На диаметр d назначают допуск НТ. В конструкциях вкладышей
с буртами на размер между внутренними уступами буртов задают
допуск Я9.
Требования к шероховатости указаны на рис. 4.47. Шероховатость
внутренней поверхности под центробежную заливку баббитом или под
заливку свинцовистой бронзой Ra = 2,5 мкм.
Разностепенность в слое заливки допускают в пределах 0,5 мм.
Как уже упоминалось, для получения плотного контакта между тон-
костенными вкладышами и гнездом создают натяг. Для этого полу-
окружность вкшдыша по наружной поверхности должна быть больше
длины полуокружности гнезда (рис. 4.48). Величину натяга h задают
как превышение одного стыка вкладыша над диаметральной плоскостью
гнезда. Второй стык вкладыша совмещают с этой плоскостью до упора 7.
Гог да/г = Я-Я/2.
Натяг для тонкостенных вклады-
шей больших размеров назначают по
посадке НТ!г(>. Например, при D =
= 215 мм и толщине стенки 7,5 мм
натяг задан Iq’os- Следовательно,
допуск натяга составляет 0,03 мм.
Так как плоскости обоих сты-
ков обрабатывают одновременно,
размер Я/2 фактически должен быть
выполнен с допуском в два раза
меньшим, чем допуск натяга, т. е.
~0,01-0,015 мм. Строгий допуск
объясняется тем, что при недостаточ-
ном натяге вкладыши неплотно
Рис. 4 47. Вкладыш подшипника
165
Рис. 4.48. Контроль величины натяга
тонкостенного вкладыша
прилегают к гнезду, нагрузка рас-
пределяется неравномерно и ухудша-
ется отвод тепла. Повышенный натяг
после обжатия вкладышей и разогре-
ва во время работы может привести
к пластическим деформациям, от-
гибу „уса” вкладыша к оси подшип-
ника и опасному сужению масляного
зазора в плоскости стыка.
Величину натяга проверяют в
калибре-гнезде, диаметр которого
равен диаметру гнезда рамы или
картера D (см. рис. 4.48). Вкладыш
закрепляют зажимом 2, прикладывая определенное усилие пневматиче-
ским приводом 4, снабженным манометром 5. Контролируют величину
натяга индикатором 3, настроенным по вкладышу-эталону.
Отклонение от параллельности плоскости стыков по отношению
к образующей наружной поверхности допускается не более 0,01—0,015 мм
на длине вкладыша.
Толщину слоя заливки назначают 0,5—0,8, реже 1 мм, с допусти-
мыми отклонениями ± 0,2-0,25 мм.
Тонкостенным вкладышем стремятся придать форму, способствую-
щую жидкостному трению и повышению несущей способности. При недо-
статочной жесткости гнезда подшипника после обжатия вкладыша диа-
метр гнезда уменьшается в плоскости разъема; сужение масляного зазо-
ра приводит к ухудшению условий смазки. Чтобы устранить зто явление,
антифрикционный слой на вкладыше растачивают эксцентрично, смещая
ось расточки на несколько сотых миллиметра выше плоскости разъема.
В результате толщина вкладыша в зоне разъема будет заранее несколько
уменьшена, что предотвратит сужение зазора.
Если коленчатый вал имеет недостаточную жесткость, то вследствие
его изгиба удельная нагрузка по краям подшипника значительно увели-
чивается. Для выравнивания нагрузки рабочую поверхность вкладыша
растачивают не по цилиндру, а по гиперболической поверхности, которая
создает уменьшение толщины вкладыша от середины к краям в пределах
0,01-0,02 мм.
4.8.3. Обработка толстостенных вкладышей
Заготовку в виде барабана предварительно обрабатывают на револь-
верном станке. Затем на фрезерном станке ее разрезают, но не полностью,
оставляя с обеих сторон тонкие перемычки, так как при разрезке на поло-
винки в заготовке неизбежны деформации. В этом случае сохраняются
удобства обработки цельной заготовки, но надрезы в значительной мере
освобождают ее от остаточных напряжений и не препятствуют свободной
деформации.
Отверстие под заливку dx (см. рис. 4.47) растачивают, закрепляя
деталь в установочном приспособлении (рис. 4.49). Ширина оставленных
перемычек 1 примерно 5 мм.
166
Рис. 4.49. Растачивание толстостенных вкладышей в при-
способлении
После центробежной заливки в том же приспособлении баббит раста-
чивают предварительно, чтобы проверить качество заливки. Заготовку
окончательно разрезают на половинки, затем фрезеруют и шлифуют
плоскости разъема. Учитывая толщину будущего набора прокладок Ь,
необходимо при шлифовании выдержать расстояние h + z/2 от плоско-
сти разъема до спинки вкладыша (см. рис. 4.47) с технологическим до-
пуском 0,1 мм (z — диаметральный припуск).
Для сборки вкладышей с прокладками сверлят отверстия под штиф-
ты и стопоры на плоскостях разъема по кондуктору. Собирают вкла-
дыши с набором прокладок. Наружный диаметр вкладышей должен
соответствовать размеру D + z в пределах допуска h 11, чтобы можно
было правильно установить деталь в приспособлении для растачивания.
Чистовое обтачивание и шлифование наружной поверхности выполняют
на центровых оправках, зажимая вкладыши с торцов дисками.
Отделка баббита осуществляется методом тонкого растачивания:
вкладыши устанавливают шлифованой наружной поверхности в устано-
вочное приспособление, что обеспечивает концентричность внутренней
и наружной поверхностей.
4.8.4. Обработка тонкостенных вкладышей
На качество вкладышей (качество антифрикционного слоя и его
сцепления с основой, правильность формы вкладышей при разрезке
заготовки на две половины) существенное влияние оказывает процесс
заливки свинцовистой бронзой.
Наиболее эффективна центробежная заливка, однако иногда приме-
няется ручная заливка с использованием формы 1 (рис. 4.50, а) из тон-
колистовой стали с отбортованным донышком, завальцованной
с заливаемой деталью 2 и крышкой 3. Форма служит только для одной
заливки и в дальнейшем удаляется при предварительном раста-
чивании.
167
Рис. 4.50. Вкладыши, собранные под
заливку свинповистой бронзой (а) и
приспособление для охлаждения при за-
ливке (б)
После тщательной очистки,
травления и покрытия флюсом
(для предохранения от окисле-
ния) заготовку вкладыша на-
гревают в электропечи до тем-
пературы, которую имеет при
заливке свинцовистая бронза,
т е. до 1060° С. Равномерное
и тонкое распределение свинца
в залитой бронзе достигается
быстрым, но не резким отво-
дом тепла от стенок вкладыша.
Для этой цели используют осо-
бый опрыскиватель — так назы-
ваемый спрейер. Опрыскива-
тель (рис 4.50, б) представляет
собой полый сосуд На его бо-
ковой поверхности расположе-
ны два ряда сопл, через кото-
рые сжатым воздухом подается
мелко распыленная вода в тече-
ние 2,5-3 мин.
Оптимальная скорость охла-
ждения определяется опытным путем. Малая скорость охлаждения при-
водит к ликвации свинцовистой бронзы. Резкое и неравномерное по
периметру заготовки охлаждение вызывает значительный уровень оста-
точных напряжений, что вызывает ее овализацию, достигающую 2,5-5 мм.
По следующую поочередную обработку внутренней и наружной по-
верхностей следует выполнять в специальном приспособлении, кулачки
которого равномерно обжимают (или разжимают) заготовку, придавая
ей правильную цилиндрическую форму и обеспечивая при этом равно-
мерность снятия припусков.
При разрезке цилиндрической заготовки на две полов ины про исходит
перераспределение остаточных напряжений, возникших в процессе залив-
ки, что приводит к искажению формы половинок (обычно сводятся
стыки вкладыша в плоскости разъема). В зависимости от технологиче-
ского процесса заготовки разрезают либо после заливки и предваритель-
ной обработки наружной и внутренней поверхностей, либо после заливки
и окончательной обработки наружной и предчистового растачивания
свинцовистой бронзы. В первом варианте заготовки-половинки посту-
пают на дальнейшую обработку после правки путем пластического обжа-
тия в постели с приложением нагрузки к обоим стыкам. При втором
варианте технологического процесса правка вкладыша не допускается.
Повысить стабильность формы вкладыша при любом варианте тех-
нологического процесса целесообразно путем равномерного пластиче-
ского обжатия заготовки после заливки и предварительной обработки
(рис. 4.51). Под действием силы Р^, приложенной к пуансону 3,
168
Рис 4 51 Пластическое обжатие
заготовки вкладыша
цилиндрическая заготовка 2 пропускает-
ся через калибрующую фильеру 1 с поло-
гим углом конуса = 5 + 6°. Для дости-
жения необходимого эффекта обжатия
разность диаметров заготовки D3 и филь-
еры 1)ф должна обеспечивать пластиче-
ские деформации по всей окружности
заготовки в пределах 2,2—2,8 %. Пласти-
ческое обжатие заготовки „стирает” по-
лученные в процессе заливки напряжения
и обеспечивает стабильность формы
вкладыша при незначительном сведении
его стыков Кроме того, из-за различий
модуля упругости и предела текучести
стальной основы и свинцовости бронзы
в результате биметаллического эффекта
при обжатии в антифрикционном слое формируются остаточные напря-
жения растяжения Поскольку полученные напряжения противоположны
по знаку рабочим, повышается работоспособность вкладыша.
Для устранения наклепа в стальной основе вкладыша, вызванного
пластическим обжатием заготовки, рекомендуется применять термо-
обработку при температуре 250° С с выдержкой 3-4 ч.
В табл 4 6 приведен план обработки вкладышей из бесшовной ката-
ной трубы при втором варианте технологического процесса (материал
вкладыша - сталь 10, заливки - бронза БрСЗО).
Цилиндрическую заготовку двух вкладышей, у которой окончатель-
но обработаны наружная поверхность и отверстие под заливку, называют
полуфабрикатом.
Длина окружности наружной поверхности полуфабриката может
быть выражена так:
itD0 = 2(яЦ/2+й) + 2а +4z,
где ttZ)/2 +h - длина дуги наружной поверхности вкладыша (см. рис. 4 48);
2а - ширйна двух разрезов; 4z - суммарный припуск на четыре стыка
вкладышей Ориентировочно можно принять а = 2 мм, z = 0,5 мм.
Отсюда наружный диаметр полуфабриката
2(/г+д+^г)
—(4 1)
диаметр отверстия под заливку
d0 = Do —2s0,
где s0 — толщина стальной основы вкладыша
169
Из выражения (4 1) видно, что радиус кривизны наружной поверх-
ности полуфабриката Д>/2 больше чертежного радиуса кривизны вкла-
дыша D/2. Это же относится к радиусу кривизны отверстия под заливку.
Поскольку у полуфабриката наружная поверхность и отверстие под за-
ливку обработаны окончательно, неправильность кривизны будет и у
готового вкладыша. Однако после установки в гнездо корпусной детали
и затяжки тонкостенный вкладыш упруго деформируется и приобретает
кривизну, соответствующую кривизне гнезда Правильную кривизну
вкладыш получает и при окончательном растачивании слоя заливки,
так как во время этой операции он устанавливается в приспособление -
постель, имеющую радиус гнезда подшипника D/2. С течением времени
в результате упруго-пластических деформаций вкладыш, установленный
в гнездо подшипника, постепенно получает правильную кривизну, сохра-
няющуюся и в свободном состоянии.
Для окончательного растачивания антифрикицонного сплава целесо-
образно использовать тонкорасточной станок. Обработка ведется по по-
луавтоматическому циклу Установку и съем детали, а также включение
станка выполняют вручную. Чтобы при растачивании вкладышей даже
большого размера выдержать разностепенность в пределах 0,01—0,02 мм,
необходимо плотное прилегание вкладыша к гнезду приспособления
Приспособление показано на рис. 4.52. Гнездо 5, установленное в
корпусе 1, поджимается винтами 9 и закрепляется болтами 14. Для га-
рантии строгой соосности шпинделя станка с гнездом желательно расто-
чить гнездо непосредственно на станке. Вкладыш 4 базируют наружной
поверхностью и плоскостью стыка до встречи с упорной планкой 3
Упор 3 самоустанавливается по плоскости стыка вкладыша, поворачи-
ваясь вокруг оси направляющей втулки 2 Вкладыш закрепляют
Рис 4.52. Установочное приспособление для окончательного
растачивания вкладыша
170
Таблица 4.6. План обработки тонкостенных вкладышей в условиях серийного производства
Операция Станок или рабочее место Установочные базы: СБ - сопрягаемая; ПБ - проверочная Приспособления и специаль- ный инструмент
Разрезка трубы на единичные заготовки Круглая пила СБ - наружная поверхность Призмы
Черновое обтачивание, растачивание и под- резка торцов Токарный СБ - внутренняя и наружная поверхность (поочередно) Трехкулачковый патрон
Термообработка: отпуск для снятия оста- точных напряжений до 650 °C; остывание с печью Электропечь - -
Снятие фасок по концам отверстия в две установки (создание вспомогательной базы) Токарный СБ - наружная поверхность Трехкулачковый патрон
Предварительное обтачивание То же СБ - внутренние фаски Конусные заглушки, уста- новленные на планшайбе и в задней бабке, пневмати- ческий зажим
Растачивание под заливку, подрезка торцов Токарный СБ - наружная поверхность Приспосо бление
Заливка свинцовистой бронзой Заливочное отделение - -
Предварительное растачивание свинцови- стой бронзы (с вырёзкой формы); отрез- ка пробного кольца Токарный СБ - наружная поверхность -
Предчистовое растачивание свинцовистой бронзы То же То же -
Операция
Обтачивание под шлифование и оконча-
тельная подрезка торцов
Шлифование наружной поверхности
Разрезка на два вкладыша
Растачивание выемок на внутренней по-
верхности
Прорезка пазов для образования фикси-
рующего выступа
Отгибание фиксирующего выступа
Шлифование плоскостей стыков
Окончательное растачивание свинцови-
стой бронзы
Нанесение покрытий на наружную (мед-
нение) и внутреннюю (лужение оловом
или сплавом олова со свинцом) поверх-
ности)
Продолжение табл- 4 6
Станок или рабочее «-т место Установочные базы СБ - сопрягаемая, ПБ - проверочная Приспособления и специаль- ный инструмент
Токарный СБ - внутренняя поверх- Приспособление
Круглошлифовальный То же Цанговая оправка
Горизонтально-фрезер- Установочное приспособле- ние
Расточный СБ - наружная поверх- Приспособление
Горизонтально-фрезер- ный СБ - наружная поверх- ность и стыки
Гидравлический пресс - Штамп
Плоскошлифовальный СБ - наружная поверх- ность Приспособление
Тонкорасточный СБ - наружная поверх- ность и плоскость стыка
Г альваническое отде- ление -
тдравлически перемещением вправо поршня 13 и штока 12, воздейст-
вующего на поворотный рычаг 11 Ось 10 рычага располагают на 10-15 мм
выше плоскости стыка вкладыша для улучшения условий обжатия
вкладыша. Текстолитовые наделки 8 предохраняют плоскости стыков
вкладыша от вмятин После растачивания вкладыш выталкивают паль-
цем 7, поворачивая валик 6
Усилие зажима устанавливают равным усилию, заданному на чертеже
для обжатия детали при измерении натяга (см. рис 4.48). Осевая подача
создается ходом стола при постоянном вылете расточной оправки
с резцом.
Для чистового растачивания вкладышей с внутренней поверхностью
гиперболической формы применяют расточные оправки специального
устройства, одна из которых изображена на рис. 4.53. В пустотелой
оправке 8 может поступательно перемещаться цилиндр 3 На боковой
поверхности цилиндра под определенным углом к его оси расположен
сквозной паз Через паз проходит ползун 7, его головка 2 и планка 5
могут скользить в поперечных направляющих 6 оправки перпендикуляр-
но ее оси Резец закрепляют во втулке 1 ползуна. Шток 9 от гидравличе-
ского привода постоянно прижимает цилиндр 3 к упору 4, закрепленно-
му на столе станка
Во время растачивания стол расточною станка вместе с деталью и
упором перемещается в направлении осевой подачи. В том же направлении
под воздействием давления масла перемещается цилиндр 3, все время
соприкасаясь с упором 4. При этом косой паз цилиндра передвигает пол-
зун 7 в поперечном направлении.
На рис. 4.54 показана схема движения резца Когда ползун с резцом
находятся в осевой плоскости оправки, т. е. в положении А, вершина
резца описывает окружность радиусом R При перемещении в положение
В или С вершина резца будет описывать окружность радиусом Ri = R +
г Д Совместное движение резца в поперечном направлении и вкладыша
Рис. 4.53 Оправка для гиперболического раста-
чивания вкладыша
/ .
Рис 4.54. Схема движе-
ния резца при гипербо-
лическом растачивании
173
в осевом вызывает перемещение резца под углом а к оси вкладыша.
В результате внутренняя поверхность вкладыша воспроизводится в фор-
ме гиперболоида. Угол «выбирают равным 1° 30' — 2°.
Из рисунка видно, что tga=2«// (а = - R2; I - длина вкла-
дыша) .
Величину Д, представляющую собой разность толщин стенки вкла-
дыша в средней части и у торцов, указывают на чертеже. Очевидно,
наклон косого паза в цилиндре 3 к его оси также равен tg a.
Радиальную толщину вкладышей измеряют микрометром. При ги-
перболической расточке в чертеже задают разность толщин стенки вкла-
дыша в середине и по краям на расстоянии 5 мм от торцов. Эта разность
обычно составляет всего 0,01—0,02 мм. В каждом из указанных сечений
измерения производят в трех точках. Толщина вкладыша в одном сече-
нии не должна различаться более чем на 0,01 мм.
4.9. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ОТДЕЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ МЕХАНИЗМА
ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ
4.9.1. Обработка кулачных шайб
Кулачные шайбы конструируют цельными и разъемными; разъем-
ные удобнее при сборке и ремонте, но сложнее в изготовлении, так как
требуют специальных установочных приспособлений для совместной
обработки обеих половинок.
Кулачные шайбы изготавливают из цементируемых углеродистых
, и легированных сталей 15, 15Х, 12ХННЗА и др. Глубина зацементиро-
ванного и закаленного слоя у готовой детали 1,5—2 мм. Такие шайбы
наряду с^высокой износостойкостью рабочей поверхности имеют вязкую
сердцевину, хорошо сопротивляющуюся ударным нагрузкам.
Процесс обработки значительно сокращается при изготовлении шайб
из высокопрочного чугуна марки ВЧ 50-1,5, а также из стали 45 или 40Х
с высокочастотной закалкой контура.
Заготовки для стальных кулачных шайб получают штамповкой.
Образцы от одной партии цементируемых заготовок подвергают химиче-
скому анализу и механическим испытаниям; на твердость испытывают
рабочую поверхность каждой готовой шайбы.
При механической обработке кулачных шайб (рис. 4.55) необходи-
мо выполнять следующие требования.
Очертание рабочего профиля шайбы должно соответствовать задан-
ному. Очертания рабочего профиля проверяют по шаблону или на инди-
каторном приборе (рис 4.56), сравнивая профили контролируемой и
эталонной шайб, надетых на общий вал.
Допускаемые отклонения зависят от назначения шайбы и составляют
для топливных не более 0,05 мм, для пусковых 0,1-0,15 мм.
Профиль шайбы задается приращениями радиуса-вектора Д/ в таб-
личной форме для различных значений центрального угпааг через каждые
0,5-2,0° Для контроля профиля используют оптический прибор,измеряя
174
Рис. 4.55. Разъемная кулачная шайба
оптическим длиномером с ценой деления ± 1 мкм приращения радиуса-
вектора. При этом с требуемой точностью через 1-2° проворачивают
шайбу с помощью оптической делительной головки. Указывают также
диаметр начальной окружности D.
Отклонение от параллельности образующей профиля оси отверстия
должно быть не более 0,03 мм на ши-
рину шайбы.
Угловое расположение шпоночно-
го паза по отношению к профилю,
определяемое смещением оси паза от-
носительно оси симметрии кулака,
не должно превышать 10 .
Для разъемной кулачной шайбы
важно контролировать биение кони-
ческих поверхностей относительно оси
отверстия; биение должно быть не бо-
лее 0,05 мм.
Форму конических поверхностей
проверяют калибром по краске. При-
легание по любой образующей должно
составлять не менее 50%, по всей по-
верхности конуса - не менее 75 %.
Отверстие шайбыd (см. рис. 4.55)
выполняют с допуском Н1, диаметр
начальной окружности D — с допуском
Рис. 4.56. Проверка профиля ку-
лачной шайбы
175
h 9 или симметричным ± 0,05 мм, а для менее ответственных шайб - h 11.
Допуск на ширину шпоночного паза — Н1 или Я8.
Требования к шероховатости поверхностей рабочего контура и
отверстия показаны на рис. 4.55.
Разъемная кулачная шайба сложна в изготовлении, так как необхо-
димо обработать большое число взаимосвязанных поверхностей, легко
деформирующихся в результате промежуточных термических операций.
Технологический процесс характеризуется неоднократной обработкой
одних и тех же поверхностей с цепью создания баз для установки на
промежуточных операциях, а также большим числом приспособлений.
Для обработки профиля шайбы используют специальные копировальные
станки и станки с ЧПУ.
После предварительного растачивания и подрезки заготовку разре-
зают на половинки, что дает возможность обрабатывать цилиндрический
контур нижней половинки не на копировально-фрезерном, а на бопее
производительном токарном станке. Подготавливают предварительную
установочную базу: отверстие и торец. Фасонный профиль верхней поло-
винки шайбы фрезеруют по копиру на копировально-фрезерном станке
или на фрезерном станке с ЧПУ.
До цементации и закалки рабочий профиль шлифуют для получения
бопее равномерного слоя цементации, для уменьшения микронеровно-
стей, которые могут стать концентраторами напряжений во время закал-
ки, а также для зачистки от гальванически нанесенного слоя меди. Шли-
фование выполняют на специальном копировально-шлифовальном
станке (рис. 4.57). В шпинделе 8 станка закрепляют оправку 7 с надетой
на иее кулачной шайбой 6. Копирный ролик 2 при работе постоянно на-
ходите^. в контакте с копиром 1 под действием груза. Шпиндель 8 вместе
с шайбой 6 и копиром 1 подвешен к оси 00 на серьгах 3 и наряду с вра-
щательным движением совершает небольшое качание вокруг оси 00 под
действием копирного ролика 2. В результате воспроизводится фасонный
Рис. 4.57. Шлифование профиля на копировально-шлифовальном станке
176
профиль шайбы. Плита, на которой расположена шлифовальная бабка
с кругом 4, перемещается в поперечном направлении, подводя круг к за-
готовке до соприкосновения с нею и осуществляя подачу на врезание.
Одновременно стопу 5 сообщается короткое осевое осциллирующее
движение для равномерного износа абразивного круга и уменьшения
шероховатости обрабатываемой поверхности.
Для скрепления половинок шайбы на операциях шлифования ис-
пользуют оправки. На рис. 4.58 показана оправка, применяемая при
окончательном шлифовании шайбы с обработанным на протяжном
станке шпоночным пазом. Половинки шайбы 3 зажаты между кониче-
скими поверхностями втулки 2 со шпонкой 5 и гайкой 4. Угловые поло-
жения копира и шайбы совмещают поворотом центрального стержня 6,
воздействуя отжимными балками 7 на связанный со стержнем палец 1.
В процессе копирования заготовки на искажение профиля наиболее
существенное влияние оказывают: погрешности изготовления копиров,
которые полностью переносятся на обрабатываемые заготовки; погреш-
ности, вызываемые разностью диаметров инструмента (фрезы или круга)
и копирного ролика, особенно при обработке крутых участков про-
филя; биение копирного ролика, а также динамические погрешности,
возникающие под влиянием переменных усилий, действующих в про-
цессе обработки.
Для уменьшения коробления заготовки при закалке разогретую в
печи половинку шайбы укладывают торцевыми буртиками в гнездо
Рис. 4.5S. Закрепление разъемной шайбы при шлифовании профиля
177
Рис. 4.59. Закрепление разъемной шайбы при растачивании
закалочного приспособления и закрепляют, вставляя в полуотверстие
шайбы сухарь. Развод По плоскости разъема при закалке обжатой по бур-
там половинки шайбы не превышает,^1 мм.
При растачивании половинки шайбы устанавливают в специальный
патрон (рис. 4.59), центрируя нижнюю половинку в калиброванном
гнезде 1 и прижимая верхнюю половинку винтом 2 и призмой 3.
Заключительными операциями являются обтачивание конических
поверхностей, протягивание шпоночного паза и окончательное шлифо-
вание профиля шайбы. Режимы шлифования подбирают таким образом,
чтобы:
- исключить возможные глубокие объемные структурные измене-
ния поверхностного закаленного слоя: отпуск, вторичную закалку,
прижоги;
— предотвратить возникновение в поверхностном слое напряжений
и снижение твердости, которые вызваны увеличением количества теп-
ла, выделяемого в зоне резания за счет роста усилия и скорости резания
на крутых участках профиля.
Копир шлифуют как обычную шайбу по „сырому” узкому эталону
с заданным точным профилем.
4.9.2. Обработка распределительных валов
Распределительные валы изготовляют из углеродистых качественных
сталей 35, 40, 45, малоуглеродистых легированных сталей 15Х, 20Х,
13Н2А, 12ХНЗА и легированных конструкционных сталей 40Х, 45Х,
50Х, 38ХС. Преимущество стали 13Н2А заключается в ее меньшей чув-
ствительности к холодной правке, почти неизбежной при изготовлении
178
такой нежесткой детали, как распределительный вал. Перед механиче-
ской обработкой заготовки из стали 13Н2А проходят нормализацию при
860-880° С с охлаждением на воздухе.
При изготовлении распределительных валов из малоуглеродистых
и легированных сталей рабочие поверхности цементируются. Глубина
цементированного слоя составляет у кулачков 1,0-1,5 мм, у шеек
0,5—1,0 мм (из-за малой толщины стенок в полых шейках).
Глубина закаленного слоя кулачков и опорных шеек распредели-
тельных валов из углеродистых качественных и легированных конструк-
ционных сталей, подвергаемых поверхностной закалке, должна быть
1 —5 мм. На вершине кулачка допускается увеличение глубины закален-
ного слоя до 7 мм.
Твердость закаленных рабочих поверхностей кулачков распредели-
тельных валов из цементируемых сталей должна быть равна HRC 56—62,
а из сталей, подвергаемых поверхностной закалке, — HRC 52—62. Твер-
дость закаленных опорных шеек должна составлять HRC 50—62. Допу-
скается снижение твердости до HRC 45:
— на цилиндрических рабочих поверхностях кулачков;
— на рабочих поверхностях кулачков из сталей, подвергаемых по- *
верхностной закалке, на расстоянии до 3 мм от торца;
- на рабочих поверхностях опорных шеек на расстоянии до 3 мм от
галтели или торца.
В качестве заготовки для распределительных валов используют
штамповки и горячекатаный прутковый материал. Более целесообразно
применять штампованные заготовки, так как в этом случае меньшее по
сравнению с прутком количество металла пойдет в стружку. Например,
при изготовлении распределительных валов высокооборотных дизелей
типа 12ЧН 18/20 из штампованных заготовок на каждом валу экономит-
ся до 8 кг стали (это составляет до 100 % массы готовой детали).
К точности изготовления распределительных валов предъявляют
следующие требования.
Отклонения профилей кулачков от заданного контура допускаются
не более 0,03-0,05 мм. Для контроля профилей и правильности углово-
го расположения кулачков используют приспособление (рис. 4.60),
где проверяемый вал сравнивают с эталонным, приводя во вращение
валы шестерней 1. При совпадении профилей обоих валов расстояние
между стержнями 2 и 34должно все время оставаться неизменным.
Допуск на сдвиг кулачков по углу приблизительно 1°.
Рабочие шейки вала выполняют с допуском/7; наружный (наиболь-
ший размер кулачков — с допуском h 9. Радиальное биение опорных
шеек и посадочных поверхностей распределительных валов относительно
оси допускается по 8-й степени точности, т. е. не более 0,06 мм. Предель-
ные отклонения опорных шеек и посадочных поверхностей распредели-
тельных валов от цилиндричности по 7-й степени точности не должны пре-
вышать 0,01 мм. Радиальное биение цилиндрических рабочих поверхно-
стей кулачков относительно оси распределительного вала допускается по
8-й степени точности Разностенность у полых валов должна быть не более
179
0,3 мм. Рабочие шейки обра-
батывают с шероховатостью Ra <
<0,63 мкм, а профили кулач-
ков -Ra <0,25 мкм.
При изготовлении распредели-
тельного вала под действием сил
резания и собственной силы тяже-
сти ось вала как длинного и срав-
нительно тонкого стержня с не-
большой жесткостью изгибается.
Это вызывает необходимость при-
менять специальные приспособле-
ния для уменьшения изгиба вала,
а также неоднократно периодиче-
ски выравнивать его холодной
правкой на прессах (рихтовкой).
Процесс изготовления полых
распределительных валов характе-
ризуется также сплошной цемен-
тацией с последующим удалением
цементированного слоя с нерабо-
чих поверхностей: сверлением
сквозного отверстия до обтачива-
ния для компенсации увода сверла за счет наружных припусков; после-
дующим обтачиванием с базированием по отверстию для исправления
разностенности.
Промежуточные термические операции и частые правки увеличивают
цикл йзготовления полых распределительных валов. Число и длитель-
ность операций уменьшают при изготовлении валов из сталей 40,40Х или
45 с высокочастотной закалкой кулачков и рабочих шеек.
Обработку начинают с зацентровки и обтачивания концевых шеек
вала. Таким образом создают вспомогательную установочную базу, необ-
ходимую для получения основной базы. Основную базу — центральное
отверстие — получают глубоким сверлением на специальном юризон-
тально-сверлильном станке. Для уменьшении увода оси отверстия враще-
ние сообщают инструменту и детали, используя менее производительные,
чем спиральные, пушечные сверла при обильной смазке.
Обтачивание шеек и подрезку уступов у кулачков выполняют на
многорезцовых токарных станках или на токарных станках с ЧПУ.
Для этого вал устанавливают в центрах, предварительно сняв фаски у
выходов отверстия, и на люнеты нерабочими шейками, предварительно
обточенными и шлифованными.
Характерная операция при обработке распределительных валов —
обтачивание профиля кулачков на специальных токарно-копировальных
станках (рис. 4-61). Особенность станка заключается в сохранении у рез-
цов постоянных углов резания за счет закрепления их в качающихся
державках. На рисунке показаны последовательные положения
180
Рис 4.61. Обтачивание кулачков распределительного вала
на копировально-токарном станке
инструмента I, II, III и IV. Резец 4 закреплен на державке 2, установлен-
ной на суппорте 3. Одновременно с продольным перемещением вдоль
оси вала суппорт получает поперечное перемещение под действием вра-
щающегося копира 5. Дополнительный копир 7, вращающийся синхронно
с копиром 5, воздействует на державку 2 и изменяет угловое положение
резца в соответствии с профилем кулачка. Кулачки обтачивают в не-
сколько проходов. Обрабатывают одновременно несколько кулачков.
На шлифование оставляют Припуск ~0,5 мм на сторону.
В настоящее время для обработки профиля кулачков применяют
станки с ЧПУ.
Рабочие шейки и кулачки шлифуют до и после цементации и закалки
на специальных копировально-шлифовальных станках (рис. 4.62). Рас-
пределительный вал устанавливают на люнеты 2, а также в центры бабок
7 и 3, расположенных на люльке 6, которая качается на цапфах 4. На шпин-
деле, т. е. на одной оси с валом, размещают копиры 7, каждый из кото-
рых расположен в соответствии с угловым расположением кулачков.
Приводя ролик 8 в соприкосновение с соответствующим копиром,
последовательно шлифуют кулачки вала. Стержни 5 под действием
181
лачков
Рис. 4.62. Шлифование ку-
распределительно-
го вала на копировально-
шлифовальном станке
пружин прижимают копиры 7 к ролику 8. Кулачки с одинаковым угло-
вым расположением можно шлифовать одновременно. Шлифование осу-
ществляется при поперечной подаче круга с короткими осевыми колеба-
тельными движениями с целью его равномерного износа.
После предварительного этапа обработки распределительный вал
направляют на цементацию, а затем на правку. Биение шеек после прав-
ки не должно превышать 0,15 мм. На последующих токарных операциях
удаляют цементированный слой с мест, не подлежащих закалке. Снова
обрабатывают центральное отверстие и сверлят смазочные отверстия.
После закалки вал вновь подвергают холодной правке, добиваясь
биения шеек не более 0,1 мм.
На окончательных операциях обработки вала шлифуют все шейки,
уступы кулачков и сами кулачки на круглошлифовальных и копирно-
шлифовальных станках. По концам центрального отверстия нарезают
резьбу для заглушек.
4.9.3. Изготовление клапанов
Клапаны двигателей работают в напряженных условиях при значи-
тельных динамических нагрузках, действующих с большой частотой,
и при высоких температурах. Средняя температура тарелок впускных
клапанов во время эксплуатации достигает 350—500° С. В более тяжелых
условиях работают выпускные клапаны: при температуре 600—900° С
и при коррозионном и эрозионном воздействии горячих газов. В связи
с этим материал клапанов должен обладать следующими свойствами:
— достаточной прочностью при высоких температурах;
— достаточной вязкостью;
— отсутствием склонности к короблению и образованию трещин
при повторных нагревах;
— износостойкостью;
- способностью сохранять при повторных нагревах первоначальные
физические свойства;
- отсутствием закаливаемости на воздухе;
— антикрррозионностью.
Пусковые клапаны, учитывая содержание влаги в пусковом воздухе,
выполняют из нержавеющий сталей 20X13, 40X13 и др. Для выпускных
клапанов используют жаропрочные и жаростойкие аустенитные стали.
Для изготовления цельных клапанов или тарелок применяют стали
40Х9С2,40Х10С2М, 55Х20Г9АН4, сплавы на никелевой основе ХН77ТЮТ.
Наиболее широкое распространение имеет жаростойкая сталь
45Х14Н14В2М, используемая в форсированных двигателях. Материала-
ми для выпускных клапанов менее форсированных двигателей служат
сильхромовые стали Х10С2М (сильхром), ЭСХ8М, 30ЭСХ8МА. Сталь
Х10С2М дешевле стали 45Х14Н14В2М более чем в два раза. Зарубежные
фирмы, в частности фирма „СЕМ Т—Пил стик”, для выпускных клапанов
применяют сплавы на никелевой основе „Нимоник-80А” (химический
состав: 0,1 % С; 1,0% Si; 1,0 % Мп; 0,008 % Р; 0,015 % S; 18-22 % Сг;
183
1,8-2,7 % Ti; 1,0-1,8 % Al, 3,0 % Fe; 02 % Cu; 2,0 % Co) твердостью
HRC 34 и „Нимоник-81”.
Характерными дефектами выпускных клапанов являются их прого-
рание и зависание, обрыв клапанных тарелок (термическое разрушение
донышка). На выпускные клапаны приходится до 12% общего числа
отказов по дизелю. Основная доля отказов (около 60 %) связана с раз-
рушением рабочих поясков клапанов и их седел из-за образования глубо-
ких раковин, требующих проточки и притирки. Наблюдается также из-
нашивание стержня по длине и направляющих втулок (коррозионное
разъедание и абразивный износ).
В настоящее время разработаны прогрессивные технологические
процессы упрочнения поверхности деталей, что увеличивает срок их
службы в несколько раз. Для клапанов применяют лазерное легирование
и наплавки.
Для осуществления процесса лазерного легирования необходимо,
чтобы температура металла на поверхности достигала значений, немного
превышающих температуру его плавления. В процессе плавления мате-
риала основы происходит интенсивное перемешивание его с легирующи-
ми элементами, размещенными на обрабатываемой поверхности. Глуби-
на легирования определяется мощностью луча лазера, его диаметром и
скоростью сканирования. Глубина легирования в зависимости от режи-
мов обработки насыщенного и легирующего материалов может дости-
гать, например при насыщении углеродистой стали кобальтом, 1, 2 мм'.
Лазерное легирование позволяет значительно повысить износостойкость,
коррозионную стойкость и противоударную прочность клапанов.
Большое распространение в двигателест роении получила наплавка.
Для неплавки фасок клапанов применяются различные методы и мате-
риалы на кобальтовой и никелевой основе, например стеллиты (4.5 %W,
30 % Сг, 60 % Со, остальное С, Fe, и Si). Толщина наплавленных твердых
сложных сплавов типа стеллитов, например вольфрамохромокобальто-
вого сплава ВЗК или нихрома Х20Н80, составляет 1-1 ;5 мм- Сплав нано-
сится на поверхность нагретой заготовки. Стеллитовые покрытия превы-
шают твердость поверхности в большей степени, чем закалка или азоти-
рование. Сплавы ВЗК и Х20Н80 обладают хорошей жаростойкостью до
1000—1100° С. Твердость ВЗК около HRC 70. Нихром имеет меньшую
твердость, но благодаря большой пластичности лучше прирабатывается
к седлу, плотное прилегание обеспечивается даже при короблении седел.
В отечествендом двигателестроении применяют также наплавку с
использованием процесса намораживания. Сущность процесса нйморажй-
вания заключается в следующем: на заготовку клапана, в выточку,
укладывается кольцо из жаропрочного сплава, зона наплавки защищает-
ся от окисления порошковым флюсом или газовой защитой (аргон,
азот). Специальный индуктор нагревает кольцо токами высокой частоты
до расплавления и подогревает заготовку клапана до температуры,
обеспечивающей диффузионное соединение. Для кристаллизации рас-
плавленного сплава на торец клапана снизу подается вода, в результате
происходит намораживание, т. е. направленная кристаллизация сплава.
184
Равномерность нагрева обеспечивается вращением клапана. Для наплав-
ки клапанов способом намораживания разработаны специальные само-
флюсующиеся сплавы на никель-хром-бористой основе, такие как
НХ16С2Р2 (ЭП616), НХ26С2Р2 (ЭП616А), НХ24С2Р2Б (ЭП616Б),
и НХ10С2Р2 (ЭП616В), которые в четыре раза дешевле кобальтовых
стеллитов, имеют высокую стойкость против коррозии и достаточную
горячую твердость. На рабочей наплавленной поверхности клапана не
должно быть трещин, раковин и неметаллических включений. На клапа-
нах с диаметром тарелки более 70 мм допускаются отдельные участки
междендритной усадочной пористости, количество и размеры которых
установлены технической документацией на конкретные клапаны.
Участки пористости не должны выходить на края притираемой поверх-
ности.
Отсутствие трещин, заковов, закатов, раскованных и раскатанных
пузырьков проверяют методами магнитной дефектоскопии, а для не-
магнитных материалов — капиллярным методом.
Зарубежные фирмы на промежуточную наплавку, в основном вы-
полненную из сплава на кобальтовой основе (стеллит-6 твердостью
HRC 39—49 и др.), наплавляют еще слой твердого коррозионно-стойкого
сплава на никелевой основе (70 % Ni и более) с высокой твердостью
(HRC 48-62).
Для увеличения стойкости клапанов торец стержня клапана также
наплавляют износостойким материалом, а поверхности стержня подвер-
гают азотированию или хромированию.
Чтобы улучшить отвод тепла, выпускные клапаны иногда изготовля-
ют полыми и заполняют металлическим натрием, который при работе
двигателя находится в жидком состоянии (температура плавления нат-
рия 97,7° С).
Для впускных клапанов, имеющих сравнительно невысокие темпера-
туры, применяют легированные конструкционные стали 40Х, 45Х, 40ХН,
65ХН, 20ХН4ФА и другие, а для клапанов малооборотных двигателей —
у1леродистые стали марок 40, 45 и другие менее дорогие марки сталей,
так как в тепловом отношении клапаны этих двигателей работают в
более благоприятных условиях.
Заготовками для клапанов служат поковки и штамповки. Наиболее
благоприятные результатьвдают штамповки, так как на стойкость клапа-
нов влияет также характер расположения волокон металла. Прерывание
волокон и образование петель не допускаются. Обрывы волокон
допускаются только в местах стыка сварных клапанов и в зоне
наплавки.
Фирма МВХ („Меркишес Верк Хальвер”) использует прогрессивные
и технологические сварные заготовки. Это позволяет отдельные части
клапана выполнять из различных материалов, выбирая их с учетом влия-
ния условий работы. В качестве материала тарелки применяют жаропроч-
ные стали, а стержня — материалы, обладающие антифрикционными
свойствами. Заготовки стержня и тарелки клапана соединяются с по-
мощью сварки трением.
185
Основное требование, предъявляемое к механической обработке кла-
пана, — строгая соосность конуса тарелки и направляющей части стерж-
ня, а иногда перпендикулярность торца тарелки к стержню. Точность
расположения проверяют индикатором в специальном приспособлении
(рис. 4.63). Клапан укладывают на призмы б, слегка прижимая его
пружиной и роликами 2. Вращение клапану передается от шпинделя 4,
снабженного маховичком 3 и резиновой подушкой 5. Осевое переме-
щение ограничивают упором 1. Допускается биение посадочной поверх-
ности тарелки клапана относительно направляющей поверхности стержня
0,02-0,05 мм.
Направляющую часть стержня выполняют с допуском fl, у выпуск-
ных клапанов этот допуск несколько расширен, чтобы исключить заеда-
ния при значительном нагреве. Соответствующие отверстия в корпусе и
в направляющей втулке обрабатывают с допуском Н1.
Допуски геометрической формы направляющей поверхности стержня
должны соответствовать следующим степеням точности:
— для хромированных клапанов, не подвергаемых шлифованию
после хромирования, - 9-я степень;
— для остальных клапанов овальность — 9-я, конусность — 10-я сте-
пень;
— биение торца стержня — 9-я степень точности для клапанов, рабо-
тающих без наконечников, и 10-я степень точности для клапанов, рабо-
тающих с наконечниками.
Шероховатость обработанных поверхностей должна быть в пределах:
- направляющей поверхности стержня, торца стержня (для клапа-
нов, работающих без наконечников), торца наконечника Ra = 0,8^
-^0,16 мкм (диаметр тарелки до 150 мм) и Ra = 1,25 ^032 мкм (диа-
метр тарелки более 150 мм);
Рис. 4.63. Проверка соосности конической и цилиндрической поверхностей
клапана
186
и)
Рис. 4.64. Шлифовальное устройство для обработки конуса клапана
на токарном станке: а — настройка устройства; б — шлифование
Рис. 4.67 Шлифование поса-
дочной поверхности (конуса)
тарелки клапана
Рис 4.66. Обтачивание по копиру
клапана, закрепленного в цанго-
вом патроне
187
— посадочной поверхности тарелки клапана Ra = 1,25=0,32 мкм;
— тороидальной поверхности перехода от стержня к тарелке клапана
Ra = 2,5 = 1,25 мкм;
— торцевой поверхности тарелки клапана— Ra = 5,0 = 2,5 мкм.
При мелкосерийном производстве клапан точат и шлифуют обычно
с установкой в центрах станка (рис. 4.64) В условиях серийного произ-
водства используют высокопроизводительные бесцентровые шлифоваль-
ные станки (рис. 4.65). Заготовка вращается между двумя кругами-
шлифующим 1 (скорость вращения 30-40 м/сек) и ведущим 2 (малая
скорость 0,2—0,5 м/сек). Деталь поддерживается направляющей линей-
кой 3.
Тарелку обтачивают на многорезцовом токарном станке, если дни-
ще тарелки имеет сферическую форму, его обтачивают по копиру, за-
крепляя стержень в цанговом патроне (рис. 4.66). Окончательно стер-
жень шлифуют на бесцентровом шлифовальном станке. Рабочий конус
тарелки шлифуют на шлифовальном станке с поворотной бабкой, базой
служит стержень клапана (рис. 4.67).
При обработке клапанов высокооборотных дизелей применяются
наплавка сплава на никелевой основе ЭП616 способом намораживания
на посадочные поверхности тарелок клапанов, бесцентровое шлифова-
ние, затем хромирование направляющих поверхностей стержней клапа-
нов с последующим их полированием. При шлифовании направляющих
поверхностей стержней впускных клапанов, изготовляемых из стали
20ХН4ФА, полученная шероховатость поверхности составляет Ra =
= 0,20 мкм. Длявыпускныхклапановизаустенитной стали45Х14Н14В2М
дополнительно после шлифования направляющих поверхностей стержней
с шероховатостью Ra = 0,40 мкм применяют алмазное выглаживание
для упрочнения обрабатываемой поверхности и уменьшения шерохова-
тости. Алмазное выглаживание выполняют по режиму:
Подача, мм/об.......................................... 0,07
Частота вращения, об/мин............................. . 650-700
Число проходов.............................................. 1
Радиус алмазного наконечника, мм ............................ 2,5
Усилие поджатия наконечника, Н ............................ 500 ± 20
4.10. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ ТОПЛИВНОЙ АППАРАТУРЫ
4.10.1. Материалы прецизионных деталей
Нормальная работа топливной аппаратуры зависит от качества мате-
риала и точности изготовления основных деталей аппаратуры, к которым
относятся: игла форсунки, направляющая иглы, сопло (распылитель),
плунжер топливного насоса и втулка плунжера. Иногда направляющая
иглы и сопло представляют собой одну деталь, называемую распылителем.
188
Материалы, служащие для основных деталей топливной аппаратуры,
должны обладать следующими свойствами:
- высокими износостойкостью и коррозионной стойкостью;
- высокой твердостью после термообработки;
— минимальной деформацией после термообработки (это облегчает
достижение точной формы и размеров при доводке);
- сохранением геометрической формы и размеров деталей в процес-
се работы;
- легкостью притирки и приработки сопрягаемых деталей;
— малым различием коэффициентов теплового расширения парных
деталей, изготовленных из разных материалов.
Подбор материалов, наилучшим образом удовлетворяющих пере-
численным требованиям, представляет сложную задачу. Широкое приме-
нение получила легированная инструментальная сталь ХВГ. Заменителем
этой марки служат гораздо более дешевая шарикоподшипниковая сталь
ШХ15, а также быстрорежущая сталь Р18. Детали, изготовляемые из ста-
лей названных марок, подвергают объемной закалке на высокую твер-
дость (HRC 57-65). Для повышения твердости и износостойкости по-
верхностей деталей из быстрорежущей стали предусматривают после
закалки и отпуска низкотемпературное цианирование при температуре
540° С с последующим медленным охлаждением на воздухе. Глубина
цианированного слоя 0,03-0,04 мм.
Опыт работы высокооборотных двигателей показал, что в условиях
динамических нагрузок для направляющей иглы и втулки плунжера
целесообразны материалы, сочетающие высокую твердость рабочих
поверхностей с вязкими свойствами сердцевины (например, сталь
18Х2Н4МА), с цементацией детали на глубину 0,5-0,6 мм. Твердость
после закалки HRC 56—60. Находят применение стали 25Х5МАи ЗОХЗВА,
причем высокую твердость рабочим поверхностям (HRC 65—68) прида-
ют азотированием.
Заготовками при изготовлении перечисленных деталей служат прут-
ки. Перед механической обработкой заготовки подвергают отжигу для
облегчения процесса резания.
4.10.2. Требования к обработке и особенности сборки прецезионных
деталей
Основное требование к обработке парных деталей (игла-направляю-
щая иглы и плунжер—втулка плунжера) — создать плотное сопряжение,
допускающее лишь незначительное падение давления и вместе с тем
обеспечивающее легкое передвижение скользящих деталей (игл и плун-
жеров). Для этого необходимы чрезвычайно малые, но гарантированные
зазоры между сопрягаемыми деталями (в распылительной паре 2—6 мкм,
в плунжерной паре 0,8—2 мкм). При таких зазорах детали должны иметь
исключительно точную цилиндрическую форму сопрягаемых поверх-
ностей: овальность и конусообразность допускаются около 0,5 мкм.
При этом шероховатость поверхности скольжения Ra <0,04 мкм.
189
Для контроля геометрических параметров прецизионных деталей ис-
пользуются приборы, погрешность которых находится в пределах ±0,1 мкм.
Современное высокоточное оборудование не обеспечивает при окон-
чательной обработке такую точность сопрягаемых поверхностей прецизи-
онных деталей, которая позволила бы осуществить их сборку по принци-
пу полной взаимозаменяемости. На диаметр отверстия распылителя или
втулки по экономическим соображениям обычно назначают расширен-
ный производственный допуск порядка 30 мкм. При обработке игл и
плунжеров может быть обеспечена точность около 0,5 мкм.
В зависимости от конкретных производственных условий в настоя-
щее время при сборке прецизионных пар топливной аппаратуры приме-
няются методы пригонки, групповой взаимозаменяемости или подбора.
В некоторых случаях достаточно широко используются комбинации этих
методов, например групповая сборка с некоторой пригонкой и т. п.
Пригонка пар (спаривание) осуществляется совместной
их притиркой на доводочной бабке с помощью абразивной пасты. Пред-
варительно цилиндрической поверхности одной из сопрягаемых деталей
придают незначительную (2—6 мкм) конусообразность, чтобы „вал”
(плунжер или игла) входил в „отверстие” (втулка или направляющая
иглы) на 1/3 длины.
Иногда отдельно притирают „вал” и „отверстие” специальными при-
тирами, а затем производят совместную притирку. При машинно-ручной
притирке „отверстия” (рис. 4.68) оправку с размерным чугунным при-
тиром типа втулки 1 закрепляют в шпинделе 2 притирочной головки,
а деталь 3 (направляющую распылителя иди втулку плунжера) переме-
щают вручную. Скорость движения притира (или детали) во избежание
нагрева незначительна (10-20 м/мин).
Прйгонка прецизионных пар путем притирки, применяемая в основ-
ном в условиях мелкосерийного производства, исключает взаимозаме-
няемость, понижает точность формы сопрягаемых цилиндрических по-
верхностей.
Комплектное шлифование прецизионных пар представ-
ляет собой разновидность пригонки, при которой окончательную обра-
ботку сопрягаемой поверхности „вала” выполняют по фактическому
размеру „отверстия” с целью обеспечения заданного зазора в паре.
Данная операция выполняется на высокоточном круглошлифовальном
станке-полуавтомате, снабженном измерительно-управляющей системой,
которая осуществляет активный контроль размера обрабатываемого
„вала” в процессе шлифования,
сравнение его с размером со-
fc///zZz/zzz прягаемого „отверстия” и
управление станком по задан-
\ шч ~ ной программе. После дости-
V жения требуемого размера ста-
нок автоматически отключает-
ся. Комплектное шлифование,
Рис. 4.68. Машинно-ручная притирка применяемое в мелкосерийном
190
и серийном производствах, позволяет обеспечить допуск на зазор в паре
1 мкм и исключает последующую совместную притирку.
Высокие требования к точности обработки для обеспечения жестко-
го допуска на диаметральный зазор вызывают необходимость вести обра-
ботку малыми подачами шлифовального круга, в то время как величина
снимаемых припусков может оказаться значительной. Это предопределя-
ет низкую производительность комплектного шлифования и неэффек-
тивность его применения в условиях крупносерийного и массового про-
изводств.
Метод групповой сборки (групповой взаимо-
заменяемости), применяемый в крупносерийном и массовом
производствах, предусматривает обработку сопрягаемых деталей незави-
симо друг от друга. В соответствии с экономической целесообразностью
в условиях производства на размеры „вала” и „отверстия” назначают
расширенные производственные допуски 6^, = 6сри, где 5ц, — средний
допуск на „вал” и „отверстие”, обеспечивающий заданный зазор в сопря-
жении (замыкающее звено размерной цепи); п — количество групп, на
которые сортируются обработанные „валы” и „отверстия”.
После сортировки деталей на группы (внутригрупповой допуск на
диаметр обычно находится в пределах 0,5-1,0 мкм) комплектуют пары
из деталей одной группы.
Поскольку точность обработки „отверстий” обеспечить технологи-
чески труднее, чем точность обработки „валов”, при равных производ-
ственных допусках и равном числе деталей в обеих партиях количество
„отверстий” и ,далов”, попавших в данный интервал размеров, будет
неодинаково. Подобная картина наблюдается во всех группах. Это при-
водит к накоплению деталей обоих типов, которые из-за несоответствия
размеров не могут быть укомплектованы в пары, что обусловливает
незавершенность производства.
При равных допусках на „отверстия” и „валы” (6^ = 6д) полный
объем незавершенного производства определяется суммой заштрихован-
ных площадей, заключенных между кривыми распределения размеров
„отверстий” </>(4) и ,залов” <р(В) (рис. 4.69).
С целью максимального совпа-
дения кривых распределения раз-
меров деталей обоих типов», залы”
обрабатывают непосредственно в
групповые допуски в таком ко-
личестве, которое почти пол-
ностью укомплектовывает каж-
дую группу. Этот способ сборки,
называемый селективным, обеспе-
чивает полную взаимозаменяе-
мость внутри одной группы, одна-
ко большой допуск на зазор
(около 60 % величины гаран-
тированного зазора) вызывает
Рис. 4.69. Кривые распределения раз-
меров „отверстий” р (А) и ,залов”
<р (В)
191
Рис. 4.70. Структурная схема автоматизированного подбора прецизионных
деталей
нестабильность гидравлических характеристик прецизионных пар, что
усложняет регулировку топливной аппаратуры и снижает экономичность
работы дизеля.
Метод подбора прецизионных пар по действительным разме-
рам с использованием ЭВМ наиболее перспективен, поскольку он в зна-
чительной степени устраняет недостатки рассмотренных ранее методов
сборки и обеспечивает высокую производительность.
Структурная схема автоматизированного подбора представлена на
рис. 4:70. Все поступающие для подбора окончательно обработанные
„валы” и „отверстия” измеряются на специальных устройствах с элек-
трическим выходным сигналом и раскладываются в ячейки накопителей.
Оперативное запоминающее устройство ЭВМ формирует массив данных
о размерах деталей и номерах ячеек, где они хранятся. Согласно задан-
ной программе подбора ЭВМ обрабатывает полученный массив данных,
вызывая информацию об „отверстии” или „вале”, определяется разность
сопрягаемых размеров. Если при данном сочетании размеров требуемый
зазор в сопряжении прецизионной пары не обеспечивается, то вызывает-
ся информация о следующей детали. После обработки программы на
выходе ЭВМ печатается сочетание номеров ячеек накопителей, в которых
детали удовлетворяют требованиям сборки.
Данный способ подбора рекомендуется в условиях серийного произ-
водства В условиях массового производства может применяться более
сложная система подбора, при которой ЭВМ на основании анализа имею-
щегося массива деталей вырабатывает также программу обработки дета-
лей типа „вал” на плоскодоводочных станках, обеспечивая почти полную
укомплектованность.
Современные методы подбора предусматривают комплектование
пар по двум или нескольким параметрам.
192
4.10.3. Обработка иглы и направляющей
К обработке иглы и направляющей предъявляются требования,
характеризуемые жесткими допусками:
— соосность цилиндрических и конических поверхностей: биение
запорного конуса относительно рабочей цилиндрической поверхности
направляющей не должно превышать 3 мкм, а иглы - 2 мкм;
— параллельность торцевых плоскостей направляющей: допускаемое
отклонение не более 0,01 мм в крайних точках;
— перпендикулярность торцевых плоскостей оси отверстия: торце-
вое биение при проверке на оправке не должно превышать 0,02 мм;
— отклонение от круглости (огранка и овальность) цилиндрических
поверхностей направляющей и иглы не более 0,5 мкм; конусообразность
отверстия направляющей не должна превышать 1 мкм, а для цилиндри-
ческой поверхности иглы — 0,5 мкм;
- плоскостность торцевых поверхностей направляющей: допустимое
отклонение 0,6—0,9 мкм в зависимости от диаметра.
Назначаемая точность размеров парных деталей зависит от принятого
способа сборки: если парные детали подбирают пригонкой (притиркой
или комплектным шлифованием), то проставляемые допуски носят
условный характер, при методе групповой сборки или подбора на отвер-
стия направляющей назначают допуск 20-30 мкм, а на диаметр иглы -
1—5 мкм.
Угол конуса седла в направляющей задают на 30-50' меньше, чем
угол конуса иглы а (рис. 4.71),
что обеспечивает лучшую гер-
метичность. При притирке со-
прягаемых поверхностей легче
получить уплотнительный поя-
сок b = 0,4 н-0,5 мм у основа-
ния конуса. Для ограничения
размера конуса иглы на приле-
гающую шейку назначают до-
пуск h 8.
Требования к шероховато-
сти поверхности указаны на
рис. 4 71
Для предварительного об-
тачивания иглы из прутка стали
ХВГ используют многошпин-
дельный автомат, токарный
полуавтомат или револьверный
станок в зависимости от кон-
кретных производственных
условий. Настройка станка
включает следующие позиции
(рис. 4 72) . 1 - подачу прутка
7 Зак 2165 193
Рис. 4.71. Игла форсунки и направляющая
Рнс.4.72 Обтачивание иглы
2 - обтачивание по двумя диаметрам; 3 - обтачивание конуса; 4 - обта-
чивание хвостовика; 5 — отрезку заготовки. Для поддержки заготовки
при обработке служат две оправки А, снабженные роликами В- На шли-
фование оставляют припуск 0,3—0,4 мм на диаметр.
Предварительно шлифуют следующие поверхности- на бесцентровом
шлифовальном станке - стержень иглы, на универсально-шлифовальном
станке — хвостовик и торец на одном конце иглы, шейку и конус —
на другом.
Термообработка иглы заключается в закалке при 820-840° С в масле,
обработке холодом и отпуске при 160—180° С; затем ведут старение в
194
масле в течение 12 чпри 140 С. В результате термообработки достигает-
ся твердость HRC 63 ± 2.
После термообработки снова шлифуют стержень, хвостовик и торец
и повторяют операцию старения в масле. Стержень шлифуют с соблюде-
нием технологического допуска мм, что обеспечивает припуск
на последующую притирку.
Для шлифования применяют бесцентровые шлифовальные станки,
отличающиеся высокой производительностью. Однако при обработке на
этих станках у изделий часто появляется огранка, для устранения кото-
рой детали притирают.
Затем следует окончательное шлифование конуса иглы (рис 4.73).
Иглу 5 устанавливают на призму 2 с опорами из твердого сплава. Деталь
вращают упругим резиновым шнуром 3. Обегающие ролики 4 занимают
такое положение, чтобы шнур располагался под углом (90 — 0)° к оси
иглы. Упор 1 в виде центра из твердого сплава ограничивает продольное
перемещение детали. Шлифование с продольной подачей обеспечивает
высокую прямолинейность образующей конуса - отклонение не превы-
шает 0,5 мкм.
Заканчивают обработку игл окончательной притиркой цилиндриче-
ских поверхностей на плоскопритирочном станке (рис. 4.74) с целью
устранения огранки и получения точных размеров.
Обрабатываемые детали 3, установленные в обойме сепаратора 5,
обкатываются между двумя притер-
тыми чугунными дисками 1 и 4,
на которые нанесена абразивная
паста. Диски вращаются в противо-
положные стороны с различными
скоростями. Обойма сепаратора 5
насажена на неподвижный палец 2,
ось которого О2 эксцентрична оси Ог
дисков. Вследствие разности скоро-
стей дисков детали 3 перемещаются,
увлекают за собой обойму и благо-
даря наличию эксцентриситета I =
= 5 т 15 мм получают дополнитель-
ные радиальные перемещения. При-
тираемые детали не только катаются,
но и скользят. Прорези в сепараторе
сделаны таким образом, чтобы оси
игл располагались не по радиусам,
а под углом 10—15°. Размеры дета-
лей одной партии не должны разли-
чаться более чем на 2—4 мкм во избе-
жание неравномерности износа ди-
сков. При такой притирке, напоми-
нающей по физической сущности
изнашивание, достигаются высокая
Рис. 4.74. Машинная притирка игл
195
Рис. 4 75. Обтачивание наружной поверхности (д) и обработка отверстия
(о) направляющей и1 лы
s)
196
Таблица 47 План
направляющей иглы в условиях серийного производства
Операция
Обтачивание и отрезка (см рис 4.75, а)
1 - подача прутка до упора, 2 - подрезка
торца; 3 - черновое обтачивание по двум
диаметрам; 4 - чистовое обтачивание по
двум диаметрам, снятие фаски; 5 - обта-
чивание конусной поверхности, 6 - прота-
чивание кольцевой канавки на торце; 7 -
отрезка заготовки г
Шлифование наружной поверхности
Обработка отверстия (см. рис 4 75, б)
1 - подрезка второго торца, 2 - центров-
ка и снятие фаски на торце; 3 - засверли-
вание центрального отверстия; 4 - сверле-
ние центрального отверстия, 5 - растачи-
вание пояска у выхода отверстия; 6 - свер-
ление выходного отверстия; 7 -снятие
фаски под конус иглы
Растачивание кармана
Сверление наклонных отверстий для пода-
чи топлива и охлаждающего масла и отвер-
сгия под штифт
Станок или рабочее место Установочные базы СБ — сопрягаемая; ПБ - проверочная Приспособления и специаль- ный инструмент
Токарный полуавтомат или револьверный СБ - черная поверхность прутка Цанговый патрон, набор ин- стру ментов, роликов ая оп- равка
Бесцентровой шлифо- вальный СБ - обточенная поверх- ность -
Токарный полуавтомат или револьверный СБ - шлифованная по- верхность Цанговый патрон, набор ин- струментов, ружейное сверло, втулка для направления спи- рального сверла, зенковка с направлением
Токарный СБ - шлифованная по- верхность Оправка, приспособление для поворота резца, фасонный ре- зец, направляющая втулка, шаблон
Вертикально-сверлиль- СБ - верхний торец и буртик Кондуктор
Операция
Термическая обработка цементация при
900-920 °C; нормализация при 850 °C на
воздухе; закалка при 780 °C в масле; об-
работка холодом при -85 °C; отпуск при
180-200 °C; старение в масле 12 чпри
140 °C
Зачистка всех поверхностей; промывка
Хонингование центрального отверстия
Шлифование наружной поверхности
Шлифование буртика и прилегающего
торца
Шлифование второго торца
Второе старение в масле 12 ч при 140 °C
Предварительная притирка центрального
отверстия
Электроискровая обработка конуса
Притирка конуса
Окончательная притирка центрального
отверстия
Притирка торцов
Сортировка на группы и подбор парных
деталей
Продолжение табл 4 7
Станок или рабочее Установочные базы СБ — сопрягаемая; ПБ — проверочная Приспособления и специаль- ный инструмент
Термический цех -
Слесарный участок
Хо нинговальный станок СБ - обрабатываемое отверстие
Круглошлифоваль- ный СБ - центральное от- верстие Оправка
Универсально-шли- фовальный СБ - наружная поверх- ность
То же То же -
Термический цех - —
Доводочная бабка Инструмент направля- ется по отверстию Притир
Электроискров ой СБ - центральное от- верстие и коническая поверхность
Доводочная бабка То же Конический чугунный при- тир
То же Инструмент направля- ется по отверстию Притир
Плоскопритирочный Торцы —
Слесарный участок Пневматический длиномер или набор калибров
точность размера (0,5—1 мкм) и шероховатость Ra = 0,04 мкм. Дове-
денные иглы подвергают контролю и сортировке по группам с группо-
вым допуском 1 мкм.
План обработки направляющей иглы (сталь 18Х2Н4МА) из прутка
представлен в табл. 4.7.
Первоначальную обработку заготовки выполняют на токарных полу-
автоматах или револьверных станках. В первой операции (рис. 4.75, а)
заготовку обтачивают снаружи и отрезают от прутка. В крупносерийном
и массовом производствах для выполнения этой операции используется
двенадцатишпиндельный роторный агрегатный станок, в который загру-
жаются отдельные заготовки соответствующей длины, получаемые пред-
варительной разрезкой прута.
После шлифования наружной поверхности направляющей на бесцент-
ровом шлифовальном станке обрабатывают центральное отверстие
(рис. 7.75, б). Точность формы отверстия, получаемая при обработке,
оказывает значительное влияние на трудоемкость последующих доводоч-
ных операций. Для сверления отверстий применяются ружейные сверла
с пластинками из твердого сплава (рис. 4.76), которые обеспечивают по
сравнению со спиральными сверлами более высокую точность: размер
отверстия НТ, отклонение от прямолинейности оси не более 2 мкм при
шероховатости поверхности Ra = 0,63 мкм. Охлаждающая и смазываю-
щая жидкость подается в зону резания через внутреннюю полость сверла
под давлением около 10 МПа, удаляя при этом стружку.
Для сверления выходного отверстия в центральное отверстие встав-
ляют каленую кондукторную втулку, служащую для направления тон-
кого сверла. Фаску под конус иглы снимают зенковкой, которая направ-
ляется по центральному отверстию.
ВидВ
Рис. 4.76. Ружейное сверло для сверления центрального отверстия
199
Некоторую трудность представляет обработка кармана, так как
из-за малых размеров резец имеет невысокие жесткость и прочность.
Карман обрабатывают на токарном станке. Для повышения устойчивости
•резца используют приспособление, закрепляемое на суппорте станка
(рис. 4.77). Резачок 1 вместе с надетой на него втулкой 3 заводят в от-
верстие направляющей 2, причем отверстие во втулке расточено эксцен-
трично. Поворотом через передачу - винт 4 и шестерню 5 - резачок по-
степенно углубляют в материал. Таким образом он заводится внутрь
в положении I, а в конце обработки занимает положение II.
Наклонные отверстия для подачи топлива и охлаждающего масла,
а также отверстие под штифт сверлят до цементации и закалки. Правиль-
ное расположение и наклон отверстий достигаются с помощью кондуктора.
Далее заготовку подвергают термической обработке, причем цемен-
тацию ведут на глубине 0,5—0,7 мм. После закалки производят обработ-
ку холодом, отпуск и старение с цельб стабилизации структуры и устра-
нения остаточных напряжений, приводящих к искажению геометриче-
ской формы. В дальнейшем отверстие обрабатывают хонингованием,
достигая при высокой производительности точности Я6, шероховатости
поверхности Ra =0,16 мкм.
После шлифования наружных поверхностей, повторного старения и
предварительной притирки отверстия обрабатывают конус для посадку
иглы. Для этого применяют электроискровый станок, обеспечивающий
шероховатость поверхности Ra = 0,30,6 мкм и биение корпуса не бо-
лее 4 мкм. Чтобы удалить дефектны!) поверхностный слой, возникаю-
щий при электроискровой обработке, и уменьшить шероховатость,
конус притирают.
После окончательной притирки цилиндрической и конической по-
верхностей детали сортируют по группам и затем собирают прецезионные
пары с притиркой конуса иглы к седлу.
Использование современного шлифовального и доводочного обору-
дования обеспечивает высокую точность обработки конических поверх-
ностей направляющей и иглы, позволяющую исключить взаимную при-
тирку этих деталей, что повышает их качество.
Рис. 4.77. Приспособление для растачивания кармана
200
4.11. СБОРКА СУДОВЫХ ДИЗЕЛЕЙ
4.11.1. Характеристика сборочных работ
Производство судовых дизелей характеризуется значительным объ-
емом слесарно-пригоночных работ. Трудоемкость сборочных операций
при серийном производстве составляет 25—30 % общей трудоемкости
изготовления дизеля. При изготовлении малооборотных дизелей (мелко-
серийное производство) трудоемкость сборочных работ значительно
выше (до 50%).
При любом масштабе производства судовых дизелей сборка делится
на узловую и общую. На узловой сборке получают составную часть ди-
зеля — сборочную единицу, например блок цилиндров со втулками,
коленчатый вал с противовесами и шестерней привода и т. д. Объектом
общей сборки является дизель в целом.
Общая сборка средне- и малооборотных дизелей выполняется на не-
подвижных стендах, к которым подают сборочные единицы. При поточ-
ной организации сборочных работ бригада рабочих переходит от одного
стенда к другому, выполняя одни и те же операции, например укладку
коленчатого вала или установку деталей механизма движения. Общая
сборка высокооборотных дизелей в условиях крупно- и среднесерийного
производств осуществляется при перемещении двигателя, установленно-
го на тележках, причем на каждой позиции выполняется только одна
определенная операция.
Для проведения испытаний высоко- и среднеоборотные двигатели
перемещают и устанавливают на испытательный стенд, имеющий соответ-
ствующее оборудование (тормоз, системы и т. д.), сборку и испытание
малооборотных дизелей производят на одном стенде.
Точность изготовления деталей, назначаемая исходя из экономиче-
ской целесообразности и технологических возможностей, не позволяет
в полном объеме осуществлять сборку по принципу полной взаимозаме-
няемости, даже для высокооборотных дизелей. В особо точных сопряже-
ниях применяют методы групповой взаимозаменяемости (селективную
сборку) , подбор, использование компенсаторов и пригонку. Пригоночные
работы - шабрение, пробиловк а и притирка — значительно увеличивают
трудоемкость и длительность сборки. Объем этих работ особенно велик
при сборке малооборотных дизелей. До настоящего времени пригоночные
работы выполняются также при сборке среднеоборотных дизелей, напри-
мер при укладке коленчатого вала и установке механизма движения.
Производительность труда при сборке повышают в основном за счет
использования механизированного ручного инструмента (гайковертов,
шлифовальных машинок и т. д.). Значительно снизить трудоемкость
сборки можно, исключив пригоночные работы за счет применения ме-
тода подбора с помощью ЭВМ, например при сборке кривошипно-пол-
зунного механизма (КПМ) дизеля.
Автоматизация процесса сборки дизеля затруднена вследствие необ-
ходимости переналадки оборудования исходя из серийности производства,
201
поэтому сборочные центры с использованием роботов находят пока огра-
ниченное применение.
Точность сборки оказывает непосредственное влияние на эксплуата-
ционные показатели дизеля, в первую очередь на надежность и ресурс.
Особо важное значение имеет качество укладки коленчатого вала (сбор-
ка фундаментной рамы с валом) и сборки КПМ, так как на данных опе-
рациях обеспечиваются необходимые зазоры в соединениях деталей дви-
жения, прямолинейность оси коленчатого вала, устраняются недопусти-
мые перекосы поршня в цилиндре.
Прямолинейность оси коленчатого вала при сборке достигается при
соосности его подшипников за счет точности растачивания гнезд подшип-
ников рамы и использования тонкостенных взаимозаменяемых вклады-
шей. Надежность работы коленчатого вала и рамовых подшипников,
особенно для малооборотных дизелей, повышают, укладывая вал с
упреждающими прогибами, учитывающими искривление его оси под воз-
действием ряда эксплуатационных факторов. Например, в рабочих усло-
виях прогиб фундаментной рамы малооборотного дизеля составляет
1,5-2 мм в результате неравномерной температурной деформации осто-
ва. На прямолинейность ось коленчатого вала также' оказывает влияние
сила тяжести маховика, неточности центровки дизеля с валопроводом,
а также загрузка судна. Укладка коленчатого вала с упреждающими про-
гибами может быть обеспечена путем растачивания гнезд подшипников
с заданной несоосностью либо подбором вкладышей различной толщины.
Следует отметить, что под действием динамических нагрузок проис-
ходят значительные деформации коленчатого вала, которые можно оце-
, нить по величине расхождения щек кривошипа. Так называемые динами-
ческие раскепы достигают 0,3 мм, т. е. на порядок выше статических
раскепов\ получаемых при укладке вала. Уменьшить динамические
раскепы можно за счет изготовления коленчатого вала с определенной
степенью несоосности рамовых шеек, учитывающей искривление оси
вала в условиях работы. Очевидно, обрабатывать шейки такого вала сле-
дует при воздействии на цих имитационных сил, соответствующих дина-
мическим нагрузкам.
Надежность работы дизеля зависит также от обеспечения расчетных
усилий затяжки резьбовых соединений в процессе сборки. При затяжке
особо ответственных резьбовых соединений (анкерные связи, шатун-
ные болты, крышечные шпильки) возникают сборочные деформации,
которые могут привести к заметному нарушению точности взаимного
расположения и искажению формы базовых поверхностей деталей.
Например, неравномерность затяжки анкерных связей вызывает наруше-
ние соосности рамовых подшипников. Кроме того, при затяжке крышек
подшипника могут изменяться размер и форма масляных зазоров, что
ухудшает гидродинамический режим смазки.
Контроль усилия затяжки по крутящему моменту с использованием
динамометрических ключей обеспечивает точность лишь в пределах
±35 %, поскольку из-за значительного рассеяния коэффициента трения
в резьбовом соединении зависимость между крутящим моментом и
202
усилием затяжки имвет нелинейный характер. Для более ответственных
соединений контроль усилий затяжки производится по углу поворота
гайки в , град, (после выбирания зазора в соединении),
0 = 360Q/6
х£б^б
либо по удлинению болта
где Q — расчетное усилие затяжки, Н; /6 — длина деформируемой части
болта, м, s — шаг резьбы, м; Е6 — модуль упругости материала болта,
Па; F6 — площадь поперечного сечения болта, м2.
Точность заданного усилия затяжки при контроле по углу поворота
гайки составляет ± 20 %, а по удлинению болта ± 5 %.
При затяжке шатунных болтов выскооборотного дизеля проверяют
отсутствие остаточного удлинения болтов (сборка делается дважды).
При сборке прессовых соединений могут возникать неравномерные
сборочные деформации, приводящие к отклонениям от цилиндричности
сопрягаемых деталей. Например, запрессовка в моноблоках высокообо-
ротного дизеля шести тонкостенных гильз вызывает значительную их
овализацию (до 0,3 мм) из-за взаимного влияния прессовых соединений
друг на друга. Точность формы отверстий гильз цилиндров повышают,
поочередно растачивая посадочные отверстия моноблока, искаженные
под действием смежных прессовых соединений (по существу происходит
овализация посадочных отверстий). Тщательность очистки поверхностей
и особенно внутренних полостей детали от стружки и загрязнений - не-
пременное условие высокого качества сборки.
4.11.2. Сборка среднеоборотных дизелей
В процессе узловой сборки блока цилиндров или цельного остова
устанавливаются втулки, штуцера для смазки, закрытия и лючки, прово-
дится гидравлическое испытание под давлением 0,5-0,7 МПа в течение
5—10 мин для проверки герметичности уплотнений.
В двухтактовых дизелях втулки, снабженные красномедными уплот-
нительными поясками, запрессовывают на прессе или нажимной план-
кой, равномерно затягивая гайки на ввернутых в цилиндр шпильках.
Втулки четырехтактных дизелей при установке опускают под действием
собственного веса: их при этом только направляют.
После установки втулок проверяют перпендикулярность их осей к
опорной поверхности блока, которая должна обеспечиваться точностью
расположения сопрягаемых поверхностей блока и втулки. Допускаются
203
отклонения от перпендикулярности не более 0,05^0,1 мм на 1 м вдоль
оси двигателя и не более 0,25—0,35 мм на 1 м в поперечном направлении
(в плоскости качания шатуна).
Узловая сборка комплекта коленчатого вала заключается в установ-
ке на вал противовесов, шестерни и пригонке шпонок. Перед поступле-
нием коленчатого вала на общую сборку обычно контролируют точность
размеров и расположения базовых поверхностей вала.
Сборка шатуна и поршня состоит в соединении стержня шатуна с
нижней головкой (или крышкой) и соединении поршня с пальцем
Иногда поршень и шатун представляют собой общую сборочную единицу
В этом случае после сборки на специальном стенде проверяют перпенди-
кулярность образующей поршня к оси отверстия нижней головки ша-
туна.
Сборка крышек цилиндров предусматривает установку впускных
и выпускных клапанов, форсунки, пускового и предохранительного
клапанов, индикаторного крана, распределительных рычагов с осями
и кронштейнами и т. п. При сборке клапанов основная работа состоит
в притирке тарелки клапана к седлу.
На узловой сборке также собирают и испытывают топливную аппара-
туру, навесные агрегаты и другие механизмы.
Общая сборка дизеля выполняется на стенде (рис. 4.78, а), состоя-
щем из чугунных балок 1 (параллелей), которые укладываются на мас-
сивные фундаментные балки 2, заделанные в железобетонный фунда-
мент. Параллели снабжены продольными пазами, в которые закладыва-
ют болты для закрепления рамы или остова двигателя. Верхние плоско-
сти стендовых параллелей тщательно обрабатывают Отклонение от
Рис 4 78 Сборка дизеля- а — стенд для сборки; б ~ проверка вкладышей
по валу-калибру
204
плоскостности допускается 0,03 мм на 1 м. Отклонение плоскостей
параллелен от горизонтальности не должно превышать 0,1 мм на 1 м
длины
При установке на стенд фундаментной рамы с поддоном проверяют
плотность прилегания к стендовым параллелям лап рамы, чтобы исклю-
чить возможность ее деформаций. В отдельных местах допускаются зазо-
ры не более 0,05 мм Контроль осуществляется щупом.
Укладка коленчатого вала. При сборке фундаментной рамы с колен-
чатым валом необходимо обеспечить:
- плотное прилегание наружной поверхности вкладышей подшипни-
ков к гнездам фундаментной рамы;
прилегание шеек вала к нижним вкладышам на площади поверх-
ности не менее 70%;
прямолинейность оси коленчатого вала и параллельность его оси
верхней плоскости рамы,
оптимальные зазоры в сопряжениях шейка вала — вкладыш.
Вкладыши рамовых подшипников должны плотно прилегать к гнез-
дам, иначе они могут деформироваться и вызвать нагрев подшипников.
Плотность прилегания тонкостенных вкладышей обеспечивается гаранти-
рованным натягом в соединении, а также способностью вкладыша благо-
даря малой жесткости приобретать форму гнезда.
Вкладыши, установленные в гнезда рамы, должны быть строго
соосны, а их общая ось параллельна верхней плоскости. Это требование
обеспечивается точностью расположения осей гнезд при растачивании и
применением взаимозаменяемых тонкостенных вкладышей, разностен-
носгь которых не превышает 0,01 мм. Соосность гнезд рамы (остова)
на сборке проверяют по валу-калибру 5 (рис. 4 78, б). При этом необ-
ходимо учитывать погрешности измерений, возникающие в результате
рассеяния размеров отверстий гнезд (в пределах допуска 0,03-0,04 мм) .
Шейки вала-калибра, диаметры которых больше диаметров рамовых
шеек коленчатого вала на удвоенную толщину вкладыша, должны при-
легать ко всем гнездам Допускается зазор под шейкой вала-калибра
не более 0,03 мм на одной-двух опорах Боковые зазоры в горизонталь-
ной плоскости должны быть одинаковыми во всех гнездах. Допускается
разность зазоров до 0,0? мм Если несоосность гнезд в вертикальной и
горизонтальной плоскостях несколько превышает установленные преде-
лы, то легкое шабрение поверхностей гнезд для устранения погрешно-
стей расположения.
Применение оптических приборов, например ДП-725М, для контро-
ля соосности взамен проверки по валу-калибру повышает точность изме-
рений Оптический метод измерения основан на визировании, при кото-
ром проверяют отклонения осей промежуточных гнезд от базовой линии,
проходящей через ось крайних гнезд.
После установки нижних вкладышей опускают коленчатый вал на
место, собирают верхние крышки подшипников и измеряют раскепы
коленчатого вала, масляные зазоры в подшипниках, а также осевой раз-
бег вала в упорном подшипнике.
205
Рис 4.79 Размерная цепь подшипника
с тонкостенным вкладышем
При использовании тонкостен-
ных взаимозаменяемых вкладышей
(рис 4 79) величина масляного
зазора определяется уравнением
размерной цепи х = D - d -2s (D —
диаметр гнезда подшипника; d -
диаметр вала; а - толщина вкла-
дыша) .
Используя метод вероятност-
ного расчета, получим выражение
для допуска зазора
Зх = y/(8D)2 + (8d)2 + 2(8s)2.
Узкие допуски на составляющие звенья повышают точность масля-
ных зазоров.
Процесс укладки коленчатого вала при использовании толстостен-
ных вкладышей имеет ряд особенностей и характеризуется большей тру-
доемкостью.
Назначаемая точность отверстий гнезд Hl—Н8 и наружного диаметра
вкладышей пб обычно не обеспечивает гарантированного натяга в сопря-
жениях и, следовательно, плотности прилегания вкладьппей. Например,
для гнезд диаметром 180-250 мм посадка НТ/пб илиН8/п6 дает в преде-
ле натяг 0,06 мм либо зазор 0,015—0,041 мм. Подбором вкладышей из-
бегают предельных значений посадок и обеспечивают плотное их прилега-
ние к гнезду.
Соосность вкладышей достигается их шабрением по валу-калибру 5
(см. рис. 4.78, б) после установки в гнезда.
Вал-калибр представляет собой полую трубу, длина которой соответ-
ствует длине рамы. Диаметр утолщенных шлифованных шеек вала ка-
либра dK=d + 8 (d — диаметр рамовых шеек; 8 — масляный зазор,
для рамовых и мотылевых подшипников 3 = 0,01с?).
Вал-калибр в местах соприкосновения с вкладышем покрывают
краской, затем опускают на вкладыши и проворачивают, при этом вы-
ступающие места на баббите окрашиваются. Эти места шабрят, доби-
ваясь полного прилегания вала-калибра к нижним вкладышам на поверх-
ности не менее 75 % с разбивкой по краске до одного пятна на 1 см2
Пятна должны располагаться по нижней части вкладыша на секторе
не менее 120° Одновременно с шабрением индикатором 6 проверяют
параллельность вала-калибра верхней плоскости рамы; подставку инди-
катора передвигают вдоль рамы. Отклонения от параллельности допуска-
ются не более 0,03 мм на 1 м длины вала.
Верхние вкладыши шабрят по валу-калибру вне стенда.
Шабрить вкладыши непосредственно по шейкам коленчатого вала
с точки зрения гидродинамической теории смазки неправильно. Наибо-
лее благоприятные условия для жидкостного трения создаются при зазо-
ре серповидной формы; шейка и отверстие подшипника представляют
206
собой две правильные окружности, различающиеся по размеру на вели-
чину масляного зазора. Величина масляных зазоров в рамовых подшип-
никах регулируется путем подбора прокладок, устанавливаемых на сты-
ках вкладышей.
Установка блока цилиндров. Блок двигателя необходимо установить
на раму так, чтобы оси всех цилиндров были перпендикулярны оси ко-
ленчатого вала, пересекали эту ось, а также были расположены симмет-
рично по отношению к щекам мотылей.
Первое требование легко выполнить, если оси всех цилиндров
перпендикулярны нижней опорной плоскости блока, а коленчатый вал
уложен параллельно оси вала (верхней плоскости рамы). Для соблюде-
ния остальных условий необходимо правильно расположить блок в про-
дольном и поперечном направлениях, причем смещение осей цилиндров
по отношению к оси вала и к щекам на 0,2—0,3 мм вполне допустимо.
Для упрощения установки блоков служат вспомогательные базы
(см. рис. 4.78, а). Удобно использовать боковую кромку 3 верхней пло-
скости фундаментной рамы, так как при растачивании рамы расстояние
к от боковой кромки до оси гнезд можно выдержать с точностью 0,1 мм.
Нетрудно также при растачивании блока выдержать с той же точностью
расстояние от боковой кромки 4 основания блока до осей цилиндров.
Установив правильно блок, развертывают отверстия (не менее двух)
для контрольных калиброванных штифтов, фиксируя таким образом
взаимное расположение блока и рамы.
Установка кривошипно-ползунного механизма. Для установки КПМ
ставят мотыль в верхнюю мертвую точку и опускают его в соответствую-
щий цилиндр, затем присоединяют нижнюю отъемную головку к стер-
жню шатуна или крышку нижней головки к шатуну.
Совпадение осей КПМ и цилиндра контролируют по зазорам между
поршнем и стенками цилиндра вдоль оси двигателя в двух положениях —
ВМТ и НМТ. Измеряют щупом зазоры в двух точках 1 у верхней и в двух
точках 2 у нижней кромки тронка поршня (рис . 4.80), при этом поршень
устанавливают без поршневых колец.
Перекос поршня в направлении про-
дольной оси двигателя допускается не
более 0,05-0,08 мм на длине поршня.
Обычно недопустимые перекосы
поршня в цилиндре отсутствуют
вследствие точности изготовления де-
талей КПМ, однако в некоторых
случаях они могут появиться, что
неблагоприятно сказывается на усло-
виях работы цилиндропоршневой
группы
Недопустимые перекосы иногда
устраняют так называемой привалкой
поршня за счет легкой припиловки
опорной плоскости разъема шатуна
ВМТ НМТ
Рис. 4.80 Проверка установки
КПМ
207
(при отъемной нижней головке) либо шабрением на клин антифрик-
ционного слоя верхней половинки вкладыша нижней головки шатуна
(для толстостенных вкладышей).
Отклонение от параллельности осей поршня и цилиндра представляет
собой замыкающее звено пространственной размерной цепи КПМ.
Погрешность расположения замыкающего звена возникает в результате
суммирования погрешностей расположения базовых поверхностей со-
ставляющих звеньев: ipi - отклонения от перпендикулярности оси втул-
ки оси коленчатого вала; — отклонения от перпедикулярности оси
отверстия под поршневой палец образующей поршня; ф3 ~ отклонения
от параллельности осей верхней и нижней головок шатуна в двух взаим-
но перпендикулярных плоскостях (непараллельность и перекос осей);
^4 — отклонения от параллельности осей мотылевой шейки и коленчато-
го вала в двух взаимно перпендикулярных положениях (непараллель-
ность и перекос осей)
Погрешности расположения базовых поверхностей и вызыва-
ют перекос поршня, не зависящий от угла поворота коленчатого вала.
Размеры погрешностей ip3 и ф4 изменяются при повороте коленчатого
вала (рис. 4.81).
Значительный перекос поршня в цилиндре может быть вызван небла-
гоприятным суммированием погрешностей расположения составляющих
звеньев (если они одного направления), даже при их допустимых откло-
нения. Дополнительное влияние на величину перекоса поршня может
оказать погрешность формы (конусообразность) базовых поверхностей
КПМ.
Оптимизация процесса сборки КПМ достигается применением мето-
Рис. 4.81 Изменение перекоса поршня
в зависимости от угпа поворота колен-
чатого вала
1 — при непараллельное™ оси моты-
левой шейки оси вала (ф4 = 0,02 мм) ;
2 - при непараллельное™ осей верхней
и нижней головок шатуна ( = 0,04 мм)
208
да подбора. На базе входной
информации ЭВМ формирует
массив данных о погрешностях
расположения базовых поверх-
ностей деталей.входящихвКПМ.
Эти данные получают путем из-
мерения партии деталей, посту-
пивших на сборку. Затем ЭВМ
на основании математического
описания перекосов поршня по
углу поворота коленчатого вала
выдает информацию о наиболее
благоприятном подборе деталей
КПМ из данного массива.
Подбор с помощью ЭВМ
составляющих звеньев КПМ с
учетом направления их погреш-
ностей позволяет обеспечить ми-
нимальные перекосы поршня в
цилиндре, полностью исключить
пригоночные работы связанные
с привалкой поршня, а также проверку перекосов поршня и дополни-
тельные сборочно-разборочные работы.
4.11.3. Сборка высокооборотных дизелей
Общую сборку высокооборотных двигателей массой 1—2 т в усло-
виях серийного производства осуществляют чаще всего на безрельсовых
тележках (рис. 4.82). Картер двигателя 1 прикрепляют лапами к опор-
ным полкам 2 тележки. Рукояткой 3 червячной передачи 4 и ободом 5
двигатель поворачивают вокруг продольной оси на любой угол, что по-
зволяет выполнять сборку в удобных положениях.
Как узловая, так и общая сборка характеризуются почти полным
отсутствием пригоночных работ.
Чтобы повысить точность сопряжения шатунных и рамовых подшип-
ников и уменьшить рассеяния зазоров, иногда при сборке используют
метод подбора. Например, при диаметре шеек вала 100 мм и заданном
монтажном зазоре 0,1 мм подбором можно обеспечить фактические зазо-
ры во всех подшипниках в пределах 0,09-0,11 мм при условии обработ-
ки деталей, образующих данное сопряжение, по допускам не шире 7-го
квалитета точности.
Для сохранения динамической уравновешенности коленчатого вала
различия в массе шатунно-поршневых комплектов для одного двигателя
не должны превышать 30—50 г, что обеспечивается подбором деталей
по массе при их сборке. Трудоемкость узловой сборки составляет до
60-80 % всех слесарно-сборочных работ.
На узловой сборке главные шатуны после сборки с прицепными
навешивают на шейки коленчатого вала. Затем коленчатый вал в сборе
с шатунами, шестернями и другими деталями направляют на узловую
сборку верхнего картера. После
установки рамовых вкладышей
укладывают коленчатый вал с
шатунами и проверяют зазоры
в подшипниках, затем на верх-
ний картер устанавливают топ-
ливный насос. 1
Последующая общая сбор-
ка дизеля выполняется в сле-
дующей последовательности.
1. Присоединяют к шату-
нам поршни. Для этого поршни
разогревают в горячем масле
до 100° С, вынимают поршне-
вые пальцы, заводят голов-
ки шатунов и вновь встав-
ляют пальцы. На поршне-
вые кольца надевают стягиваю-
щие хомуты.
Рис. 4.82 Тележка для сборки высоко-
оборотного двигателя
209
2. Устанавливают на место блоки, одновременно направляя поршни по
цилиндрам. Затягивают гайки анкерных связей. При установке каждого
блока поворотную часть тележки с картером вращают вокруг продольной
оси так, чтобы блок опускался на поршни, находясь в вертикальном
положении.
3. Устанавливают нижний картер со всеми входящими в него узлами
и деталями (с поворотом собираемого двигателя на 180°).
4. Устанавливают все вспомогательные механизмы: нагнетатель,
водяные насосы, редуктор, реверсивную муфту и т. д.
5. Регулируют газораспределение, моменты подачи топлива и воздуха.
6. Устанавливают всасывающий и выхлопной коллекторы.
7. Устанавливают трубопроводы для топлива, масла, воды и отходя-
щих газов.
8. Испытывают гидравлически всю водяную систему двигателя горя-
чей водой под давлением 0,5 МПа.
9. Направляют двигатель на испытательный стенд.
4.11.4. Сборка малооборотных дизелей
Остов и механизм движения малооборотного дизеля состоят из дета-
лей относительно больших размеров и малой жесткости, точность изго-
товления которых не позволяет выполнять сборку обычным путем,
т. е. последовательным их присоединением, используя для ориентации
ранее установленные детали. Суммарные погрешности взаимного распо-
ложения собранных таким образом деталей и узлов привели бы к пере-
косам и зазорам, выходящими за пределы допустимых. Для рассматри-
ваемых дизелей при сборке используются постоянные ориентирующие
элементы — так называемые „земные координаты”, т. е. горизонтальная
плоскость и вертикаль, относительно которых проверяют устанавливае-
мые детали. Проверку взаимной параллельности или перпендикулярности
поверхностей собираемых деталей заменяют проверкой горизонтально-
сти или вертикальности этих поверхностей, используя для этого уровень
или отвес. Контролируя положение устанавливаемых деталей по „зем-
ным координатам”, избегают накопления ошибок.
Чтобы при сборке с помощью уровней и отвесов добиться установки
деталей и узлов с высокой точностью, необходимы кропотливые много-
кратные измерения и проверки, сопровождаемые значительными слесар-
но-пригоночными работами. Трудоемкость несколько сокращают, при-
меняя различные приспособления и средства малой механизации.
Стенд для сборки малооборотных дизелей состоит из чугунных
ребристых балок большой жесткости. Перед началом сборки проверяют
горизонтальность и плоскостность стенда гидростатическим уровнем.
Допускаемое отклонение от горизонтальности 0,05 мм на длине 1 м.
Допускаемое отклонение от горизонтальности между крайними точками
стенда 0,012 мм.
Если фундаментную раму устанавливают не непосредственно на стен-
довые параллели, а на клиновые домкраты, допуск на негоризонталь-
ность стенда может быть расширен до 1 мм на всей длине рамы.
210
Установка фундаментной рамы. Необходимо считаться со сравни-
тельно малой жесткостью рамы больших габаритов. При установке на
сборочный стенд в раме возникают заметные упругие деформации, поэ-
тому нудно вновь произвести полную проверку положения базовых
поверхностей рамы, включая и те проверки, которым подвергалась со-
ставная рама во время узловой сборки.
Раму (рис. 4.83) опускают краном на винтовые домкраты У, расстав-
ленные на стендовых параллелях под поперечным балками рамы. Верх-
няя плоскость рамы должна быть горизонтальной и строго плоской.
Положение рамы регулируют домкратами, а проверяют гидростатиче-
ским уровнем, работающим по принципу сообщающихся сосудов.
Стаканчики 4 уровня, связанные между собой шлангами 5, размещают
в местах установки картерных стоек. Отклонения от горизонтальности
допускаются не более 0,05 мм между соседними местами измерений
и не более 0,1 мм между крайними точками. Результаты измерений гид-
ростатическим уровнем фиксируются в паспорте.
При установке рамы одновременно проверяют соосность гнезд под-
шипников. Вдоль оси гнезд протягивают струну 2, точно центрируя ее
по крайним гнездам рамы, чтобы размеры a j и а 2 были равны. Натяже-
ние струны создают грузом 3. Разность размеров a i - а2, измеряемая
микрометрическим штихмасом по средним гнездам, не должна прево-
сходить 0,05 мм. Положение рамы регулируют, отжимая ее в поперечном
направлении боковыми упорами 6 с отжимными болтами.
Соосность гнезд в вертикальной плоскости, так называемую просад-
ку гнезд, контролируют линейкой 7 и штихмасом. Размер Ъ не должен
отличаться для разных гнезд более чем на 0,2 мм. Если этот допуск
Рис. 4.83. Установка рамы малооборотного дизеля
211
S)
Рис 4 84. Измерение положения реперных площадок
превышен, сдельные 1незда обнижают, пригоняя по кольцу-калибру.
Несоосность гнезд приводи! к тому, что при шабрении вкладышей
по шейкам вала снимается неравномерный слой баббита. Возникающая
разностенность вкладыша затрудняет удаление („выкатывание”) вкла-
дыша без подъема коленчатою вала.
В дальнейшем контроль правильности положения рамы и отсутствие
деформации проверяют по реперным линиям. Для этого по боковым
ыорон'А! рамы (рис 4.84, а) предусмотрены особые свободные пло-
щадки носящие название реперных. Реперные площадки расположены
на одном уровне с верхней плоскостью рамы и обработаны с той же тща-
тельное1 ью. Боковые кромки реперных площадок расположены в одной
вертикальной плоскости и также служат измерительной базой. Для фик-
сации положения реперных площадок после установки рамы над площад-
< ами вдоль каждой боковой стороны рамы протя1ивают струну 2; под
нее подставляют с обоих концов шлифованные подставки 1 равной вы-
соты Элек фоштих масом измеряют расстояния hj между площадками
и провешенной над ними струной, заносят их в паспорт с указанием диа-
метра струны (обычно 0,5 мм) и массы груза 4. Протянув струну 7
(рис. 4.М, б) помощью подстановок 6 и грузов 5, измеряют также рас-
с ояния /, os струны до боковых кромок реперных площадок. Опера-
цию называй ( провешиванием реперной линии. Ее выполняют после
укладки коленчатою вала и неоднократно повторяют на различных ста-
диях сборки и монтажа на судне, так как возможно появление деформа-
ций. Их устраняют дополнительной регулировкой.
После । шорки рамы пригоняют нижние вкладыши рамовых под-
шипников Плотно! । приле!ания по поверхности, составляющей не менее
75 % ясен площади, достигают припиловкой по краске. В плоскости
разъема вкладышей допускается суммарный зазор между вкладышем и
гнездом до 0,1 мм. Осевой зазор между буртом и торцом гнезда состав-
ляет 0,1—0,25 мм. Для установочного (упорного) подшипника этот
зазор выдерживают в пределах 0,05—0,15 мм.
Верхние вкладыши также проверяют по краске и пригоняют к
крышкам рамовых подшипников.
Укладка коленчатого вала. Коленчатый вал поступает на общую
сборку после узловой сборки. Секции вала прицентровывают и собирают
на специальном стенде.
При укладке вала на раму необходимо обеспечить соосность рамо-
вых подшипников. В случае смещения одной или нескольких опор от
общей оси происходит изгиб вала; при вращении возникают дополни-
тельные знакопеременные напряжения, снижающие усталостную проч-
ность вала; увеличиваются реакции подшипников. Использовать для
шабрения вкладышей фалыпвал по методу, применяемому при укладке
коленчатого вала тронкового дизеля среднего размера, в данном случае
нецелесообразно, так как у шеек вала малооборотного дизеля сущест-
вуют значительные отклонения от точности размеров и формы (в преде-
лах допуска). Пригнанные по фалыпвалу вкладыши имели бы общие об-
разующие, однако у уложенного на них коленчатого вала из-за отклоне-
ний в диаметральных размерах шеек ось все же не будет прямолинейной.
Вкладыши шабрят непосредственно по рамовым шейкам, калибром
здесь служит коленчатый вал.
Сохранение прямолинейной оси вала контролируют, измеряя раске-
пы (допускаемые раскепы ± 0,04 мм). Раскепы считаются положитель-
ными, если расстояние между щеками, когда мотыль находится в ВМТ
или на правом борту, больше расстояния между щеками при положении
мотыля в НМТ или на левом борту. При разных знаках раскепов в двух
соседних мотылях сумма их абсолютных значений не должна превышать
0,06 мм.
Так как ось вала должна быть параллельна верхней плоскости рамы,
одновременно проверяют горизонтальность рамовых шеек с помощью
уровня на призматической подставке. Затем проверяют горизонталь-
ность каждой мотылевой шейки в четырех положениях мотыля, тем
самым контролируя параллельность мотылевых шеек оси вала. Допу-
скаются уклоны не более 0,1 мм на 1 м. Определяемый уровнем уклон
шейки включает также ошибку, получившуюся от конусообразности
шейки.
Тщательность шабрения вкладышей - примерно одно пятно на
1 см2. Дуга опорной поверхности должна соответствовать 130° с пере-
ходом к боковым масляным карманам.
Верхние вкладыши рамовых подшипников шабрят по шейкам вала.
Для образования заданного масляного зазора между стыками вклады-
шей укладывают прокладки. Получаемая при этом вытянутая окруж-
ность лишь приближенно воспроизводит зазор серповидной формы,
рекомендуемый гидродинамической теорией смазки. Однако для мало-
оборотных двигателей это допустимо.
213
Масляный зазор в рамовых и мотылевых подшипниках малооборот-
ных дизелей назначают около 0,8 • 10-3<7, иногда меньше (d — диаметр
шеек).
После закрепления вкладышей крышками проверяют фактически
полученные зазоры щупом или путем обжатия и последующего измере-
ния свинцовой проволоки, уложенной на шейку вала.
Установка картера. При установке на раму картера цельной конст-
рукции необходимо, чтобы вертикальная ось симметрии каждого отсека
пересекала ось гнезда рамы. Опорная плоскость картера должна плотно
прилегать к верхней плоскости рамы; пластинка щупа 0,05 мм не долж-
Рис. 4 85. Установка направляющих
крейцкопфа
на проходить между плоскостями.
Установку картера в попереч-
ном направлении ведут, опуская
отвесы в два крайних отсека.
Отвесы центрируют по верхним
отверстиям картера, в которых
будут размещены сальниковые
коробки для штоков, и по пло-
скостям крепления направляю-
щих крейцкопфов. Отклонения от
вертикальности плоскостей не
должны превышать 0,2 мм на 1 м
длины. Оба отвеса должны касать-
ся оси гнезд рамы, представлен-
ной горизонтальной струной, до-
пускаемое смещение не более
0,1—0,2 мм. В продольном на-
правлении картер располагают
так, чтобы отвесы были симмет-
ричны по отношению к боковым
плоскостям гнезд рамовых под-
шипников. Измерения ведут по-
средством электроштихмаса.
Установка направляющих
крейцкопфов. Направляющие
крейцкопфа 4, имеющие тавровый
профиль (рис. 4.85), прикрепля-
ются к внутренним боковым стен-
кам 3 отсеков таким образом,
чтобы их рабочие плоскости были
вертикальны и параллельны оси
коленчатого вала. Отклонения от
вертикальности допускаются не
более 0,05 мм на всей длине
направляющей. Рабочие плоскости
каждых двух направляющих
одного крейцкопфа со стороны
214
распределения или выхлопа должны представлять общую плоскость,
расположенную на заданном расстоянии от оси коленчатого вала. Конст-
рукция направляющих в данном варианте позволяет добиваться вер-
тикальности рабочих плоскостей путем некоторого поворота направляю-
щих по ходу КПМ.
Вначале устанавливают направляющие крейцкопфа в первом и по-
следнем отсеках со стороны распределения А, выверяя их вертикаль-
ность по отвесам 1 с помощью электроштихмаса. При этом выдерживают
расстояние с/2 от оси рамовых подшипников, представляемой струной 2,
учитывают размеры /иг. Затем к верхней части направляющих на одина-
ковом расстоянии т натягивают горизонтальную струну 5. Направляю-
щие всех остальных отсеков устанавливают на размер т от струны 5
с проверкой вертикальности по отвесу. Размер т контролируют в двух
точках по ширине полки каждой направляющей.
Каждую пару направляющих, сопрягаемых с крейцкопфом, прове-
ряют на плоскостность в трех сечениях по высоте линейкой 6 и щупом.
Направляющие со стороны выхлопа Б устанавливают по направляющим
со стороны распределения А, выдерживая чертежный размер с. Измере-
ния ведут на трех уровнях по высоте. Общую плоскость парных направ-
ляющих проверяют линейками и щупом. После окончательной установки
направляющих к ним прикрепляют боковые упорные планки 7, ограни-
чивающие перемещение крейцкопфов в направлении продольной оси
двигателя. Для фиксации положения картера на раме и направляющих
крейцкопфа в отсеках картера совместно развертывают отверстия в со-
единяемых деталях и устанавливают калиброванные болты и штифты.
Установка шатунов и крейцкопфов. Принятый метод сборки предпо-
лагает совмещение осей деталей механизма движения с вертикальными
осями, которые были определены при установке направляющих крейц-
копфов. В дальнейшем при центровке блоков цилиндров ориентирами
служат оси штоков и поршней.
Шатуны с крейцкопфами поступают в виде собранных комплектов,
проверенных на узловой сборке. Ресивер снимают с картерных стоек.
Мотылевые подшипники отделяют от шатунов и шабрят по мотылевым
шейкам коленчатого вала до получения одного пятна на 1 см2. Одновре-
менно уровнем проверяют горизонтальность пяты мотылевой головки
в направлении оси вала. Масляный зазор 3 ~ 0,8 • 10“3d и меньше регу-
лируют прокладками по плоскости разъема головок.
Поочередно устанавливая мотыли вала в ВМТ, заводят на место
шатуны с крейцкопфами. Контролируют плотность прилегания пяты
стержня шатуна к пяте мотылевой головки щупом 0,05 мм. После при-
соединения стержня шатуна к мотылевой головке проверяют зазоры
между ползунами крейцкопфа и направляющими. Суммарный масляный
зазора назначают 0,25-0,4 мм, суммарный масЛяный зазор между боко-
выми кромками ползунов и упорными планками устанавливают
0,2—0,3 мм. Измерения ведут при положении мотыля в ВМТ и НМТ.
Перекос ползунов крейцкопфа относительно упорных планок не дол-
жен превышать 0,1 мм. Отжим ползунов крейцкопфа от направляющих
215
при его движении, а также перекосы объясняются недостаточным
соблюдением параллельности осей крейцкопфных и мотылевого под-
шипников по отношению к оси рамовых подшипников и неточностью
установки направляющих крейцкопфа и упорных планок.
После установки шатунов и крейцкопфов окончательно устанавлива-
ют ресивер.
Установка блоков цилиндров и поршней со штоками. На узловой
сборке предварительно собирают блоки цилиндров с ресивером. Добива-
ются соосности цилиндров и отверстий в ресивере под сальники штоков.
На общей сборке блоки цилиндров устанавливают на ресивер, про-
веряют цилиндры в поперечном и продольном направлениях относитель-
но оси отверстия под шток в поперечине крейцкопфа. Базой служит от-
вес, опущенный по оси втулки. В отверстие поперечины помещают при-
способление с микрометром, позволяющее определить центральность
положение отвеса по отношению к отверстию поперечины. Несоосность
в продольном направлении допускают примерно до 0,15 мм, в попереч-
ном - до 0,1 мм. Очевидно, вдоль оси двцгателя отклонения могут ока-
заться более значительными из-за неодинакового накопления погрешно-
стей в межцентровых расстояниях между осями цилиндров и картерных
отсеков. Компенсировать эти неточности можно некоторым перемеще-
нием шатуна и крейцкопфа вдоль оси мотылевой шейки. При этом конт-
ролируют осевые зазоры между щеками коленчатого вала и мотылевйм
подшипником, они должны быть выдержаны в заданных пределах
(во всяком случае не менее 3 мм). Перемещение шатуна с крейцкопфом
влечет необходимость в перемещении упорных планок на направляющих
крейцкопфа.
Отвесы, опущенные по осям цилиндров, используют также для про-
верки вертикальности осей цилиндров. Отклонения от вертикальности
допускаются не более 0,05-0,08 мм на 1 м в продольном и поперечном
направлениях.
Окончательно блоки'цилиндров фиксируют при установке поршней.
Поршни со штоками, но без поршневых колец опускают по цилинд-
рам. Плотность прилегания гайки штока к поперечине проверяют щупом
0,03 мм, вертикальность штока - рамным уровнем. Отклонение от вер-
тикальности допускается не более 0,05 мм на 1 м. Окончательно регули-
руют положение цилиндров блока по зазорам между поршнями и втул-
ками цилиндров при положении поршня последовательно в НМТ и ВМТ
(не доводя до них на 30°). Колебания зазора в разных точках между
поршнем и стенками втулки не должны превышать 0,1 мм. Иногда при-
ходится регулировать положение блока ие только перемещениями,
но и пригонкой опорных лап блока.
Анкерные связи устанавливают на место, растягивая заданным усло-
виям при помощи гидравлического приспособления, гайки навертывают
свободно без затяжки. Проверяют высоту камеры сжатия в каждом ци-
линдре: при высоте 40—50 мм допускаются отклонения до ± (1,5 -?2) мм.
Для окончательной установки механизма движения поршни выводят
из цилиндров, надевают поршевые кольца. Замки колец располагают
216
по продольной оси двигателя под углом 180° один к другому. Заводят
кольца в сальники штоков и окончательно устанавливают с поршнями
по цилиндрам. Фиксируют сальники центрально по отношению к штокам.
Устанавливают на место крышки цилиндров с клапанами и форсун-
ками.
В процессе сборки остова и механизма движения и по окончании
сборки проверяют положение фундаментной рамы, чтобы убедиться
в отсутствии деформаций (по реперным площадкам и раскепам колен-
чатого вала).
Дальнейшие работы заключаются в установке различных механиз-
мов, предусмотренных конструкцией дизеля, поста управления, регуля-
тора, топливных насосов, газотурбинного нагнетателя, трубопроводов
и коллекторов Для испытаний, которые проводят на том же стенде,,
к-коленчатому валу устанавливают и прицентровывают гидравлический
тормоз.
4.11.5. Заводские испытания судовых дизелей
Все судовые двигатели кроме сдаточных испытаний на судне прохо-
дят испытания на заводском стенде. Задача заводских стендовых испы-
таний заключается в проверке: качества изготовления и сборки двигате-
ля; его надежности при эксплуатации, т. е. сохранения продолжительной
и устойчивой работы без перебоев; эффективной мощности, развивае-
мой двигателем; экономичности, т. е. расхода топлива и масла
на 1 кВт • ч.
Работы, проводимые на заводском стенде, состоят в пробных пусках,
регулировке, обкатке, исправлении мелких дефектов и окончательных
стендовых испытаниях двигателя. Определяют время, необходимое для
пуска холодного двигателя и реверсирования, зону критической частоты
вращения двигателя и т. п.
Стенды для испытаний судовых поршневых двигателей изготовляют
из чугунных или сварных балок жесткой конструкции на прочном фун-
даменте. Для уменьшений влияния вибраций и сотрясений в частях зда-
ния (колонн, перекрытий) фундаменты испытательных стендов не дол-
жны быть связаны с конструктивными элементами здания. Применяется
также виброизоляция испытательных стендов, между балками стенда и
фундаментом прокладывают эластичные материалы - пробку, резину
и др. Более долговечны пружинные амортизаторы.
,, Эффективную мощность двигателя обычно определяют гидравли-
ческим тормозом.
Испытательные стенды оснащают разнообразными приборами, опреде-
ляющими основные параметры рабочего процесса двигателя, а также дру-
гие характеристики: давление в цилиндрах, частоту вращения, температу-
ру воды, масла и выхлопных газов, давления масла, охлаждающей воды
и пускового воздуха, расход топлива, масла и охлаждающей воды и т д.
До стендовых испытаний двигателя проводят следующие работы.
После установки на испытательный стенд двигатель соединяют с
217
тормозным устройством и присоединяют все системы трубопроводов;
проверяют исправность вентилей и плотность трубных соединений.-
Осуществляют кратковременный пробный пуск двигателя вхолостую
(10—15 мин) и осматривают трущиеся части. После этого двигатель
запускают на холостом ходу на более продолжительное время, снимают
индикаторные диаграммы для определения давления конца сжатия и
регулируют объем камер сжатия компрессионными прокладками, если
они предусмотрены.
Затем проводят пробное испытание двигателя при работе под нагруз-
кой. Снимают индикаторные диаграммы, определяют индикаторную
мощность, максимальные давления сгорания и т. д. Регулируют углы
опережения подачи топлива, проверяют правильность работы топливных
насосов, регулятора, сервомотора и воздухораспределителя. Большое
внимание уделяют проверке надежной и устойчивой работы судовых
реверсивных двигателей при маневрировании.
После того как двигатель окончательно отрегулирован и мощность
равномерно распределена между цилиндрами, производят обкатку,
а затем выполняют официальные стендовые испытания по установленной
программе.
ГЛАВА 5
ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА СУДОВЫХ ПАРОВЫХ ТУРБИН
5.1. ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОИЗВОДСТВА
Такие преимущества турбин, как постоянство рабочего процесса и
компактность, дают возможность изготовить паровые турбины очень
большой мощности по сравнению с ДВС: 200 тыс. кВт для стационарного
турбоагрегата и 55 тыс. кВт для судового. Основным недостатком турби-
ны при использовании ее в качестве главного судового двигателя явля-
ется ее нереверсивность, т. е. невозможность изменить направление вра-
щения ротора. В силу этого для маневров судна необходимо либо осна-
щать турбину ротором для работы на задний ход, либо размещать между
турбиной и гребным винтом реверсивные устройства.
Особенности конструкции турбинных установок существенно влия-
ют на характеристику, структуру турбиностроительных предприятий
и специфику технологических процессов изготовления главных турбо-
зубчатых агрегатов (ГТЗА). В турбиностроении можно выделить
несколько характерных особенностей.
1. Жесткие требования к точности обработки деталей, а именно:
к точности формы, размеров, взаимного расположения поверхностей,
а также к шероховатости поверхностей.
218
2. Сборка турбины не может быть произведена без пригонки ее
частей, хотя все детали обработаны в пределах допусков.
3. В турбиностроительном производстве до настоящего времени
имеет место существенная доля высококвалифицированного ручного
труда при выполнении слесарно-сборочных операций.
4. Производство носит единичный или мелкосерийный характер,
а следовательно, затруднена механизация и тем более автоматизация
технологических процессов сборки.
5. Для каждого типа турбин необходимо проектировать и изготов-
лять специальную технологическую оснастку.
6. Отсутствует взаимозаменяемость деталей и узлов у турбин одной
и той же серии. Детали и узлы, идущие в запас, пригоняются и проверя-
ются на соответствующем агрегате.
Кроме этого, необходимо отметить, что турбиностроительные пред-
приятия должны иметь или хорошо развитую кооперацию, или сложную
структуру производства, позволяющую выполнять заготовительные
операции — литейные, кузнечно-прессовые, сборочно-сварочные, гальва-
нические и термические. Механические и механосборочные цехи должны
быть оснащены горизонтально-расточными станками для растачивания
корпусов, зуборезным оборудованием, размещенным в специальном
помещении, балансировочными станками, различными по габаритам
карусельными и строгальными станками, испытательными и специаль-
ными сборочными стендами, развитым крановым хозяйством. Схема
производственного процесса показана на рис. 5.1.
Каждый агрегат или узел поступает на судостроительный завод
в специальной упаковке, полностью окрашенный и подвергнутый консер-
вации. Вместе с комплектом ГТЗА заказчик получает всю техническую
Исполнитель
Период изготовления
219
документацию: паспорта, формуляры, акты проведения стендовых
испытаний, акты закрытия и комплектовочные ведомости. Перед от-
правкой заказчику ОТК контролирует агрегаты и узлы и пломбирует все
разъемы корпусов и фланцев входных и выходных патрубков. Число
пломб указывается в акте закрытия. Таким образом исключается воз-
можность случайного, не предусмотренного технологическим процессом
вскрытия механизма и попадания во внутренние полости посторонних
предметов, которые могут привести к аварии в момент пуска на швар-
товных испытаниях. На судостроительном заводе обязательно прове-
ряют наличие пломб, указанных в акте, и их сохранность.
В отдельных случаях, когда габариты и масса агрегата велики
(например, судовой редуктор типа ТС-2 массой 105 т), допуска-
ется поставка на судостроительный завод агрегата в разобранном
виде с последующей сборкой специалистами машиностроительного
завода.
анализируя производственный процесс в турбиностроении, необхо-
димо коротко остановиться на вопросах безопасности труда.
В станочных технологических операциях при изготовлении деталей
ГТЗА нет необходимости выделять какие-либо характерные для турБи-
ностроения особенности. При механической обработке следует пользо-
ваться типовыми инструкциями для различных профессий станочников.
Что же касается сборочных операций ГТЗА перед стендовыми испытани-
ями, монтажа ГТЗА на стенде и проведения самих стендовых испытаний,
то можно отметить некоторые специфические вопросы техники безопас-
ности.
В первую очередь необходимо обратить внимание на работу с подъ-
емно-транспортными механизмами. Здесь можно выделить два пути:
либо обеспечение бригад сборщиков высококвалифицированными
стропалями, либо обучение сборщиков стропальным работам с постоян-
ным контролем их знаний и навыков.
Если учесть, что сборочные и монтажные работы требуют высоко-
квалифицированного ручного труда, то безопасность их выполнения и
исключение производственного травматизма в существенной мере зави-
сят от своевременного и качественного изготовления и испытания неко-
торых специальных приспособлений: для подъема и опускания роторов
турбин, для выкатывания нижних половин опорных вкладышей,
для укладки зубчатой передачи редуктора, для выкатывания и
установки торцевой крышки главного упорного подшипника (ГУП)
и др.
При испытании ГТЗА особое внимание обращается на различные ко-
жухи и ограждения, закрывающие вращающиеся соединительные фланцы
и муфты.
Как правило, в процессе технологической подготовки для ГТЗА
конкретного типа при необходимости разрабатывают индивидуаль-
ные инструкции по технике безопасности, в которых особое вни-
мание обращено на некоторые характерные технологические опе-
рации.
220
5.2. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ЛОПАТОК ТУРБИН
5.2.1. Лопаточный аппарат и условия его работы
Лопаточный аппарат представляет собой наиболее ответственную и в
го же время наиболее подверженную износу и авариям часть турбины.
Материалы для лопаточного аппарата относятся к числу наиболее доро-
гих, стоимость изготовления их высока.
Так как аэродинамические качества профилей сопел н лопаток в ос-
новном определяют работу турбины - ее экономичность и к шсгруктив
ные особенности сопел и лопаток, долювечносгь работы и стоимость, -
то все более или менее значительные турбостроительные заводы и фир-
мы, НИИ и проектные организации ведут работы по усовершенствова-
нию аэродинамических качеств проточных частей создаваемых ими тур-
бин. Необходима кропотливая и систематическая работа по унификации
типов и типоразмеров деталей лопаточного аппарата. В Советском Союзе
такая работа ведется рядом организаций. Однако ассортимент применяе-
мых типов лопаток все еще очень велик.
По своему назначению лопатки делятся на рабочие и направляющие.
Направляющие лопатки применяются-
- в реактивных ступенях, где они выполняют роль направляющих
аппаратов;
- в колесах со ступенями скорости, где они обеспечивают необходи-
мое изменение направления парового потока и подвод пара к рабочим
лопаткам второй и третьей ступеней скорости;
— в литых сопловых сегментах и диафрагмах, где
они образуют сопловые каналы.
Лопатка состоит из трех частей (рис. 5.2). хвосто-
вой части, или хвоста, 1, служащего для закрепления
лопатки (в роторе или корпусе), активной, или
рабочей, части 2, которая омывается паром и собствен-
но выполняет основную функцию лопатки; вершины,
или конца, 3, который либо утоняется, либо снабжает-
ся бандажным выступом или утвдотнением. Конструк-
ции частей лопатки зависят от ее назначения, а следова-
тельно, от тех внешних нагрузок, которым лопатка
подвергается в условиях эксплуатации.
Во время работы турбины возникают и действуют
на направляющие и рабочие лопатки следующие силы
— изгибающие усилия от динамического давления
парового потока при течении его через криволинейные
лопаточные каналы,
— изгибающие усилия от разност и давлений
пара;
- растягивающие усилия от центробежных сил в
самих лопатках и их связях при вращении ротора
с гру <ция
натки
221
Так как нагрузка на лопатки от центробежных сил собственных масс
значительно больше, чем от динамического давления потока плюс раз-
ности давлений пара на венец, то в условиях эксплуатации рабочие
лопатки оказываются нагруженными гораздо сильнее, чем направляю-
щие. Наибольшая нагрузка при этом обычно приходится на корневое
сечение лопатки (у основания рабочей части) и на ее хвост. Отсюда сле-
дует, что хвосты рабочих лопаток необходимо усиливать по сравнению
с сечениями рабочей части. Сечения хвостов направляющих лопаток мож-
но делать того же и даже меньшего сечения, чем рабочую часть.
5.2.2. Материалы и заготовки
Сечение хвостовиков турбинных лопаток определяет технологию их
изготовления; по технологическому признаку лопатки подразделяются
на следующие группы:
— цельнотянутые (из светлокатаных профилей) (рис. 5.3). Весь про-
филь и хвост такой лопатки получены путем протяжки или светлого про-
ката с чистой блестящей поверхностью. Такой тип применяется для на-
правляющих лопаток и для некоторых слабонагруженных рабочих лопа-
ток. Для образования каналов между лопатками вставляют промежуточ-
ные тела (вставки);
- полуфрезерованные (рис. 5.4), у которых одна сторона профиля
(обычно вогнутая) получена путем светлого проката, а выпукл^ сторо-
на (спинка) и хвост образованы фрезерованием на станках;
— цельнофрезерованные. Нередко хвостовое утолщение располагает-
ся по обе стороны профиля лопатки; такие профили можно получить
только фрезерованием с обеих сторон. Эти лопатки не требуют отдель-
ных в старок.
Полуфрезерованные и цельнофрезерованные конструкции применя-
ют для наиболее нагруженных рабочих лопаток.
EZ3
Вид А
Рис. 5.4. Профиль полуфре-
зерованной лопатки
Рис. 5.3. Профиль цельно-
тянутой лопатки
222
Фрезерованные лопатки чрезвычайно невыгодны с точки зрения рас-
ходования материала, так как их изготовляют из заготовок прямоуголь-
ного сечения и 75 % ценного металла уходит при обработке в стружку.
В настоящее время все более широкое применение находят лопатки,
полученные методом литья по выплавляемым моделям. Такие лопатки
требуют минимальной механической обработки.
В заготовках ограничиваются остаточные напряжения, которые
могут возникать в процессе получения заготовки.
Материалы для изготовления лопаток должны обладать:
— однородностью структуры (внутренние пороки не допускаются);
— высокими механическими качествами при нормальной темпера-
туре и по возможности достаточно высокими при температуре, соответ-
ствующей условиям эксплуатации турбин;
, — достаточной стойкостью против коррозии и эрозии;
— вязкостью для лучшей сопротивляемости вибрационным нагрузкам;
— хорошей механической обрабатываемостью;
— невысокой стоимостью.
Для лопаток, подверженных изгибу от динамических нагрузок,
за критерий прочности следует принимать также предел усталости мате-
рйала.
Лопатки турбины, работающие при высоких температурах, подвер-
жены ползучести, т. е. пластической деформации с увеличением линей-
ных размеров. Для работы в области температур до 400° С сопла, лопат-
ки, бандажи и проволоку следует изготовлять из высокохромистых
сталей 12X13 и 20X13 по ГОСТ 5632-72. При температуре 400-600° С
следует применять стали ЭИ 123 и ЭИ405. Отдельные промежуточные
тела выполняют из углеродистой стали 15. Заклепки для крепления
лопаток к дискам изготовйяют из стали 25Х2МФА.
5.2.3. Требования к обработке и методы контроля
Экономичность работы турбины во многом зависит от формы про-
филя лопаток, поэтому их изготовляют в соответствии с техническими
условиями, которые устанавливают точность формы и шероховатость
поверхностей лопаток.
Хвосты лопаток должны обеспечить надежное их крепление при воз-
действии рабочего тела, центробежных сил и вибрации, а также правиль-
ное положение лопаток в наборе; отклонение посадочных размеров
хвоста лопатки от заданных допускается не более чем на 0,02 мм.
Смещение посадочных мест одной стороны хвоста лопатки относи-
тельно Другой допускается в пределах 0,02—0,04 мм; перекос профиля
хвоста одной стороны относительно другой — в пределах 0,015—0,020 мм,
смещение хвостовой части относительно рабочей — 0,1—0,4 мм.
Шероховатость поверхностей профилей лопаток не должна превы-
шать Ra =0,63 мкм.
О точности изготовления пера лопатки судят по комплексной по-
грешности контура сечения пера, состоящей из собственного отклонения
223
профиля, отклонения от номи-
нального угла закрутки и сме-
щения пера относительно осей
хи у (рис. 5.5).
К недостаткам данного ме-
тода относятся малая произво-
дительность и необходимость
иметь большое количество шаб-
лонов для проверки профилей.
Более производительный и
точный контроль контура сече-
ния производят с помощью
копира. Принцип действия та-
кого прибора заключается в
том, что ощупывающий штифт
скользит по профилю копира
навалом по отношению к хвостовику Ду ; И ИНДИКЭТОр Показывает ОТКЛО-
3 - сечение пара лопатки с осевым навалом неНИе контролируемого КОНту-
Дх по отношению к хвостовику ра от копира
Существует ряд других
приборов, которые дают более точные результаты обмера профиля пера.
К ним относятся оптические и оптико-механические приборы для конт-
роля пера лопаток, например прибор ПОМКЛ-3, основанный на прин-
ципе приведения координат профиля к единой плоскости измерения.
На таком приборе можно одновременно измерять толщину лопатки,
угол закрутки и смещение профиля лопатки относительно хвостовика.
Контроль замка лопатки осуществляют при помрщи специальных
приборов, которые с большой точностью позволяют определить толщину
сложного замка и перекос турбинных лопаток. К таким приборам отно-
сятся УГЕЗ-З, УПЕЗ-З, многомерная машина „Сигнал”. Наиболее совер-
шенна машина „Сигнал”: стабильность измерения на ней составляет
0,002 5 мм при измерении шага и 0,05 мм при измерении толщины замка
по вершинам зубьев двух крайних сечений.
Отсутствие микротрещин проверяют методами магнитно-керосино-
вой пробы или люминесцентного контроля. Контроль дефектов в пазах
точного профиля лопатки турбины можно производить методом вихре-
вых токов.
При облопачивании турбинных дисков с целью уменьшения дисба-
ланса лопатки взвешивают на обычных весах. Для лопаток, длина кото-
рых превышает 300 мм, такой метод неприемлем. Объясняется это тем,
что при шлифовании пера лопатки съем металла по длине пера будет
неравномерным, что вызывает разброс положения центра тяжести лопа-
ток. На заводах внедрен метод взвешивания лопаток на моментных
весах. Подбор лопаток не только по массе, но и по моменту позволяет
исключить дисбаланс на турбинном диске после посадки на него лопа-
ток. При взвешивании лопаток на моментных весах резко снижается
время на статическую балансировку дисков, а также повышается качество
224
облопачивания, так как исключается необходимость снятия с диска
большого количества металла, что может привести к повышению напря-
жений в диске при его вращении в турбине.
5.2.4. Обработка турбинных лопаток
Механическая обработка лопаток производится в специальном цехе.
Организация производства может осуществляться по одному из двух
принципов: с замкнутым циклом производства и поточным методом.
Построение производства по принципу замкнутых участков обычно
встречается там, где номенклатура лопаток невелика. При обработке по-
точным методом оборудование располагают в соответствии с последова-
тельностью обработки лопаток, причем на каждом станке выполняют
определенную операцию. В этом случае каждый станок оборудован систе-
мой, характерной для определенной операции.
Технология обработки турбинных лопаток зависит от вида заготов-
ки и от организации производства. Наиболее трудоемкая обработка
лопаток из прямоугольной полосовой заготовки состоит из резки заго-
товки, подготовки основных баз, обработки хвостовой и рабочей частей
лопатки, отделки и контроля.
Основными базовыми поверхностями при механической обработке
^прямоугольной заготовки служат: одна из плоскостей, на которой при
дальнейшей обработке будет получена спинка лопатки или внутренний
профиль, и две плоскости, перпендикулярные к ней. После обработки
базовых поверхностей фрезеруют хвост лопатки (рис. 5.6), правильность
изготовления которого должна обеспечить положение лопатки на ободе
ротора. С особой точностью должны быть обработаны внутренняя и на-
ружная поверхности хвоста. Профиль лопатки фрезеруют за два хода
с припуском 0,1—0,2 мм на шлифование. После окончательной обработ-
ки внутреннего профиля фрезеруют спинку лопатки по наружному про-
1филю с точностью 0,2 мм. Чтобы соединить лопатки в пакеты, сверлят
- отверстия для связующей проволоки и обрабатывают выступы (шипы)
для крепления бандажной ленты.
После механической обработки лопатки поступают на шлифоваль-
ный участок, где их шлифуют и полируют. На слесарном участке
Д) 6) , в) гг д) Д)
Рис. 5.6. Некоторые типы хвостов направляющих и рабочих лопаток: а - зубчатый;
б - „ласточкин хвост”; в - Г-образный; г - цилиндрической формы; д - пилооб-
разный; е - типа молота
8 Зак.2165
225
выполняют опиловку заусенцев, заиругпейиеп^хгэдной'"’и^вь1ходной
кромок рабочей части, а также фасок и сколов на прямолинейной части
хвоста. Этой операцией заканчивается обработка лопаток и производится
окончательный контроль с обязательным обмером основных элементов
лопатки независимо от пооперационного контроля.
За последние годы в турбостроительной промышленности внедрена
электроимпульсная и электрохимическая обработка. Эти методы эффек-
тивны для обработки пера лопатки из жаропрочных сплавов. Электри-
ческие методы сочетаются с механическими: перо лопатки обрабатывают
электрическими методами, а остальные элементы — механическими.
Сущность электроимпульсной обработки состоит в следующем:
на обрабатываемое изделие и электроды, помещенные в диэлектрик
(трансформаторное или веретенное масло), подается импульсное напря-
жение от специального генератора импульсов. В результате воздействия
электрического тока происходит постепенный съем металла с поверхно-
сти обрабатываемого изделия. Электроимпульсная обработка использует
электрические иМпульсы напряжением примерно 25 В и длительностью
около 6,001 с с частотой 40Q импульсов в секунду. Установка потребляет
ток 300 А и более, вырабатываемый специальными машинными генера-
торами. Интенсивность съема металла зависит главным образом от силы
тока: чем выше сила тока, тем больше съем металла и величина неровно-
стей на обрабатываемой поверхности. С понижением электрических ре-
жимов чистота поверхности улучшается.
Из-за термического характера процесса на обрабатываемой поверх-
ности создается измененный слой глубиной 0,2—0,5 мм, который снима-
ется при дальнейшей обработке. В качестве электрода-инструмента —
применяются алюминиевые или коксографические электроды.
Процесс электрохимической обработки основан на анодном раство-
рении металлов в электролите. Деталь является анодом, а инструмент -
катодом. Деталь и инструмент подключаются к источнику питания посто-
янного тока напряжением 6—26 В и плотностью 100 А/см2 и выше.
Через пространство между деталью и электродами прокачивается токо-
проводящая жидкость — электролит, представляющий собой 10—15 %-й
водный раствор хлористого натрия. Зазор между инструментом и де-
талью устанавливается в пределах 0,3—0,5 мм. Обработка может осуще-
ствляться подвижными и неподвижными электродами.
Процесс электрохимической обработки происходит без контакта
электродов с лопаткой, в связи с чем инструмент практически не сраба-
тывается. Производительность электрохимической обработки не зависит
от материала лопаток, а зависит только от электрических режимов и
составляет 0,2—0,4 мм/мин. Остаточные напряжения в детали отсутству-
ют, деформация исключается. Однако после обработки на поверхности
обнаруживается разрушение структуры металла по границам зерен на
глубине 0,005-0,03 мм, поэтому необходимо полирование.
Анализ показал, что существующая обработка профиля на станках
ручного управления не обеспечивает требуемой точности лопаток и тре-
бует ручной доводки на шлифовальных станках. Более точный профиль
226
можно'-пол учитБ’при- юбработке^на рфрезер-
ном станке с ЧПУ путем обкатывания фре-
зы вдоль плоского криволинейного конту-
ра сечения лопатки за один или два прохода.
При достаточной жесткости системы ста-
нок—приспособление—инструмент—деталь
ширина фрезерования может соответство-
вать высоте профиля (лопатка постоянного
сечения — (рис. 5.7).
Основные параметры фрезы выби-
рают из условия, что диаметр фрезы
£><0,9 • 2/?BH.mm (^BH.min — наимень-
ший радиус внутренней части профиля
лопатки).
Длина, мм, режущей кромки I =В +
Рис. 5.7. Турбинная лопатка
постоянного сечения
1 — хвостовик; 2 - спинка
лопатки; 3 — шип
+ (5 +10), где В - высота профиля (ширина фрезерования).
Число зубьев z и угол наклона спирали а> выбираются из условия
равномерного фрезерования
Bz tg а>
тгБ
где С — целое число, равное 1, 2,3,....
Для составления управляющей программы необходимо определить
число и координаты геометрических и технологических опорных точек
на траектории относительного движения центра фрезы, скорость опти-
мального движения центра фрезы вдоль контура (минутная подача, отне-
сенная к центру фрезы) и скорость резания.
Траектория движения центра фрезы представляет собой аппроксими-
рованную эквидистанту профиля лопатки. Траекторию строят в прямо-
угольной системе координат по осям Ох
и Оу (рис. 5.8). Исходную точку траекто-
рии выбирают на оси Оу с учетом обеспе-
чения врезания инструмента по касатель-
ной к обрабатываемой поверхности.
Аппроксимацию эквидистантной кривой
производят линейными отрезками, длина
которых зависит от допускаемого откло-
нения фактического профиля лопатки от
теоретического и режимов обработки.
Число геометрических опорных то-
чек на участке профиля 1-2, очер-
ченного дугой переменного радиуса,
определяется из условия обеспече-
ния заданной погрешности аппрок-
ных точек
симации.
227
Количество отрезков ломаной.чатрексймируйидей7 заданной) Дугу,
рассчитывается по формуле
i = ^/Д<д
где - центральный угол дуги участка профиля; Д^> — угол аппроксима-
ции, Д^ = arccos (1 —8/7?).
Координаты геометрических опорных точек для отдельных участков
эквидистантного профиля рассчитывают по формулам, полученным из
геометрических построений.
Число технологических опорных точек определяется из условия
обеспечения рациональных режимов фрезерования профиля: скорости
резания v, глубины резания I, минутной подачи s
Глубина резания при фрезеровании контура непрерывно меняется.
Поэтому следует рассматривать мгновенную глубину резания
D
'мп. = у (1-COS^).
где ф — угол контакта фрезы с обрабатываемой деталью.
Минутная подача зависит от подачи фрезы на один зуб sz, числа
зубьев фрезы z и частоты вращения инструмента в минуту п.
Рациональная подача на зуб, обеспечивающая максимальную произ-
водительность, определяется целым рядом параметров.
1. Подачей на зуб sXtB, ограниченной прочностью зуба инструмента,
Д Б0-5-0-2,
tB \1 - cos ф /
где Cs — коэффициент, зависящий от материалов обрабатываемой детали
и режущей части фрезы.
2. Подачей на зуб sZ[ д ।, ограниченной допустимым прогибом фрезы,
[Д] ЗЕ/sin ц__________
*г 1Д1 0,8XD£a(£ - 3/4В) 1 - cos ф ’
где [Д] — допустимый прогиб фрезы, мм; Е — модуль упругости Мате-
риала фрезы, МПа; J — момент инерции сечения фрезы, мм4; X - удель-
ное давление при резании, МПа; L — вылет фрезы, мм.
3. Подачей на зуб 8j, ограниченной прочностью тела фрезы,
[g] /У sin а>________ 1
Sz ХО[64(£ - В/2)2 + 250 ]°-5 1-COS0 ’
где [а] — допустимое нормальное напряжение материала фрезы, МПа; •
Di — приведенный диаметр сечения фрезы, мм.
228
"”'4."Подачей- йтзуб^^сотрмниюнной наибольшим усилием, допускае-
мым механизмом подачи станка,
Q sin со 1
s ------------- ---------
Q \D 1 - cos ф
где Q - наибольшее усилие, допускаемое механизмом подачи станка, Н.
5. Подачей на зуб sZmiih п, ограниченной предельной минутной пода-
чей стола и находящейся в интервале
мин max _ sмин max
-------< s, <---------------- .
ZH ?мин.п zn
Здесь sMml mm и s^h max — минимальная и максимальная минутные
подачи стола.
6. Подачей на зуб sZjv, ограниченной мощностью главного привода,
TVrjsin со • 612 • 104 1
Szjv'' тгВ2Хп 1 - cos ф
где N- мощность главного привода, кВт; т? - КПД станка.
Рациональной будет минимальная из шести приведенных выше по-
дач - подача на зуб $zmm-
Скорость резания v определяется по эмпирической формуле теории
резания для участка контура, где угол контакта ф наибольший, и поддер-
живается неизменной при обработке всего контура.
Скорость относительного движения центра фрезы $0.мин вдоль
криволинейного контура будет отличаться от скорости периферийных
точек, совпадающих с точками контура детали.
При обработке наружной части профиля лопатки скорость относи-
тельного движения центра фрезы определяется по формуле
, _ R+Яф
$0. МИН ~ ^МИН R >
а при обработке внутренней части профиля
„ _ R-R$
SO.MHH - SMHH R ,
Где R — радиус дуги участка контура, мм; Rф - радиус фрезы, мм.
Число и координаты технологических опорных точек, в которых
изменяется скорость относительного движения фрезы вдоль контура,
определяются из графика зависимости
^о.минтш =/(^э)>
где Ьэ - длина траектории центра фрезы.
229
Значения sOiMHH для каждого участка контура рассчитываются по
вышеприведенным формулам с учетом ограничений для sz ram. В целях
сокращения числа технологических точек s0 мин меняют скачкообразно
не менее чем на 25 % на участке протяженностью не менее 5 % общей
длины эквидистантного контура. Места скачкообразного изменения соот-
ветствуют технологическим опорным точкам. Чтобы уменьшить объем
управляющей программы, стремятся по возможности технологические
опорные точки совместить с геометрическими.
На основании расчетов координатных опорных точек и режимов
резания, а также принятых технологических решений составляется рас-
четно-технологическая карта, которая является исходным документом
для составления карты программирования, а по ней, в свою очередь,
изготавливается перфолента. Разработка управляющей программы и из-
готовление перфоленты могут быть автоматизированы с помощью ЭВМ.
Опыт технологической подготовки производства по обработке рабо-
чего профиля лопатки переменного сечения с бандажом позволяет выя-
вить ограниченные возможности трехкоординатного фрезерного станка
с ЧПУ как по производительности, так и по обеспечению оптимальных
условий резания. Рациональная обработка таких лопаток может быть
обеспечена на пятикоординатном фрезерном станке с ЧПУ при автомати-
ческой смене инструмента.
5.3. ИЗГОТОВЛЕНИЕ РОТОРА
5.3.1. Условия работы ротора
Все роторы можно отнести к одному из следующих конструктивных
типов фис. 5.9): дисковые, барабанные, смешанной, или сложной конст-
рукции.
По способу изготовления роторы могут быть цельноковаными,
когда весь ротор, не считая мелких деталей (гребни, втулки и т. п.),
откован из одного куска металла, и составными — из двух или большего
числа крупных поковок (рис. 5.10).
На вал ротора действуют внешние нагрузки:
— силы тяжести частей ротора и вала, вызывающие изгиб вала;
— крутящий момент от передаваемой валом мощности;
- продольные усилия от составляющих динамического действия
пара на рабочих лопатках;
- центробежные силы неуравновешенных масс.
Эксплуатационная частота вращения ротора должна быть или ниже
критической, т. е. резонансной (жесткие валы), или выше (гибкие валы).
Роторы турбин работают в очень тяжелых условиях и находятся под
воздействием переменных температур вдоль оси, которые колеблются
от 50—70° С у опорных шеек до 500° С на первых ступенях проточных
частей. В связи с этим к роторам предъявляются следующие технические
требования:
— обработка деталей ротора должна обеспечить их сопряжение,
требуемое чертежом;
230
Рис. 5.10. Ковано-сварные
типы роторов
- обработка опорных шеек и торцов гребня упорного диска должна
обеспечить их нормальную работу при полных оборотах агрегата;
- все цилиндрические поверхности ротора должны быть концентрич-
ны относительно его оси вращения, а торцевые поверхности - перпенди-
кулярны к этой оси;
— ротор должен быть динамически уравновешен.
5.3.2. Материалы и заготовки
Роторы небольших диаметров удобно изготовлять цельноковаными.
Применение цельнокованых роторов больших диаметров нежелательно
по следующим соображениям. С увеличением размеров возрастают
трудности получения доброкачественной кованой заготовки и становит-
ся более вероятным забраковывание поковки на той или иной операции
контролр качества. Ошибка на какой-либо операции обработки может
привести к выбраковке большой дорогой поковки. Браковка по тем или
иным причинам отдельного диска или вала не грозит столь тяжелыми
убытками и задержками производства, как выход в брак большого цель-
нокованого ротора.
В крупных роторных поковках плохо используется металл. При вы-
боре марки стали приходится ориентироваться на наибольшие напряже-
ния, возникающие обычно в районе самого нагруженного диска или в
ребордах какого-либо диска. В остальных участках ротора получаются
излишние запасы прочности. Это обстоятельство приводит к неоправдан-
но большому расходу легированной стали.
У роторов небольших размеров часто трудно (или даже невозможно)
выполнить диски съемными по конструктивным соображениям. При
больших размерах ротора это затруднение отпадает.
В роторах с насадными дисками можно свести до минимума приме-
нение легированных сталей, так как два-три наиболее нагруженных
диска можно изготовить из специальной стали, а остальные диски и вал -
из углеродистой.
В силу изложенных соображений роторы выполняют цельнокованы-
ми при диаметрах ступеней до 800 мм, при больших диаметрах обычно
применяют составные роторы.
232
Существуют три типа барабанных роторов: 1) цельнокованый ротор
со сквозным центральным отверстием небольшого диаметра (иногда
без отверстия); 2) полый барабан при отдельно откованной одной или
обеих шейках вала; 3) барабан, составленный из насаженных на вал
дисков или сваренный из отдельных дисков.
Валы роторов изготовляются из поковок — стальных слитков с отно-
шением длины к диаметру около двух. От слитка отрезают прибыльную
часть, составляющую до 25 %. В процессе ковки на угар и окалину теря-
ется еще 5—10% массы. Таким образом выход годного материала не пре-
вышает 65 %.
Материал поковки по химическому составу и механическим свойст-
вам должен соответствовать техническим требованиям и не должен
иметь трещин, флокенов, расслоений, раковин и т. д. Ось поковки долж-
на примерно совпадать с осью слитка. В качестве материала для изготов-
ления ротора паровых турбин применяют углеродистую и низколегиро-
ванную стали: 40, 45, 35Н, 40Н, 40Х, 34ХМ, 34ХН1М, 34ХН2М, 34XH3M,
34ХНЗМФ, 20ХЗМВФ, 1Х12ВНМФ, ЭИ405, ХН35ВТ, ЭИ612К.
Заготовки валов и цельнокованых роторов подвергают испытаниям
для определения химического состава, остаточных внутренних напряже-
ний, механических свойств, включений и распределения серы и фосфора
(снятие серных отпечатков), флокенов, трещин и других пороков.
Термическую обработку вала или ротора производят в специальных
шахтных печах в вертикальном положении. Заготовку в зависимости от
материала подвергают нормализации и высокому отпуску или закалке
и высокому отпуску для придания di необходимых механических свойств.
5.3.3. Обработка деталей ротора
К механической обработке ротора предъявляют высокие требования.
Допустимые биения, мм:
Радиальные:
опорные шейки.................................... 0,01-0/115
бочки# диски цельнокованых роторов........... 0,03—0,05
ободы консольных дисков газовых турбин....... 0,03-0,05
втулки соединительных муфт...................... 0,015-0,02
другие элементы ротора........................... 0,05-0,08
Осевые,
торцы упорных дисков................................ 0,01-0,015
ободы дисков цельнокованых роторов............... 0,03-0,05
ободы насадных некоисольных дисков................ 0,1-0,2
ободы насадных консольных дисков ................ 0,04-0,08
втулки соединительных муфт................... 0,015-0,02
Технологический процесс механической обработки валов и роторов
зависит в значительной степени от их конструкции. Для большинства из
них последовательность операций такая.
1. Разметка поковки,
2. Подрезка горцов поковки и ее центровка.
233
3. Черновая обдирка поковки.
4. Черновая и получистовая обработка центрального отверстия.
5. Термообработка поковки.
6. Обрезка припусков для выполнения испытаний.
7. Черновая обработка наружных поверхностей.
8. Термообработка заготовки.
9. Чистовое растачивание центрального отверстия.
10. Получистовая обработка.
11. Тепловые испытания (рис. 5.11).
12. Чистовая обработка под шлифование.
13. Шлифование цилиндрических поверхностей.
14. Окончательная обработка осевых размеров, торцов, конусов,
резьб.
15. Разметка под фрезерование шпоночных пазов, замковых пазов и
пароразгрузочных отверстий.
16. Фрезерование шпоночных и замковых пазов.
17. Обработка пароразгрузочных отверстий.
Последовательность операций для типового технологического марш-
рута механической обработки дисков.
1. Черновая обработка поковки.
2. Термическая обработка заготовки.
3. Изготовление образцов и испытание механических свойств Мате-
риала.
4. Чистовая обработка втулочного отверстия и торцов ступицы диска.
5. Ультразвуковой контроль, травление и снятие серных проб.
6. Чистовая токарная обработка полотна диска и обода.
7. Обработка пазов под хвосты лопаток.
Рис 5.11. Тепловые испытания вала ротора
У -индикатор; 2 - стержень; 3 - держатель стержня; 4 — гибкая связь с
планшайбой; 5 ~ вал; 6 - верхняя часть электропечи; 7 - подшипник люнета;
8 - люнеты; 9 - нижняя часть электропечи; а, б, в - контрольные пояски в
месте Измерения индикатором
234
8 Обработка пароразгрузочных отверстий.
9. Долбление шпоночных пазов.
10. Обработка замковых гнезд.
При выполнении перечисленных механических операций определен-
ные требования препъявляются и к оборудованию. Например, черновые
и чистовые операции закрепляют за определенными станками. Перед ис-
пользованием на той или иной технологической операции мерительный
инструмент и технологическую оснастку контролируют измерительная
лаборатория и служба ОТК.
5.3.4. Сборка роторов турбин
Основной процесс сборки роторов заключается в установке и креп-
лении лопаток в пазах дисков или барабанов. Исходя из тяжелых усло-
вий работы в паровых турбинах лопатки должны плотно входить в пазы
и плотно прилегать друг к другу.
При сборке роторов паровых турбин выделяются следующие типо-
вые технологические операции.
1. Установка лопаток в пазах дисков или барабана.
2. Установка связующей проволоки в пакетах лопаток соответствую-
щих ступеней.
3. Установка бандажной ленты на соответствующих ступенях ротора.
4. Установка замковых лопаток в ступенях ротора.
5. Пайка серебряным припоем шипов лопаток и бандажной ленты.
6-Пайка связующей проволоки.
7. Пропаривание ротора перед очисткой флюса после дайки.
8. Очистка ротора и подготовка его к предъявлению ОТК и предста-
вителю заказчика.
9. Контрольная операция по проверке облопачивания и обандажива-
ния ротора. ►
10. Динамическая балансировка ротора и окончательная полировка
шеек под опорные подшипники и полировка упорного гребня упорного
подшипника.
Ротор передают на сборку с накладной о контроле механической об-
работки, заверенной ОТК. Паспорт с фактическими геометрическими
параметрами ротора представитель ОТК сборки подшивает в общий пере-
чень (формуляр машины) данного заводского номера и проекта. Комп-
лект рабочих лопаток расконсервируют и осматривают, убеждаясь в от-
сутствии механических повреждений. Сертификат на комплект лопаток
передается представителю ОТК сборки*.
В присутствии ОТК прокатывают первую лопатку по пазу диска или
барабана, затем устанавливают остальные рабочие лопатки. Плотность
прилегания хвостовиков лопаток друг к другу проверяют по краске в
процессе облопачивания каждой ступени ротора. Площадь следа краски
должна быть не менее чем 1—2 см2. При необходимости допускается при-
пиливание хвостовиков рабочих лопаток или промежуточных тел, при
этом контрольной поверхностью служит корытце последующей лопатки
235
или промежуточного гита. Последние 10-15
лопаток каждой ступени, а также замковую
лопатку устанавливают в присутствии пред-
ставителя ОТК, который проверяет качество
прилегания.
В процессе облопачивания ступени коитро-
Рис. 5.12. Обрабаты-
ваемые поверхности
лопатки
1 ~ вершины; 2 -
шипы
(рис. 5.12).
лируют радиальные навалы рабочих лопаток и
шаг лопаток каждой ступени. При необходимости
допускается применять лопатки и промежу-
точные тела с плюсовыми или минусовыми
припусками.
После облопачивания всех ступеней ро-
тор передают для протачивания вершин ло-
паток, шипов и утонений вершин на соответствующих ступенях
На сборке подготавливают бандажную ленту: разрезают ее на от-
дельные пакеты, размечают и обрабатывают отверстия под шипы рабочих
лопаток и вальцуют заготовки ленты по соответствующему радиусу
ступени.
После установки бандажной ленты и расклепки шипов рабочих лопа-
ток ротор вновь передают на токарную обработку для окончательной
проточки бандажной ленты в размер, указанный в чертеже. После пайки
шипов и связующей проволоки ротор пропаривают, очищают от флюса,
заусенцев, наплывов после пайки и предъявляют ОТК и представителю
заказчика. ОТК проверяет плотность прилегания хвостовйков рабочих
лопаток друг к другу и бандажной ленты к вершинам лопаток; отсутст-
вие механических повреждений на рабочих лопатках, заусенцев и наплы-
вов после пайки, трещин и сколов на шипах; величину фактических
радиальных и осевых навалов в каждой ступени ротора; наличие задан-
ных зазоров в стыках бандажной ленты между пакетами и зазоров меж-
ду стыками связующей проволоки. При помощи ультразвука проверяют
частоту собственных колебаний каждого пакета лопаток по всем
ступеням ротора и отсутствие трещин в сегментах связующей прово-
локи.
Принятый ОТК и представителем заказчика ротор передается на об-
щую сборку агрегата. Динамическая балансировка и полировка шеек
ротора выполняются после предварительной проверки осевых и радиаль-
ных зазоров в проточной части агрегата.
При длительном пролеживании ротор подвергается консервации.
На общую сборку ротор передается с паспортом и накладной,
подписанными ОТК. Клеймо приемки представителем заказчика ста-
вится на ротор после динамической балансировки и полировки
шеек перед закрытием агрегата для проведения стендовых испы-
таний.
236
। 5.3.5. Статическая и динамическая балансировка
Если Ось ротора не совпадает с главной центральной осью инер-
ции, то при Вращении возникают неуравновешенные центробеж-
ные силы, которые вызывают вибрацию ротора и создают дина-
мические нагрузки на опоры. Для устранения неуравновешен-
ности ротор подвергают балансировке — технологической опера-
ции, в процессе которой достигается более благоприятное рас-
пределение массы ротора за счет установки дополнительных гру-
зов на роторе или снятия некоторой массы с ротора. Различают
статическую и динамическую балансировку.
Статической балансировкой можно ограничиться лишь при-
менительно к детали типа диска, у которой отношение толщи-
ны Ъ к наружному диаметру D не превышает 0,2. К таким де-
талям в первую очередь относятся рабочие диски турбин. Целью
статической балансировки дисков и колес является такое распре-
деление их масс, при котором эти детали, установленные на гори-
зонтальные опоры (направляющие), сохраняли бы состояние по-
коя в любом положении.
Статическая балансировка не устраняет динамической неурав-
новешенности. Однако при малых значениях b можно пренебречь
моментом пары сил <21 * Ол (рис. 5.13). Эта пара сил возника-
ет вследствие того, что корректирующая масса в результате
статической балансировки может оказаться в разных плоскостях
с неуравновешенной массой т2. Силы Рх и Р2 на опорах оказы-
ваются небольшими.
Для статической балансировки применяют стенды с параллельными
горизонтально установленными направляющими 1 с различным профи-
лем поперечного сечения, на которые укладывают балансируемый диск 3
(рис. 5.14). Горизонтальное поло-
жение рабочих поверхностей
призм регулируется с помощью
установочных винтов 4. Если не
требуется большая точность балан-
сировки и балансируются нетяже-
лые детали, вместо параллельных
стендов с призмами можно исполь-
зовать роликовые приспособ-
ления.
Статическую балансировку вы-
полняют следующимобразом. С по-
мощью оправки 2 балансируемую
деталь устанавливают на стенд с
параллельными направляющими.
Если момент, создаваемый рав-
нодействующей неуравновешен-
ных масс, больше момента трения
Рис. 5.13. К статической балансировке
ротора г •
237
Рис. 5.14. Стенд для статической балансировки деталей (а) и профили
направляющих (б)
оправки о призмы параллельного стенда, деталь перекатится по призмам
и остановится в таком положении, при котором наиболее тяжелая часть
окажется внизу. Подбором грузов, укрепляемых на внешнем диаметре,
добиваются безразличного положения ее на призмах.
КакТ уже указывалось ранее, полученная масса корректирующего
груза справедлива при установке его на внешнем диаметре детали.
Если же корректирующий груз должен быть установлен на радиусе R,
то его масса
где М - масса корректирующего груза при установке его на внешнем
диаметре; г — радиус, на котором устанавливались корректирующие
грузы; R - радиус, на котором будет сниматься (или добавляться) урав-
новешивающий груз.
Наиболее часто на практике не устанавливают дополнительный груз,
а снимают металл, по массе равный найденному значению уравновеши-
вающего груза, но с противоположной стороны детали по диаметру.
Металл снимают механической обработкой на станках или вручную при
помощи абразивных инструментов. Некоторые конструкции балансируе-
мых деталей имеют специальный кольцевой бурт, с которого и снимают
в случае необходимости лишний металл.
238
В зависимости от размеров детали и частоты вращения уста-
навливается допуск на разбалансировку. Он выбирается из условий
безопасности и безаварийности работы детали турбины и рассчитывается
как допустимая центробежная сила, создаваемая неуравновешенной
массой.
Обычно у судовых машин допускается создаваемая неуравновеши-
вающими массами центробежная сила, равная 0,01—0,05 веса детали.
После статической выполняют динамическую балансировку. В на-
стоящее время существует много методов динамической балансировки
деталей ГТЗА и применяемого для этих целей оборудования (рис. 5.15).
Все методы основаны на нахождении массы и места расположения урав-
новешивающих грузов, которые создали бы центробелщый момент инер-
ции, равный по значению, но обратный по направлению, моменту, созда-
ваемому неуравновешенными массами. Так как идеально точный резуль-
тат получить практически невозможно, то оставшаяся неуравновешен-
ность не должна быть больше предельно допустимого значения, опреде-
ляемого при проектировании агрегата и зависящего от условий надеж-
ности и безопасности работы.
Известно, что динамическая неуравновешенность характеризуется
неравенством нулю центробежного момента инерции (рис. 5,Ь6). При
вращении неуравновешенной детали на нее будут воздействовать равно-
действующая всех неуравновешенных масс силаР и пара сил, создающая
центробежный момент инерции М. Равнодействующую можно предста-
вить в виде суммы двух сил Р} и Р2, а момент — в виде двух сил! i и£2,
действующих на плече I. Силы Pn Zi, Р2 и£2 перенесены соответстВен-
но в плоскости торцов I и II, перпендикулярные оси вращения детали.
Складывая в каждой из плоскостей действующие там силы, находят
равнодействующие Pi и Р2. Если же теперь в этих же плоскостях по-
местить какие-либо дополнительные грузы, которые при вращении дета-
ли создают центробежные силы, равные по значению и обратно направ-
ленные силам Rx и Р2, то цель динамической балансировки будет достиг-
нута.
Рис 5.15. Стенд для динамической балансировки деталей
1 - жесткие опоры; 2 - гибкие опоры; 3 — балансируемый ротор;
4 - быстроотключающаяся муфта; 5 - электродвигатель;' 6 — станина
239
Рис, 5.16. Силы и моменты, действующие на вращающую-
ся неуравновешенную деталь
Технология динамической балансировки ротора заключается в сле-
дующем.
Ротор укладывают в опоры подготовленного балансировочного стан-
ка, проверяют подачу смазки к подшипникам. Затем с помощью элек-
тродвигателя ротор приводят во вращение и разгоняют до частоты вра-
щения, превышающей резонансную на 20—30%, после чего с помощью
быстроотключающёйся муфты электродвигатель отключают, а ротор
продолжает вращаться по инерции. При первом разгоне ротора одна опо-
ра закрепляется, а вторая остается свободной.
При снижении частоты вращения ротора в какой-то момент частоты
его вращения и собственных колебаний свободной опоры совпадут;
амплитуда колебаний этой опоры окажется наибольшей.
При повторном аналогичном пуске зажимается другая опора и заме-
ряется резонансная амплитуда колебаний другого конца ротора. Значе-
ния амплитуд колебаний каждой опоры тщательно замеряют. По резуль-
татам первых пусков решают, с какого конца ротора начинать уравнове-
шивание. Обычно начинают с того конца, который имеет большую ампли-
туду колебаний.
Дальнейшая операция определения угла дисбаланса производится
методом обхода массой пробного груза. Масса пробного груза в общем
случае может быть выбрана произвольно. Рекомендуется для приблизи-
тельной оценки пользоваться соотношением №(100-^600) Х/г (Л) —
амплитуда колебания свободной опоры при резонансной частоте враще-
ния; г - радиус, на котором укрепляется масса пробного груза на балан-
сируемом роторе).
После установки корректирующих грузов на штатные места опреде-
ляют остаточный дисбаланс. Для этой цели выбирают массу контрольного
240
груза или из технических условий на балансировку, или равную удвоен-
ному допускаемому дисбалансу. Контрольный груз устанавливают по-
очередно сначала в одной плоскости расположения корректирующих
грузов, затем в другой (в каждой в нескольких, например восьми,
точках). При каждом положении контрольного груза ротор разгоняется
до частоты вращения выше резонансной нд 20—30 %, после чего свободно
вращается с обеими освобожденными опорами. При резонансной частоте
вращения замеряется амплитуда колебаний каждой опоры.
Остаточный дисбаланс ротора
g=k/(l+n),
где к — дисбаланс, вызванный контрольным грузом; п - отношение наи-
меньшей амплитуды колебаний опоры с контрольным грузом к амплит-
де колебаний опоры без груза при обеих освобожденных от стопоров
опорах.
Полученное значение остаточного дисбаланса сравнивают с предельно
допустимым и оценивают проведенную балансировку ротора.
Часто допустимый дисбаланс указывается в технических условиях
в грамм-сантиметрах. Как правило, эта величина должна быть такой,
чтобы развиваемая ею центробежная сила не превышала бы 0,5 % массы
ротора.
5.4. ИЗГОТОВЛЕНИЕ КОРПУСА И ДИАФРАГМ ТУРБИН
5.4.1. Конструкция и условия работы
Все неподвижные части турбины - корпус, направляющие аппараты
ступеней, диафрагмы, уплотнения, опорные и упорные подшипники,
арматура, изоляция, обшивка и т. д. — образуют ее статор.
В корпусе размещают направляющие аппараты ступеней: сопла или
сопловые коробки, направляющие лопатки, диафрагмы, уплотнения;
снаружи на корпусе крепят арматуру. В корпусе турбины предусмотре-
ны впускная и Выпускная полости; в активных турбинах каждая ступень
имеет камеру, или полость, в которой вращается рабочий венец. Корпус
судовой паровой турбины всегда выполняют с горизонтальным разъе-
мом для укладки ротора, вследствие чего он состоит из двух половин —
верхней (крышки) инижнеи.
Толщина стенок корпуса зависит от внутреннего (избыточного) дав-
ления пара, от диаметра ступеней и от применяемого материала (сталь-
ное или чугунное литье, сварные стальные конструкции). В корпусах
турбин толщина стенок обычно уменьшается по ходу пара в соответствии
с уменьшением давления пара от ступени к ступени.
Большая сложность конструктивной формы корпуса побуждает про-
ектировщика прибегать к расчленению сложной отливки (одной н дру-
гой половин корпуса) на несколько (две-три) отдельных отливок для
241
упрощения литья и повышения качества заготовки! Вследствие этого
корпус кроме горизонтального имеет один или несколько вертикальных
разъемов. Наиболее распространена конструкция, в которой части
корпуса турбины соединены на фланцах или при помощи болтов или
шпилек.
Горизонтальный разъем необходим для сборки и разборки турбины
(укладка и выем ротора, замена диафрагм и уплотнений, периодическая
ревизия проточной части и т. д.); вертикальные же разъемы с точки зре-
ния удобства сборки и эксплуатации не только не нужны, но даже
вредны. Место пересечения горизонтального и вертикального разъемов
образует так называемый крестовый стык, для уплотнения которого
принимают специальные меры.
В настоящее время, когда большинство корпусов турбин изготовля-
ется в виде стальных отливок, вертикальные фланцевые соединения
успешно заменяются электросваркой частей, что, естественно, упрощает
сборку и эксплуатацию механизма.
Внешние нагрузки, действующие на корпус турбины, представляют
собой весьма сложную систему и могут быть сведены к следующим:
— избыточное внутренне давление пара в последних ступенях и вы-
пускной полости турбины низкого давления (ТНД);
— избыточное наружное давление; зта нагрузка неравномерна по
длине корпуса и, кроме того, в одних и тех же полостях меняется при из-
менении режима работы агрегата;
— усилия от опорных реакций дифрагм, также переменных по длине
корпуса и при изменении режима работы агрегата;
— усилия от собственной массы ротора (передаваемое судовому
фундаменту через опорные подшипники);
— ^усилия от присоединения труб и ресиверов;
— тепловые нагрузки при расширении и сжатии корпуса в зависимо-
сти от режима эксплуатации, особенно при быстром пуске и при маневрах.
Действие внешних нагрузок усугубляется значительной сложностью
конструкции корпуса — наличием патрубков, фланцев, всевозможных
приливов и т. д. Вследствие этого существует исключительно большое
разнообразие конструктивных типов корпусов трубин. Тем не менее
возможно и уместно наметить некоторую их классификацию.
Корпуса турбин могут быть:
— с одним горизонтальным разъемом; с одним горизонтальным и
одним вертикальным; с одним горизонтальным и несколькими верти-
кальными; литые как одно целое со стульями подшипников; с отдельно
отлитыми стульями — одним или обоими — и с различными способами
выполнения этого соединения;
— с механическим соединением отдельных отливок корпуса; с со-
единением при помощи электросварки (кроме стульев подшипников,
присоединение которых должно обеспечивать свободу расширения про-
точной части);
— с общим корпусом для проточной части переднего и заднего хода;
с отдельными частями, заключенными в легкий сварной кожух;
242
— у ТНД и-'йставенными в-корпус главного конденсатора; установ-
ленными на конденсаторе; с подвешенным конденсатором; с кондесато-
ром, установленным рядом.
5.4.2. Материалы и заготовки корпуса
Мощность турбины влияет на габаритные размеры, а параметры
рабочей среды — на выбор марки материала, конструктивные формы и
толщины стенок корпуса.
При температурах рабочей среды 250—400° С для изготовления кор-
пуса турбины применяют углеродистую сталь марки ЗОЛ; при темпера-
турах до 500° С — хромоолибденовую сталь 20ХМЛ; при температурах
выше 500° С — стали с присадками ванадия и титана.
. Все корпуса из стального литья для перекристаллизации гоубой ’
литейной структуры проходят двукратный отпуск: первый при темпера-
туре 500° С и второй при температуре 600—650° С для снятия напряже-
ний, возникших при остывании отливки или при предварительной обра-
ботке.
Корпуса турбин, работающих при высоких температурах рабочей
среды, изготавливают сварно-литыми, причем сварными выполняют
патрубки входа и выхода, а иногда и части самого корпуса. Приварные
патрубки значительно облегчают отливку и повышают качество корпуса
турбины.
Корпуса турбин высокого давления (ТВД) в основном отливают
из нелегированных сталей с присадкой молибдена (0,4—0,6%), корпуса
турбин среднего и низкого давления — из углеродистых сталей. Корпуса
ТНД могут быть выполнены чугунными или комбинированными: впуск-
ная часть - стальной, а часть низкого давления - чугунной.
Качество отливки определяется на основании результатов химиче-
ского анализа плавки, механических испытаний, внешнего осмотра и об-
мера отливок. Отливки не должны иметь поверхностных дефектов
(трещин, пузырей, рыхлостей, пористости, усадочных раковин). Литей-
ные дефекты на обрабатываемых поверхностях допускаются в том слу-
чае, если их глубина не превышает 2/3 припуска на механическую обра-
ботку.
Технологическая последовательность и методы обработки корпусов
различны и зависят от конструктивных форм. Однако основная схема
и общая последовательность технологических приемов обработки литых
и сварно-литых корпусов разных конструкций в основном одинаковы.
Различие может состоять в последовательности процесса обработки в
пределах нескольких операций или в типе применяемого дЛя обработки
корпусов оборудования.
5.4.3. Требования к обработке корпусов турбин
Окончательно обработанные корпуса должны удовлетворять следую-
щим техническим требованиям:
243
— материал корпусов должен соответствовать марочному составу и
удовлетворять прочностным показателям;
— детали корпусов должны быть обработаны в соответствии с требо-
ваниями, указанными в Чертежах;
— обработка горизонтальных и вертикальных плоскостей разъема
должна обеспечить полную герметичность при рабочем давлении рабочей
среды; щуп 0,03 мм не должен проходить между сопрягаемыми плоско-
стями при зажатых болтах;
- несовпадение оси расточки корпуса с плоскостью горизонтального
разъема не должно превышать ±0,25 мм. Конусность и овальность раста-
чиваемых поверхностей не должны превышать половины допуска на диа-
метр расточки, кроме тех случаев, когда по техническим условиям уста-
новлен более жесткий допуск;
- отклонение от перпендикулярности торцевых поверхностей (в про-
точной части корпуса) к оси расточки не должно превышать 0,4 мм на
длине торца.
Обработка корпуса турбины организуется таким образом, чтобы
плоскость разъема верхней и нижней половин была главной базовой по-
верхностью и чтобы ось расточки лежала в плоскости разъема.
В зависимости от конструкции корпуса растачивают на горизонталь-
но-расточных или токарно-карусельных станках. Большая точность до-
стигается при растачивании корпусов в сборе на горизонтально-расточ-
ном станке. Однако это не всегда возможно йз-за большой разницы в
диаметрах средней и концевых частей корпуса. В этих случаях растачива-
ние корпусов ведут на карусельных станках по частям.
Радиальные размеры обрабатываемых поверхностей контролируют
жесткими или микрометрическими штихмасами, а осевые — при помощи
микрометрического устройства. Размеры радиальных пазов проверяют
скобами и шаблонами.
5.4.4. Обработка корпуса турбины
Если корпус турбины состоит из отдельных частей, их предваритель-
ную механическую обработку выполняют раздельно. Окончательно обра-
батывают места стыкования по разъемам, предварительно с припуском
3—5 мм — плоскости горизонтального разъема деталей корпусов. Чисто-
вое растачивание корпусов выполняют совместно.
При креплении на столе станка перед обработкой, а также под влия-
нием внутренних' напряжений и усилий резания корпуса турбин могут
деформироваться и изменять свою геометрическую форму. Чтобы избе-
жать этого, процесс обработки корпуса делят на предварительную и чи-
стовую обработку.
Операции механической обработки корпусов могут происходить
в такой последовательности.
Предварительная обработка.
1. Подготовка отливок корпуса к механической обработке. Дробе-
струйная очистка отливок корпуса. Осмотр и устранение дефектов в
отливках.
244
в2"; Разметее’плвккостей разъема отливок корпуса.
3. Предварительная обработка плоскостей разъема с припусками.
4. Разметка отверстий на плоскостях горизонтального разъема под
сверление.
5. Предварительное сверление отверстий на плоскостях горизонталь-
ного разъема.
6. Сборка корпуса для предварительного растачивания.
7. Предварительное растачивание корпуса.
8. Выявление дефектов отливок внешним осмотром и устранение
дефектов заваркой.
9, Гидравлическое испытание рабочих полостей отливки.
10. Термообработка для снятия внутренних напряжений.
Чистовая обработка.
.1. Очистка отливки после термообработки и проверка механических
свойств материала.
2. Разметка под обработку горизонтальных и вертикальных разъемов.
3. Механическая обработка плоскостей горизонтальных и вертикаль-
ных разъемов.
4. Сверление отверстий на плоскостях разъема и нарезание резьбы.
5. Сборка корпуса под расточку.
’ 6. Растачивание корпуса в сборе.
F 7. Разметка и обработка всех деталей и фланцев, установленных на
корпусе турбины.
8. Гидравлические испытания рабочих полостей корпуса.
5.4.5. Обработка и сборка диафрагм
По назначению диафрагмы разделяются на промежуточные, отделяю-
щие одну активную ступень от другой и несущие направляющий аппарат
ступени, и разделяющие, отделяющие полости переднего хода от поло-
стей заднего. Каждая диафрагма имеет разъем по оси Вала.
Промежуточные диафрагмы по конструкции и способу изготовления
могут быть весьма разнообразны. Наиболее часто встречаются наборные,
сварные, литые (рис. 5.17).
В период работы диафрагмы испытывают температурные напряже-
ния, напряжения от колебаний направляющих лопаток, а также напряже-
ния вследствие перепада давлений перед и за ступенью. Температурные
условия могут изменяться в самых широких пределах. Направляющие
лопатки и тело диафрагмы первых ступеней подвергаются воздействию
температур 250—600° С, а последних ступеней — 40-60° С.
Диафрагмы изготовляют из стали марок 15, 20, 15ХМА, 20ХМ,
15Х1МФ, 25Л, ХПЛ-А.
Окончательно обработанные диафрагмы, независимо от конструк-
тивного исполнения, должны удовлетворять следующим техническим
требованиям:
— соединение лопаток с ободом и полотном диафрагмы должно
обеспечивать жесткость и прочность конструкции в целом;
245
- - раэмерт'-еогЙойых 'кана-
лов должны соответствовать
требованиям чертежа;
— площади проходных сече-
ний сопловых каналов не долж-
ны отличаться от теоретических
более чем на ± 3 %;
— выходные кромки всех
направляющих лопаток долж-
ны лежать в одной плоскости;
отклонение от плоскости допу-
скается не более ± 1 мм;
— отклонение суммарной
площади проходных сечений
всех сопловых каналов не долж-
но превышать +2 (—3) % от
теоретического;
— наружный и внутренний
диаметры диафрагмы должны
быть концентричны по отноше-
нию к среднему диаметру;
— поверхности сопловйх
каналов должны быть чистыми
и не иметь наплывов от сварки
Рис. 5.17. Типы диафрагм: а - литая; б- и каких-либо дефектов;
сварная; в - наборная — при испытании конструк-
1 -^полотно; 2 - лопатки; 3 - обод ции диафрагмы на прогиб стрел-
ка прогиба должна находиться
в пределах допусков, оговоренных в чертеже; остаточные деформации
не допускаются.
Типовой маршрут механической обработки литой чугунной диафраг-
мы следующий.
1. Очистка литой дифрагмы от формовочной земли и пригаров,
проверка отливки наружным осмотром.
2. Разметка двух половин диафрагмы для предварительной раздель-
ной обработки плоскостей разъема диафрагмы.
3. Предварительная обработка диафрагмы.
4. Исправление дефектов литья и термическая обработка для снятия
внутренних напряжений. т
5. Чистовая обработка плоскостей разъема диафрагмы с последую-
щим их шабрением.
6. Обработка шпоночных каналов и установка шпонок на разъемах
диафрагмы.
7. Чистовая обработка диафрагмы.
8. Разметка и слесарная обработка поверхностей сопловых каналов,
9. Испытание дифрагмы на прогиб.
Технологический процесс изготовления литой стальной диафрагмы
мало отличается от технологического процесса изготовления литой
246
чугунной. Отличие состоит в том, что перед началом механической обра-
ботки литую стальную диафрагму отжигают, а после предварительной
обработки подвергают нормализации.
Сварные диафрагмы за последнее время нашли широкое применение
в судовом турбостроении и используются в основном для высоких пара-
метров пара. Объясняется это хорошими прочностными характеристи-
ками сварных диафрагм и большой степенью надежности их в процессе
работы.
Маршрут изготовления сварной диафрагмы следующий.
1. Изготовление обода и полотна диафрагмы; заготовками могут
служить листовая сталь и поковки.
2. Изготовление верхней и нижней бандажных лент с вальцовкой
нужных диаметров.
3. Сборка бандажных лент с лопатками, предварительная и оконча-
тельная сварка их с бандажами; лопатки для сварных диафрагм изго-
товляются по чертежам для каждой диафрагмы.
4. Сварка обандаженных лопаток с ободом и полотном диафрагмы.
5. Механическая обработка диафрагмы.
6. Испытание диафрагмы на прогиб.
Все диафрагмы подвергаются испытанию на прогиб с целью провер-
ки прочности и жесткости соединения обода и полотна диафрагмы по-
средством лопаток. Критерием оценки диафрагмы при испытаниях на
прогиб является величина стрелки прогиба, которая зависит от паровой
нагрузки, возникающей при работе диафрагмы в натурных условиях.
При испытаниях в цехе нагрузка заменяется сосредоточенной силой
(рис. 5.18).
Вид сверху
Рис. 5.18. Испытание диафрагмы на прогиб
1 — опорные колонки; 2 — металлические прокладки; 3 — диафрагма;
нагрузочный шток; 5 — нагрузочная плита; 6 — прокладки' 7 — стенд;
индикаторы; 9 — точки установки индикаторов
247
Диафрагма проходит испытание на 100 и 150 %-ю нагрузку, а в неко-
торых случаях и на большую. Испытание начинают с пробного обжатия.
Дают 100 %-ю нагрузку на диафрагмы и записывают показания индикато-
ров. Если стрелка прогиба не превышает расчетной, то нагрузку увеличи-
вают и производят пробное обжатие при 150 %-й нагрузке. После записи
показаний индикаторов нагрузку снижают, дают выдержку и опять запи-
сывают показания индикаторов. Если стрелка прогиба не превышает рас-
четной, а остаточная деформация не превышает предельно допустимых
значений, приступают к сдаточным испытаниям диафрагмы-
В процессе сдаточных испытаний выдерживается нагрузка в размере
100 и 150% расчетного значения, Если стрелка прогиба и остаточная
деформация не выходят из пределов допуска для данной диафрагмы, то
испытания считаются законченными.
5-5. ОБЩАЯ СБОРКА ТУРБИНЫ
Значительная доля трудоемкости изготовления ГТЗА приходится
на слесарносборочные, пригоночные и сварочные работы. Например,
в среднем и крупном турбостроении трудоемкость, приходящаяся на
эти работы, достигает более 50% общей трудоемкости изготовления
агрегата.
Слесарносборочные работы выполняют в механосборочном цехе.
Обычно механосборочный цех имеет стенды, на которых изготовленные
турбозубчатые агрегаты проходят испытания-
Слесарно-сборочные работы требуют высокой квалификации рабо-
чих-турбостроителей (средний разряд - четвертый, пятый). Применение
сложной технологической оснастки — также характерная черта слесарно-
сборочных работ при изготовлении ГТЗА. '
5.5.1. Центровка корпуса турбины
Центровка корпуса турбины является одной из основных и ответст-
венных операций при сборке ГТЗА (рис. 5.19).
Можно выделись предварительную и окончательную центровку кор-
пуса турбины. Предварительная центровка в основном заключается
в окончательном закреплении (фиксировании) вертикальных разъемов
частей корпуса.
Перед центровкой должна быть полносЛю выполнена и проверен?
ОТК механическая обработка внутренних рабочих мест корпуса турбины
На сборку корпус передается с накладной, подписанной ОТК, полностью
укомплектованной штатным крепежом по горизонтальному разъему,
установочными болтами и другими съемными деталями, которые преду-
смотрены чертежом.
Можно выделить две основные конструкции корпусов турбин, кото-
рые накладывают отпечаток на технологический процесс сборки. К первой
относятся турбины, у которых корпус опорно-упорного подшипника
248
Рис. 5.19. Центровка корпуса турбины
oitl — сборочная плита; 2 - стойки; 3 — клиновые домкраты; 4 - винтовые
•домкраты; 5 — корпус турбины; 6 — контрольный вал; 7 — корпус подшип-
ника; I, II, III, IV — места замеров
выполнен как одно целое с проточной частью, ко второй - турбины,
у которых корпус опорно-упорного подшипника и корпус проточной
части изготовлены раздельно.
Центровка корпусов турбин первой конструкции заключается в том,
что на одной технологической операции выполняется как предваритель-
ная, так и окончательная центровка. Последовательность операций цент-
ровки.
1. Проверка комплектности корпуса и отсутствия механических
повреждений расточек и фланцев вертикальных разъемов.
2. Разборка частей корпуса по горизонтальному разъему, проверка
качества механической обработки фланцев горизонтального разъема.
3. Установка нижних частей корпуса на сборочном стенде-плите на
домкраты.
4. Проверка паспортных данных оправки, используемой для цент-
ровки корпуса турбины. Паспорт оправки должен быть подписан и про-
верен ОТК и измерительной лабораторией цеха или завода.
5. Установка оправки в базовые расточки (расточки под подшип-
ники или под концевые уплотнения) и совмещение оси оправки с осью
базовых расточек.
6. Совмещение оси остальных расточек корпуса с осью оправки
и осью базовых расточек при помощи домкратов.
Л 7. Проверка плотности прилегания плоскостей фланцев вертикаль-
ных разъемов в нижней части корпуса турбины.
249
8. Сверление и развертка отверстий под установочные болты во
фланцах вертикального разъема в нижней части корпуса переносным
сверлильным станком.
9. Установка призонных болтов и штатного крепежа по фланцам
вертикальных разъемов в нижней части корпуса турбины в присутствии
ОТК. Сдача корпуса турбины ОТК.
10. Сборка верхней части корпуса с нижней по горизонтальному
разъему.
11. Повторение операций 8 и 9 для верхней части корпуса турбины.
12. Съем верхней части корпуса турбины. Передача нижней части для
центровки опорных вкладышей.
Паспорт фактических размеров центровки корпуса передают в ОТК
сборки для подшивки в дело агрегата данного заводского номера.
Если корпус турбины изготовлен по второй схеме, то вначале выпол-
няется предварительная центровка, состоящая из тех же операций, осу-
ществляемых в той же последовательности, что и описанная выше. Одна-
ко центровка корпуса на этом не закончена. Необходимо прицентровать
корпус опорно-упорного подшипника и корпус проточной части турбины
следующим образом.
1. Проверка плоскости прилегания гибкой опоры к плоскости кор-
пуса проточной части турбины. При необходимости шабрение.
2. Закрепление гибкой опоры на корпусе турбины. Щуп 0,05 мм не
должен проходить между корпусами турбины и фланцем гибкой опоры.
Качество крепления гибкой опоры к плоскости корпуса турбин прове-
ряет ОТК.
3. Установка корпуса турбины с гибкой опорой на сборочном стенде.
Прилегание гибкой опоры к сборочному стенду проверяют щупом.
Щуп CF,1 мм не должен проходить между сборочной плитой и опорной
площадью гибкой опоры в свободном состоянии. При необходимости
прищабривают опорную площадь гибкой опоры. Корпус турбины уста-
навливают на домкраты и предъявляют ОТК.
4. Установку корпуса опорно-упорного подшипника на сборочном
стенде в специальное приспособление, позволяющее перемещать его в
различных направлениях. Допускается окончательная пригонка шпоноч-
ных пазов в корпусе турбины и корпусе опорно-упорного подшипника
до установки их на сборочном стенде. Непараллельность всех стенок
шпоночного паза не более 0,02 мм на всей длине паза. Пригонку шпоноч-
ных пазов предъявляют ОТК. Допускается пригонка шпоночных пазов
на сборочном стенде после установки корпусов. в<
5. Установка оправки в расточки опорных подшипников и совмещег
ние ее с осью расточек.
6. Проверка фактических размеров центровки по остальным расточ-
кам корпуса турбины и корпуса опорно-упорного подшипника. При не-
обходимости совмещают оси расточек за счет перемещения корпуса тур-
бин при помощи домкратов и корпуса опорно-упорного подшипника при
помощи приспособления. Если размеры а, бив (см. рис. 5.19) уложит
лись в пределы допусков по всем расточкам корпуса, замеряют
250
фактические размеры шпоночных пазов в по размерам сборки оконча-
тельно обрабатывают горизонтальные шпонки в лапах корпуса турбины
и корпуса опорно-упорного подшипника.
7. Установка шпонки на место в присутствии ОТК. Шпонки должны
входить в шпоночные пазы свободно, без заедания. Непараллельность
сторон шпонки не более 0,02 мм по всей длине шпонки.
8. Установка дистанционных шайб стопорных гаек. Через опорные
лапы корпуса турбины и отверстия в горизонтальных шпонках в опор-
ные лапы корпуса опорно-упорного подшипника ввертывают специальные
вертикальные шпильки, устанавливают дистанционные шайбы, наверты-
вают гайки, оставив гарантированный зазор между плоскостью горизон-
тальной лапы корпуса и плоскостью дистанционной шайбы в пределах
0,06—0,08 мм. Гайки застопоривают. Установку дистанционных шайб и
стопорных гаек предъявляют ОТК.
9. Установка временных прокладок между зазорами нижней фигур-
ной шпонки. Прокладки прихватывают электросваркой. Отсоединяют
фигурную шпонку от корпуса опорно-упорного подшипника.
Далее корпус турбины передают на механический участок.
10. Сверление и развертка отверстия в фигурной шпонке. Замеряют
фактический диаметр развернутого отверстия и изготовляют по замерен-
ному диаметру специальный вертикальный штырь.
I Корпус турбины передают на сборку.
11. Установка корпуса турбины на сборочный стенд. Повторяют опе-
рации 7 и 8. В присутствии ОТК устанавливают специальный штырь
в отверстие фигурной шпонки, закрепляют его. Фиксируют фигурную
шпонку на корпусе опорно-упорного подшипкника.
12. Установка оправки на базовые расточки. Проверяют фактические
размеры а, бив (см. рис. 5.19) по всем расточкам статора. Предъявляют
корпус турбины ОТК.
ОТК заполняет паспорт центровки корпуса турбины и передает его
в дело агрегата.
5.5.2. Прицентровка опорных вкладышей
Опорные подшипники являются ответственным конструктивным
узлом судовой турбины. Они воспринимают нагрузку от массы ротора,
испытывают значительные температурные напряжения и напряжения от
вибрации корпуса. Наибольшее применение в судовых турбинах в
настоящее время получили самоустанавливающиеся опорные подшип-
ники.
Опорные подшипники состоят их двух конструктивных деталей —
корпуса подшипника и вкладышей, залитых антифрикционным спла-
вом — баббитом.
Вкладыши подшипников, прошедшие механическую обработ-
ку, должны удовлетворять следующим техническим требова-
ниям:
251
— поверхности вкладыша по наружному и внутреннему диаметрам
должны быть концентричны; отклонение от концентричности должно
быть не более 0,02—0,04 мм;
- отклонение от перпендикулярности торцов вкладыша к оси цилин-
дрической поверхности допускается не более 0,05 мм;
- поверхность разъема и ось наружного посадочного диаметра вкла-
дыша должны лежать в одной плоскости;
- разностенность в слое баббита не должна превышать 0,1-0,3 мм
в зависимости от толщины слоя.
Вкладыши подшипников, поступающие на сборку, должны быть
укомплектованы: штатным крепежом по горизонтальному разъему,
отжимными болтами, рымами для подъема верхней половинки, сфери-
ческими подушками (самоустанавливающиеся вкладыши), заготовками
сменных прокладок под сферические подушки, маслоотбойными коль-
цами.
Наиболее сложной с технологической точки зрения является при-
центровка самоустанавливающихся вкладышей (рис. 5.20). Перед при-
центровкой пригоняют и устанавливают в расточки корпуса шаровые
обоймы (опоры) в таком порядке.
1. Осматривают посадочные места расточек корпуса и шаровь^т
обойм. При необходимости зачищают заусенцы, забоины и т. п.
2. Проверяют плотность прилегания шаровых обойм к расточку
корпуса: шаровая обойма должна свободно прокатываться в расточках
корпуса и крышек; след краски на поверхности обоймы должен быть
не менее чем на 90 % всей поверхности замка обоймы в верхней и ниж-
ней частях.
3. Предъявляют шаровые обоймы ОТК и закрепляют их в расточках.
4. Проверяют отсутствие натяга по разъему шаровых обойм. При не-
обходимости пришабривают разъем шаровых обойм. Предъявляют обойг
мы ОТК.
После этого переходят непосредственно к прицентровке вкладышей.
Рис. 5.20. Центровка вкладышей
1 — контрольный вал; 2 — вкладыши; I, II, III, IV — места
замеров
252
1. Устанавливают нижние половинки вкладышей в корпус турбины
на шаровые обоймы. Проверяют плотность прилегания сферических по-
душек к внутренней поверхности шаровых обойм: на поверхности сфе-
рических подушек должно быть не менее одного-двух пятен краски на
1 см2. При необходимости поверхности сферических подушек в верхней
и нижних частях вкладышей пришабривают. Сферические подушки
предъявляют ОТК.
2. Укладывают на нижние половинки вкладышей контрольную
оправку - фальш вал, проверяют прилегание шеек оправки к нижним
половинкам вкладышей: след краски должен быть не менее чем на 90 %
длины вкладыша. Допускается исправлять прилегание за счет пришабри-
вания баббита вкладышей, но в пределах указанной выше разностенно-
сти. Целесообразнее пришабривать поверхности сферических подушек.
Качество прилегания опорных шеек оправки к вкладышам контроли-
рует ОТК.
3. При помощи оправки, уложенной на нижние, половинки вклады-
шей, проверяют фактические размеры а, б ив по всем расточкам корпу-
са турбины (см..рис. 5.19). Если размеры выходят за пределы допуска,
указанного в чертеже, смещают нижние половинки вкладышей за счет
смены прокладок под сферическими подушками. Допускаются шлифов-
ка прокладок (уменьшение их толщины или установка новой прокладки
увеличенной толщины). При помощи прокладок добиваются равных
фактических замеров а, б и в по всем расточкам корпуса турбины.
4. Если фактические размеры а, б и в равны между собой или укла-
дываются в пределы допусков, указанных в чертеже, вкладыши предъ-
являются ОТК.
5. Снимают оправку, вынимают нижние половинки вкладышей,
собирают верхние и нижние половинки вкладышей друг с другом. Укла-
дывают вкладыши в корпусе турбины.
6. На сферическую подушку верхней половинки вкладышей поме-
щают свинцовую проволоку. Устанавливают на место крышки подшип-
ников. Обжимают горизонтальный разъем крышек подшипников и
предъявляют их ОТК; щуп 0,03 мм не должен проходить по разъему.
Снимают крышки подшипников, замеряют толщину свинцовых отти-
сков, между поверхностью сферической подушки и поверхностью шаро-
вой обоймы должен быть гарантированный зазор, указанный в чертеже.
При отсутствии зазора пришабривают порерхность сферической подушки.
Повторяют операцию 6. Толщину свинцовых оттисков проверяет
ОТК. Данные центровки вкладышей заносят в паспорт турбины.
7. Снимают оправку с корпуса турбины. Вынимают нижние поло-
винки вкладышей. Собирают верхние и нижние половинки вкладышей.
Разделывают и проверяют по шаблонам охладители масла. За счет снятия
баббита в верхних половинках вкладышей обеспечивают масляный зазор
во вкладышах.
Разделку охладителей масла и масляный зазор предъявляют ОТК
после динамической балансировки ротора и окончательной полировки
шеек ротора.
253
Подготавливают к сдаче ОТК приспособление для выкатывания
вкладышей. Укомплектовывают вкладыши маслоконтрольными прибо-
рами, микрометрами. Пригоняют и подготовляют к сдаче ОТК контроль-
ные скобы для проверки просадки шеек ротора.
Перечисленные работы по сборке турбины окончательно сдают ОТК
после проверки зазоров в проточной части и сборки упорного подшип-
ника.
5.5.3. Центровка диафрагм в корпусе турбины
Диафрагмы поступают на сборку окончательно механически обрабо-
танными и укомплектованными боковыми вертикальными шпонками,
осевыми штифтами, шпонкой по горизонтальному разъему, прижимны-
ми шпонками для крепления верхних половин к крышке корпуса и заго-
товками нижних штифтов или шпонок.
Перед центровкой необходимо проверить качество горизонтальных
разъемов всего комплекта диафрагм. Для этого нижнюю половину диа-
фрагмы располагают в вертикальном положении и на нее устанавливают
верхнюю половину. В свободном состоянии щуп 0,05 мм не должен про-
ходить по горизонтальному разъему диафрагмы. Качество прилегания
проверяет ОТК. ,
Центровку диафрагм в корпусе (рис. 5.21) выполняют в такой
последовательности. >
1. В глухие отверстия диафрагм со стороны входа пара запрессовы-
вают осевые штифты.
2. Осевые штифты припиливают по длине в размер с учетом ширины
расточки под соответствующую диафрагму. При припиливании выдер-
живается зазор в пределах 0,1—0,2 мм для обеспечения теплового
Рис. 5.21. Центровка диафрагмы, а - контроль размеров а, б, в с помощью
контрольного вала; б - контроль размеров h и hx с помощью линейки
254
расширения диафрагмы. Фактический зазор между осевыми штифтами и
расточкой под диафрагму контролирует ОТК.
3. В корпус турбины укладывают нижние половины опорных вкла-
дышей. Устанавливают в расточку одну из диафрагм. Укладывают на
вкладыши оправку и проверяют фактические размеры а, бив.
4. Припиливая торцы вертикальных боковых шпонок и Передвигая
диафрагму в бортовом положении, добиваются равенства размеров а, б
и в. Перед укладкой диафрагмы в расточку надо установить в нижней
части расточки корпуса фальшивую шпонку.
5. Замеряют фактические размеры нижней шпонки при равенстве
размеров а, б, в.
Передают заготовку на механический участок, указав фактические
размеры нижней части шпонки. Заготовку шпонки фрезеруют в задан-
ный размер по замерам сборки.
6. Устанавливают на место и закрепляют нижнюю шпонку. Устанав-
ливают в расточку диафрагму. Укладывают на опорные вкладыши
оправку. Замеряют фактические размеры а, бив. Предъявляют прицент-
рованную диафрагму ОТК.
7. Снимают оправку с корпуса турбины. Устанавливают на разъем
корпуса турбины мерные столбики или призмы и укладывают на них
контрольную линейку.
8. Замеряют размеры h и hi со стороны правого и левого бортов.
Вычисляют разность h — hi для последующей центровки верхних поло-
винок диафрагм. Предъявляют ОТК.
Если h - hi - положительная величина, то разъем диафрагмы высту-
пает за разъем корпуса турбины (нижняя половина), если h t - h — отри-
цательна, разъем диафрагмы ниже разъема корпуса турбины. При цент-
ровке диафрагмы в верхней части корпуса необходимо на соответствую-
щих ступенях выдержать ту же разность по абсолютной величине, но с об-
ратным знаком.
Для центровки других ступеней диафрагм повторяют операции 1—8.
После центровки диафрагм в нижней половине корпуса аналогично
выполняют центровку диафрагм в верхней части корпуса. Контрольную
оправку устанавливают в расточках под уплотнения.
Данные центровки диафрагм заносят в паспорт турбины. Проверяют
крепление верхних половин диафрагм в верхней части корпуса турбины.
Прицентрованные диафрагмы очищают, подготавливают к закрытию и
укладывают на специальный стеллаж.
5.5.4. Укладка ротора в корпусе турбины и выверка по осевым и
радиальным зазорам
Укладкой ротора в корпус турбины и выверкой по осевым и ради-
альным зазорам практически завершается сборка турбины. Перед уклад-
кой ротора и выверкой по зазорам должны быть выполнены следующие
работы: собран ротор; прицентрованы корпуса турбины, опорные вкла-
дыши, диафрагмы; предварительно собран упорный подшипник; набраны
255
сегменты уплотнений в диафрагмах, концевые уплотнения и собраны
маслозащитные кольца; собран механизм осевой передвижки ротора;
подготовлены к установке на штатные места различные контрольные
устройства и приборы; прицентрованы запасные вкладыши и подготов-
лены к проверке и сдаче ОТК все приспособления и инструмент.
Корпус турбины тщательно очищают от грязи и посторонних предме-
тов Со сборочного стенда убирают все, что не имеет отношения к данно-
му агрегату. Тщательно осматривают и очищают от консервации ротор,
подготавливают весь комплект деталей и узлов турбины в такой после-
довательности
1. В корпус турбины и крышку устанавливают и закрепляют диаф-
рагмы.
2. Устанавливают на место нижние половинки опорных вкладышей.
3. Ротор опускают в корпус турбины на штатные опорные вкладыши.
4. Ставят на место механизм осевого перемещения ротора.
5. Перемещая ротор в осевом направлении, устанавливают базовый
осевой зазор—осевой зазор между сопловым аппаратом и рабочими
лопатками первой ступени.
6. Замеряют все осевые зазоры по всем элементам турбины и зано- ;
сят их значения в формуляр.
7. Сравнивают фактические осевые зазоры с чертежными. Если зазо-
ры, замеренные в районе горизонтального разъема, совпадают с чертеж- i
ными, то приступают к сборке упорного подшипника — фиксированию
ротора в корпусе турбины. Если замеренные зазоры не совпадают с чер-
тежными, то, перемещая ротор в корму или нос, находят наиболее удоб- ,
ное осевое положение ротора, т. е. такое, при котором исправление зазо-
ров сводится к минимуму.
бсевые зазоры могут быть исправлены последующей проточкой на i
токарном станке осевых „усов” бандажной ленты ротора на тех или |
иных ступенях или за счет передвижки в сторону выхода рабочего тела '
той или иной диафрагмы. Диафрагма в этом случае протачивается со сто-
роны выхода рабочего тела с последующей установкой и пригонкой но-
вых осевых штифтов. В выписке из формуляра указывается, на какой (
ступени ротора или диафрагмы и в каком объеме требуется дополнитель-
ная механическая обработка.
8 Не передвигая ротора, проверяют по краске посадку корпуса
упорного подшипника в расточке корпуса опорно-упорнбго подшипни-
ка" след краски на поверхности корпуса упорного подшипника должен
быть не менее чем на 80% всей поверхности. При необходимости допу-
скается припиливание поверхности корпуса упорного подшипника.
Аналогично пригоняют верхнюю половину корпуса опорно-упорного
подшипника. Пригонку проверяет ОТК
9 Корпус упорного подшипника устанавливают на место и уклады-
вают упорные колодки подшипника, которые предварительно собраны
в обоймах (обойма состоит из двух разъемных половин)
10 Упорные колодки плотно прижимают к упорному гребню ротора :
и корпус подшипника подвигают в осевом положении до упора
256 ;
в подпятники упорных колодок с кормовой или носовой стороны
турбины в зависимости от вида агрегата (турбина высокого или низкого
давления).
11. Замеряют толщигу двух установочных колец корпуса упорного
подшипника (зазор между гребнем упорного подшипника и расточкой
корпуса опорно-упорного подшипника в кормовой и носовой частях
расточки). Одновременно замеряют толщину кольца, обеспечивающего
заданный осевой разбег (осевое перемещение) ротора.
Заготовки передают на механический участок для окончательной
обработки (шлифовки) всех трех установочных колец, указывая резуль-
таты замеров.
12. После шлифовки кольца устанавливают на место и проверяют
фактическое осевое перемещение ротора. Если осевое перемещение рото-
ра не соответствует значению, указанному в чертеже, заменяют разбего-
вое установочное кольцо.
13. При зафиксированном в корпусе турбины роторе проверяют
радиальные зазоры в проточной части корпуса и других расточках в рай-
оне горизонтального разъема. Затем с помощью свинцовых оттисков,
закрывая крышку турбины, проверяют радиальные зазоры в диаметраль-
ной плоскости турбины. Допускается исправлять радиальные зазоры
в проточной части (зазоры меньше допустимых) за счет проточки „усов”
бандажной ленты.
После проверки осевых и радиальных зазоров при необходимости
ротор и диафрагмы передают на механическую обработку для исправле-
ния в соответствии с выпиской из формуляра агрегата.
14. После исправления диафрагмы и ротор вновь устанавливают на
место, собирают упорный подшипник и предъявляют ОТК. ОТК замеряет
и заносит в формуляр машины фактические осевые и радиальные зазоры
по всем элементам кроме осевых и радиальных зазоров по концевым
уплотнениям и маслоотбойным кольцам. Формуляр передают в дело ма-
шины.
5.5.5. Сборка и пригонка концевых обойм уплотнений и маслоотбойных
колец
Обоймы концевых уплотнений и маслоотбойных колец поступают на
сборку после механической обработки. Замок окончательно обрабатыва-
ют после предварительных замеров осевых зазоров по сегментам уплотне-
ний. Прежде чем установить обоймы уплотнений на место, необходимо вы-
полнить предварительную сборку, которая заключается в следующем.
1. Проверяют установку сегментов уплотнений в расточки обоймы.
2. Припиливают торцы сегментов уплотнений и проверяют плотность
их прилегания друг к другу: зазор между стыками сегментов не допу-
скается, щуп 0,05 мм не должен проходить между стыками.
3. Обеспечивают заданный зазор между сегментами в верхней и ниж-
ней половинках относительно горизонтального разъема обоймы, кото-
рый необходим для теплового расширения сегментов уплотнений.
93ак. 2165 257
4. Устанавливают прижимные пластинчатые пружины .и -сегменты
уплотнения в расточки обоймы и проверяют радиальное перемещение
сегментов в расточках. Перемещение должно быть свободным, без
заеданий. Возврат сегментов в исходное положение должен осущест-
вляться за счет прижимных пластинчатых пружин.
5. Закрепляют сегменты уплотнений по горизонтальному разъему
в верхней половине обоймы стопорными планками.
6. Сегменты маслооборотных колец запрессовывают в расточки
обойм или приклепывают красномедными заклепками к специальным
буртикам обоймы.
Результаты всех шести переходов сборочной операции должны быть
проверены ОТК. После проверки осевых и радиальных зазоров турбины
ОТК осуществляют дальнейшую пригонку обойм. Специальным шабло-
ном или приспособлением имитируют установку обоймы в расточки кор-
пуса, одновременно обеспечивая заданные осевые зазоры в уплотнениях
путем перемещения шаблона или приспособления в осевом направлении.
При этом окончательно определяют фактическое положение и размер по
замку посадочного места обоймы в расточке корпуса турбины.
Обоймы передают на механическую обработку, где замок каждой
обоймы обрабатывают по замерам сборки, и после этого окончательно
собранные обоймы устанавливают в корпус турбины.
ОТК проверяет и заносит в формуляр фактические размеры осевых
зазоров в концевых уплотнениях.
После этого проводят последнюю операцию по контролю радиальных
зазоров турбины - проворачивание ротора. Цель операции - проверить
радиальные зазоры по всем сегментам уплотнений как в обоймах уплот-
нений, так и в диафрагмах.
Рбтор вынимают из нижней части корпуса и места соприкосновения
с сегментами уплотнений покрывают краской. Ротор вновь укладывают
в нижнюю часть корпуса (на вкладышах имитируется при помощи бума-
ги масляный зазор), устанавливают на место все крышки турбины.
Обжимают и предъявляют обжатие горизонтального разъема ОТК; ротор
турбины в присутствии ОТК поворачивают на два-три оборота.
Крышки турбины вскрывают, ротор вынимают из нижней части кор-
пуса и ОТК осматривает каждый усик сегментов уплотнений. При обна-
жении следов краски на усиках их зачищают (снимают металл) и опера-
цию повторяют до тех пор, пока при вскрытии турбины на усиках уплот-
нений не будет следов краски.
После этой операции считается, что радиальные зазоры турбины про-
верены и сданы ОТК.
5-5.6. Закрытие турбины для стендовых испытаний
Закрытие турбины или любого другого узла ГТЗА производится
после выполнения всех сборочных операций. Руководство сбороч-
ного участка совместно с технологом и ОТК проверяет наличие всех фор-
муляров и документов, находящихся в деле агрегата, в строгом
258
ёоотвёт'с'г'вйи ’с нё^еЧнеМ1 ббя^ательных приемок. Формуляры должны
содержать данные о выполнении той или иной сборочной операции в со-
ответствии с требованиями чертежей и технологических процессов. Если
имеются какие-либо отклонения, то необходим оформленный соответст-
вующим образом документ, разрешающий эти отклонения Формуляры
должны быть подписаны исполнителем операции, представителем ОТК,
принявшего ее, а в особых случаях — представителем заказчика
Если все формуляры соответствуют требованиям, то представитель
ОТК предъявляет дело агрегата заказчику и получает письменное разре-
шение на закрытие агрегата для проведения стендовых испытаний.
Со сборочного стенда убирают грязь, посторонние предметы и дета-
ли, не имеющие отношения к данному агрегату. Верстаки, полки, стелла-
жи сборочного стенда застилают чистой бумагой.
Все детали.и узлы агрегата очищают, промывают, продувают сжатым
воздухом и устанавливают на сборочном стенде или раскладывают на
верстаках и стеллажах. Чистоту всех деталей и узлов агрегата контроли-
рует ОТК. В проверке чистоты может участвовать лично и представитель
заказчика.
Руководство сборочным участком на имя начальника ОТК цеха
выписывает заявку на закрытие агрегата. В заявку включают всех, при-
нимающих участие в закрытии, а также рабочих, обслуживающих на вре-
мя закрытия крановое хозяйство сборочного цеха.
Если подготовка к закрытию принята ОТК и представителем заказ-
чика, сборщики приступают к закрытию — окончательной сборке —
обязательно в присутствии представителя ОТК.
На период закрытия агрегата сборочный стенд огораживается. Сбор-
щики работают в чистой спецодежде. Посторонние лица, не имеющие от-
ношения к закрытию, на сборочный стенд не допускаются. ОТК осматри-
вает каждую деталь и узел перед окончательной сборкой. Сборка без
разрешения ОТК не разрешается. СборгДики работают инструментом,
перечень которого составлен до начала закрытия, или инструментом,
который до начала закрытия находился в специальном запломбирован-
ном ОТК ящике. Мастер участка и представитель ОТК на весь период
закрытия не меняются
После окончания закрытия на агрегат устанавливают все штатные
контрольные приборы. Если приборы ставят на испытательном стенде,
то входной патрубок или штуцер закрывают специальной заглушкой,
которую пломбируют.
Агрегат обязательно взвешивают (или полностью собранный, или по
частям в момент закрытия). Массу агрегата вносят в формуляр. Все
участвующие в закрытии расписываются в формуляре закрытия, ОТК
указывает дату и время окончания, производит внешний осмотр агрегата
и агрегат передается на испытательный стенд с накладной, подписанной
и заверенной ОТК.
259
5.6. СТЕНДОВЫЕ ИСПЫТАНИЯ ТУРВОЗУБЧАТОГО АГРЕГАТА
Каждый турбозубчатый агрегат после сборки должен обязательно
пройти стендовые испытания с целью проверки качества сборки и устра-
нения возможных дефектов — производственных, технологических или
конструктивных. Последние наиболее характерны для головного образ-
ца. Во время стендовых испытаний проверяют качество сборки отдель-
ных узлов, а также согласованность в работе всего агрегата.
На испытательный стенд подают полностью собранные узлы (ТНД,
ТВД, редуктор, маневровое устройство). При установке на стенде агре-
гаты центруют, а затем крепят к фундаменту. ГТЗА на стенде испытыва-
ют с пусковой и регулирующей защитной аппаратурой, маневровым
и быстрозапорным устройством. Последние проходят свои собственные
испытания перед устанокой на общем стенде.
При испытании ГТЗА можно выделить две схемы: испытание вхоло-
стую и испытание под нагрузкой, если стенд оборудован нагрузочными
средствами (например, гидротормозом).
Как правило, стенд имеет места для раздельного испытания ГТЗА
правого и левого бортов, если ГТЗА поставляется для двухвальной судо-
вой установки. Каждое место стенда представляет собой жесткую метал-
лическую конструкцию, состоящую из различных по форме и размерам
опорных балок, соединенных между собой сваркой и болтами. Металли-
ческие конструкции образуют опорные фундаменты для размещения
всего агрегата.
Испытательные стенды оборудованы постоянными системами и вспо-
могательными механизмами, необходимыми для прозводства испытаний
по томили иной схеме:
— системой трубопроводов подвода и слива циркуляционной воды
с насосами для прокачки конденсата;
— системой трубопроводов подвода и отвода масла для смазки
ГТЗА, включающей фильтры для механической очистки масла, масло-
охладители, электронасосы и масляные емкости;
- системами воздухоотсоса с эжекторами;
— системами прогревания и продувания турбин;
— системой сигнализации с комплектом штатной контрольно-изме-
рительной аппаратуры;
— гидротормозом, если испытание проходит под нагрузкой.
Как правило, завод-изготовитель ГТЗА одновременно изготовляем
и поставляет комплект вспомогательных механизмов, обслуживающих
ГТЗА на судне. Вспомогательные механизмы при серийном выпуске
чаще испытывают раздельно от главных механизмов на отдельных
стендах. Испытательные стенды, оборудованные на турбостроительных
заводах, имеют местные подъемно-погрузочные и разгрузочные средства
в виде поворотных кранов и стрел и обслуживаются мостовыми кранамй
для погрузки и снятия отдельных узлов ГТЗА со стенда.
Требования к монтажу ГТЗА на стенде завода мало отличаются от
требований, предъявляемых к монтажу ГТЗА на судне.
260
Некоторые судовые редукторы массой более 100 т закрывают по
частям непосредственно на стенде. Снимают редуктор со стенда также
по частям.
Монтаж и установку ГТЗА на фундаменте стенда производят:
- на металлических прокладках-клиньях, пригоняемых индивидуаль-
но по месту между опорными полками фундамента и опорными фланца-
ми турбин и редуктора, или на приваренных и обработанных в плоскость
платиках;
- на сферических металлических подкладках, не требующих при-
гонки;
- на резино-металлических амортизаторах, служащих для смягчения
ударов при сотрясениях и для уменьшения шумности.
Монтаж ГТЗА на стенде начинают с подготовительных работ, вклю-
чающих проверку затяжек гаек болтового крепления металлоконструк-
ций стенда, проверку и пригонку в плоскость приваренных к полкам
фундамента опорной поверхности платиков (или контрольных планок
редуктора).
Точность пригонки опорных платиков для механизмов должна
удовлетворять следующим требованиям:
- платики под турбины высокого и низкого давления подгоняют с
точностью 0,05 мм на 1 000 мм длины;
- платики под редуктор подгоняют с точностью 0,10 мм на 1000 мм,
но не более 0,25 мм на всю длину;
— платики под главный упорный подшипник подгоняют с точностью
0,08 мм на всю длину.
После проверки и пригонки платиков до погрузки механизмов к
опорным балкам фундамента при помощи электросварки или болтов
крепят специальные домкраты или скобы с отжимными болтами для
продольного и поперечного перемещения механизмов при центровке.
Первым на стенд грузят главный упорный подшипник, затем -
редуктор и турбины. При погрузке механизмы временно устанавливают
на деревянные брусья-подкладки.
Центровку механизмов на стенде начинают с прицентровки ГУП к
гидротормозу. Затем снимают замеры по высоте между опорными пол-
ками и фундаментом для изготовления подкладок нужной толщины.
Через отверстия в полках корпуса подшипника сверлят отверстия в пол-
ках фундамента для крепления ГУП к фундаменту с помощью болтов.
Изготовленные по снятым замерам подкладки пригоняют по месту меж-
ду полками фундамента и корпуса подшипника. Точность пригонки под-
кладок — четыре пятна краски на 1 см2. Прицентровав ГУП к гидротор-
мозу, приступают к центровке редуктора. При центровке надо получить
смещение осей вала редуктора и вала ГУП не более 0,50 мм и излом
не более 0,20 мм/м. Завершающей операцией монтажа на стенде является
установка на агрегат всех штатных контрольно-измерительных прибо-
ров, необходимых для контроля и наблюдения за работой ГТЗА в пе-
риод испытаний.
Подготовка ГТЗА к испытаниям начинается с прокачки масла по
системе через сетки. На напорной части маслопровода перед коллектором,
261
подающим масло на смазку подшипникбй и"на cMaSKy зубчатого Зацеп-
ления, устанавливают медные сетки с марлей площадью сечения ячейки
0,20—0,25 мм2. Такие же сетки располагают перед каждым опорным и
упорным подшипником. Масло прокачивают стендовым масляным насо-
сом в течение 8-12 ч. Заканчивают прокачку после того, как на сетках
с марлей перестанут осаждаться грязь, окалина, металлическая пыль,
литейная земля и другие примеси и загрязнения, попавшие в систему при
сборке.
Закончив прокачку масла в системе, приступают к прогреванию
турбин и опробованию вакуумной системы. В период прогревания тур-
бин производят дополнительную обтяжку болтов по вертикальным и
горизонтальным разъемам корпусов, а также всех фланцев паропровода,
перепускных труб и маневрового устройства.
К моменту испытаний должна быть полностью оформлена следую-
щая техническая документация:
— технический формуляр ГТЗА с проектными и построечными дан-
ными;
- сертификаты материалов на основные ведущие детали ГТЗА,
акты приемки статической и динамической балансировки роторов тур-
бин, зубчатых колес первой и второй ступеней, промежуточных муфт,
гидравлических испытаний корпусов турбин и корпуса маневрового
устройства;
— паспорта на нарезание зубчатых колес и формуляр на центровку
ГТЗА на стенде.
На период стендовых испытаний турбины устанавливают на стенде
без изоляции и обшивки. Чтобы в турбину не попали посторонние тела,
паропровод свежего пара, присоединяемый к ГТЗА, должен иметь предо-
хранительную сетку.
Перед приемом пара в магистраль необходимо осмотреть ГТЗА и
проверить наличие измерительных приборов, замерить осевое и радиаль-
ное положения корпусов и роторов турбин в холодном состоянии, прове-
рить и записать в журнал положение скользящих ппор носовых лап тур-
бин. Замер положений скользящих опор производится между лапой и
штифтом, устанавливаемым на фундаменте. Этим замером контролиру-
ется расширение корпусов турбин при нагревании.
В объем наладочных испытаний входят:
- регулировка давления масла для смазки подшипников турбин и
редуктора (0,03—0,05 МПа), а также для смазки зацепления редуктора
(0,1-0,12 МПа);
- проверка на легкость включения валоповоротного устройства и
проверка его работы отдельно и совместно с агрегатом. При этом фикси-
руются сила и напряжение тока при пуске; потребляемая мощность дви-
гателя не должна превышать 4 кВт;
— проверка плотности парового пространства всей установки при
неработающей турбине. Разрежение, создаваемое эжекторами, должно
составлять не менее 720-730 мм рт. ст.;
-проверка работы циркуляционного и конденсатного насосов.
262
После этого прогревают турбины в течение 30—45 мин, для чего по-
дают пар на концевые уплотнения турбин и открывают систему продува-
ния, периодически проворачивая ротор валоповоротным устройством.
Прогревание турбин на стенде заканчивается при достижении темпера-
туры ТНД 70—75° С и ТВД 80—85° С при неравномерности температур в
отдельных точках корпуса не более 20° С. Во время прогревания турбин
вакуум в конденсаторе должен поддерживаться работающими эжекто-
рами в пределах 60—65 % расчетного.
После прогревания и получения нормального расширения корпусов
турбин, обычно соответствующего 2—3 мм, приступают к пробным обо-
ротам. Пробные обороты (5-10 об/мин) сначала дают на передний ход,
а затем на задний.
При страгивании турбин определяют и фиксируют давление пара
перед соплами; на передний ход оно составляет 0,8-1,0 МПа, на задний -
0,4-0,6 МПа,
При работе на малых оборотах ведут дальнейшее прогревание рото-
ров турбин и тщательно прослушивают турбины, зубчатую передачу,
зубчатые муфты, подшипники и уплотнения. После прогревания турбин
на малых оборотах в течение 45 мин обороты постепенно повышают
(по 10 оборотов через каждые 5 мин) и доводят до полных. На полных
оборотах ГТЗА также тщательно прослушивают.
При работе на холостом ходу дважды производят настройку и про-
верку в действии регулятора безопасности и быстрозапорного устройст-
ва, повышая частоту вращения вручную и автоматически. При повыше-
нии частоты вращения агрегата на 10—15 % сверх спецификационной
быстрозапорный клапан должен сработать и закрыть доступ пара в тур-
бину. По спецификационным параметрам давления пара и масла регули-
руют реле осевого сдвига роторов, регулятора давления пара, подавае-
мого на уплотнения турбин, сигнальных устройств температуры отходя-
щего масла с подшипников и выключающих устройств быстрозапорного
клапана.
Окончив регулировочные и настроечные работы, проверяют работу
ГТЗА на режимных испытаниях: на промежуточных, полных, и перегру-
зочных ходах.
При испытании ГТЗА под нагрузкой повторяют режимы испытаний,
которые проводились без нагрузки, исключая испытания на пробу.
Замеры и запись показаний во время испытаний производят по штатным
контрольно-измерительным приборам, которые должны быть проверены
Государственной палатой мер и весов, снабжены пломбами и паспортами.
На каждом установившемся режиме определяют:
- вибрацию турбин и редуктора, замеряемую на подшипниках на
всем диапазоне частоты вращения;
- температуру подшипников при различной частоте вращения;
- характер и величину перемещений корпусов турбин при нагре-
вании;
- параметры пара - давление и температуру пара при работе на
передний и задний ход;
263
— плавность работы зубчатого зацепления и шум редуктора при
нагрузках 25,50, 75 и 100 % номинальной мощности;
- плотность соединений конденсатора (посредством наблюдения за
падением вакуума при отключенном эжекторе);
- отсутствие в трубопроводах протечек масла, пара и т. д. через
уплотнения;
— время, потребное для реверса, при давлении контрпара, допускае-
мом техническими условиями;
время, необходимое для пуска турбин с холодного состояния до ре-
жима окончательного и полного хода.
Очень часто в целях экономии затрат и времени сдаточные испытания
совмещают с наладочными испытаниями, при которых ГТЗА работает
установленное время, требуемое для сдаточного режима. На основании
замеров и записей, произведенных во время испытаний ГТЗА на стенде,
составляется сводная таблица замеров в объеме, предусмотренном фор-
муляром, и производится обработка данных.
После окончания сдаточных испытаний ГТЗА подается на сборочный
участок для вскрытия и осмотра всех узлов. Вскрытие всех узлов ГТЗА
производят обязательно в присутствии ОТК, очень часто при вскрытии
присутствуют ведущий технолог, конструктор и представитель заказ-
чика. Во время вскрытия тщательно осматривают все детали, отмечают
различные дефекты (если они имеют место) и определяют способы их
устранения. Составляется ведомость дефектов, которую подписывают
мастера участков, представитель ОТК, технологи, в отдельных случаях
конструктор и представитель заказчика.
Дефекты, отмеченные в ведомости дефектов, устраняют, предъяв-
ляют исправленные детали и узлы ОТК и представителю заказчика, после
чего агрегат подготавливают к закрытию для отправки на судно.
Детали и узлы необходимо подвергнуть соответствующей консерва-
ции. Поэтому отдел главного технолога разрабатывает специальные
инструкции, которые определяют метод консервации и материалы, необ-
ходимые для нее в зависимости от времени транспортировки агрегата к
объекту монтажа, времени хранения у достроечной набережной судо-
строительного завода и метода монтажных операций в машинном отделе-
нии строящегося судна.
После закрытия все агрегаты окрашивают по соответствующим тех-
нологическим процессам, комплектуют и упаковывают в специальную
тару для передачи всего ГТЗА заказчику. Передача представителю заказ-
чика осуществляется по накладной, заверенной ОТК завода-изготовителя
ГТЗА.
ГЛАВА 6
ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ДЕТАЛЕЙ
СУДОВОГО ВАЛОПРОВОДА
6.1. НАЗНАЧЕНИЕ, СОСТАВ И УСЛОВИЯ РАБОТЫ ВАЛОПРОВОДА
Судовой валопровод служит для передачи мощности от главного
двигателя к гребному винту, восприятия упора, создаваемого гребным
винтом, и передачи упора через ГУП корпусу судна. Валопровод пред-
ставляет собой систему валов, подшипников, уплотнений, сальников
и других элементов, соединенных в единую линию, называемую линией
вала-(рис. 6.1). Судовая энергетическая установка может иметь до трех,
редко - более линий вала.
Длина валопровода зависит от расположения главных двигателей
и формы обводов кормы. Для судов с расположением главных двига-
телей в средней части корпуса длина валопровода может превышать
100 м при числе валов до десяти.
Последний кормовой вал называется гребным валом. На гребном
валу 3 устанавливается гребной винт 1. Кроме гребного в состав вало-
провода могут входить дейдвудный вал 4, один или несколько проме-
жуточных валов 7, упорный вал 13 и проставочный вал 12.
Дейдвудный вал выходит из корпуса судна через дейдвудное уст-
ройство 5, в составе которого находится дейдвудный подшипник.
Дейдвудный вал является и гребным валом, если на него устанавливают
гребной винт; гребной винт стараются разместить вблизи от среза дейд-
вудной трубы. Если же кормовые обводы корпуса узкие, то гребной
вал приходится удлинять. В этом случае гребной вал дополнительно
к дейдвудным опорам имеет еще одну или несколько опор 2 в крон-
штейнах, прикрепленных к кормовой части корпуса."Такая конструкция
применяется главным образом для бортовых валопроводов. Длина
гребного вала при этом может превышать 20 м. Поковки для валов
1 2 3 4 5 6 7 8 9 7 10 11 121314
Рис. 6.1. Бортовой валопровод
265
такой длины могут изготовлять лишь на некоторых металлургических
заводах.
Гребной и дейдвудный валы выполняют, как правило, отдельно,
если их суммарная длина превышает 18 м, хотя имеются примеры изго-
товления цельных валов длиной 24 м. Надежность вала, составленного
из гребного и дейдвудного, несколько ниже, чем цельного, поскольку
в зойе соединения валов из-за наличия концентраторов напряжения
снижается усталостная прочность. Себестоимость составного вала больше
себестоимости цельного, так как стоимость двух поковок выше стои-
мости одной цельной поковки, а трудоемкость обработки составного
вала больше, чем цельного, на величину трудоемкости обработки соеди-
нительных деталей и сборки вала.
Упорный вал является, как правило, крайним носовым валом
и соединен фланцем с валом главного двигателя или редуктора.
Проставочный вал 12 используют как пригоночный для облегчения
монтажа валопровода на судне. Он имеет меньшую прочность, чем другие
валы, и выполняет роль предохранительного звена при перегрузках,
предотвращая выход из строя других валов.
В качестве дейдвудных подшипников применяют подшипники
скольжения с водяной или масляной смазкой, устанавливаемые в дейд-
вудной трубе. Дейдвудная труба крепится носовым концом к последней
ахтерпиковой переборке, а другим — к кормовой оконечности корпуса,
например в отверстии мортиры.
В случае использования неметаллических дейдвудных подшипни-
ков смазывающе-охлаждающей жидкостью служит забортная вода,
при этом кольцевой кормовой зазор дейдвудного подшипника открыт
для прихода воды. Чтобы предотвратить попадание в подшипник песка
или других твердых частиц при плавании на мелководье, забортная
вода фильтруется и подается в дейдвудный подшипник через отверстие
вблизи от носового конца подшипника. Гребной вал защищают от корро-
зионного действия Морской воды облицовкой.
Для изоляции от морской воды поверхности гребного вала между
кормовым торцом облицовки и носовым торцом ступицы винта пре-
дусматривается установка уплотнения. Носовой конец выхода вала
из дейдвудного подшипника уплотняют при помощи сальника с мягкой
пеньковой набивкой, пропитанной жировой антикоррозионной смазкой.
В устройствах с металлическими подшипниками применяется масля-
ная смазка и используются специальные конструкции контактных
уплотнений вала с уплотняющими манжетами или кольцами, изолирую-
щими вал от забортной воды; гребной вал не имеет облицовки.
Судовой валопровод подвергается при эксплуатации действию
разнообразных нагрузок, в число которых входят крутящий и изгибаю-
щий моменты, продольная и поперечные силы.
В наиболее тяжелых условиях работает* гребной вал, поэтому его
диаметр назначают несколько большим, чем диаметры промежуточных
валов. На гребной вал действуют значительные изгибающие нагрузки со
стороны гребного винта. Упор, развиваемый гребным винтом, вследствие
266
неравномерности поля скоростей набегающей воды приложен внецентрен-
но и потому создает на гребном валу изгибающий момент, вызывающий
в нем переменные напряжения изгиба. Изгибающий момент значительно
возрастает при плавании во льду из-за ударов гребного винта о лед.
Нагрузки изгиба увеличиваются также при плавании порожнем и при
большом волнении мс1ря, так как происходит частичное оголение греб-
ного винта и упор оказывается значительно смещенным по отношению
к оси винта. ।
Амплитуда переменных напряжений изгиба в сечении гребного вала
от веса консольно расположенного на нем гребного винта обычно
невелика, однако может возрастать до опасных значений при поперечных
колебаниях гребного вала. При проектировании валопровода делают
расчет частоты собственных колебаний, чтобы предотвратить резонанс-
ные колебания гребного вала при работе. Ограничение износа неметалли-
ческих дейдвудных подшипников, а также применение металлических
дейдвудных подшипников препятствуют увеличению амплитуды попе-
речных колебаний.
Вибрации гребного вала вызываются также механической и гидро-
динамической неуравновешенностью гребных винтов, которая в процессе
эксплуатации становится заметной вследствие износа лопастей и их
деформации при ударах о лед.
На гребной вал воздействует крутящий момент, возникающий
при передаче мощности от главного двигателя к гребному винту. Однако
напряжения кручения, как правило, не представляют опасности. Уста-
лостная долговечность гребного вала определяется его прочностью
при действии циклического изгибающего момента.
Кроме повышенных нагрузок гребной вал может подвергаться
коррозионному действию забортной воды. Проникновение забортной
воды к поверхности вала происходит при повреждении кормового
дейдвудного уплотнения, а также при сквозных повреждениях обли-
цовки и нарушении стеклопластикового покрытия между облипов-
ками гребного вала. При воздействии коррозионной среды усталостная
прочность валов, изготовленных из некоррозионно-стойкой стали,
существенно уменьшается, и поломка вала возможна даже при весьма
умеренных переменных напряжениях. Особенно чувствительны к корро-
зионному действию морской воды легированные стали.
Промежуточные и упорный валы работают в более благоприятных
условиях по сравнению с гребными. Крутящий момент создает в про-
межуточных валах небольшие напряжения кручения. Опасными для
прочности валов могут быть напряжения кручения знакопеременного
характера в условиях резонансных крутильных колебаний. Чтобы избе-
жать резонансов, при проектировании валопроводов делают проверку
собственных частот колебаний.
Изгиб промежуточных валов из-за смещений подшипников от но-
минального положения вследствие деформации корпуса судна вызы-
вает сравнительно небольшие напряжения, которые при работе вала
хотя и имеют переменный характер, для валов неопасны. Изгиб валов
267
вследствие деформаций корпуса судна создает / дополнительную на-
грузку на подшипники. i
Усталостная прочность и долговечность работы валов могут значи-
тельно снижаться вследствие фреттинга, которому подвержены их
поверхности в номинально неподвижных соединениях: прессовом соеди-
нении гребного вала с гребным винтом и с бронзовой облицовкой,
фланцевом соединении и др. Под фреттингом понимают процесс разру-
шения плотно сопряженных поверхностей, происходящий при их отно-
сительных циклических микропроскальзываниях. Микропроскальзыва-
ния возникают при передаче внешней нагрузки, например крутящего
и изгибающего моментов. Поскольку нагрузки^ действующие на вало-
провод, носят циклический характер, то проскальзывания двух плотно
прижатых поверхностей сопровождаются возникновением переменных
касательных сил в зонах фактического контакта и переменных напря-
жений растяжения-сжатия в поверхностном слое вблизи зон факти-
ческого контакта. Под действием этих переменных напряжений на
поверхности вала под напрессованной деталью вблизи от ее торца появ-
ляются усталостные трещины. Плохое прилегание сопряженных по-
верхностей из-за недостаточной точности усиливает концентрацию
напряжений в районе точек фактического контакта, что еще более сни-
жает выносливость валов в прессовых соединениях. Возникновение
трещин усталости на валах под Напрессованной деталью может проис-
ходить при небольших напряжениях изгиба с амплитудой всего 35 МПа.
Одним из наиболее эффективных технологических методов увели-
чения усталостной прочности гребных валов оказалось упрочняющее
обкатывание роликами. Эта операция является теперь обязательной
в отечественном судостроении при изготовлении гребных валов.
Другое проявление фреттинга состоит в том, что при микропро-
скальзывании плотно прижатых поверхностей происходит отрыв мелких
частиц металла с выступов микронеровностей. В силу малых размеров
частицы легко окисляются, поэтому процесс фреттинг-разрушения
часто называют фреттинг-коррозией. Окисли, имеющие высокую твер-
дость, действуют как абразив, образуя на поверхности оспины глубиной
до нескольких десятых долей миллиметра. В отдельных точках сопри-
косновения поверхностей иэ-за большого контактного давления обра-
зуются мостики холодной сварки, которые при смещениях поверхностей
разрушаются, оставляя на поверхности характерные лунки, видимые
невооруженным глазом.
С точки зрения усталостной прочности деталей окислительные
процессы при фреттинге и абразивное действие частиц, приводящее
к образованию оспин на поверхности, имеют второстепенное значение.
Названные факторы могут снижать статическую прочность соединения
при передаче крутящего момента, поскольку наличие продуктов фрет-
тинг-коррозии уменьшает коэффициент трения, а разрушения поверх-
ности в виде каверн, оспин и выделение из соединения порошка окислов
снижают силу прижатия поверхностей. Чтобы предотвратить снижение
прочности соединений валопроводов в условиях проявления фреттинга,
268
рекомендуем1 увеличивать кбТТтактные давления, так как это умень-
шает амплитуду микропроскальзывания сопрягаемых поверхностей
и количество продуктов фреттинг-коррозионного разрушения.
612. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ВАЛОВ
6.2,1.1 Конструкции валов и соединений
Наиболее распространенные варианты конструкции судовых валов -
гребных, промежуточных и упорных - представлены на рис. 6.2 и 6.3.
Облицовка гребного вала, чаще всего бронзовая, может быть сплош-
ной или состоять из дйух либо трех частей. В промежутке между обли-
цовками поверхность вала защищают покрытием из стеклопластика
(на рисунках не показано). Части вала с облицовкой образуют под-
шипниковые шейки дейдвудных и выносных подшипников гребного
вала.
Рис. 6.2. Основные разновидности
конструкции гребного вала: а -
с одной облицовкой; б - без об-
лицовки, для работы в дейдвудном
подшипнике с масляной смазкой;
в — с двумя облицовками и кони-
ческой полумуфтой; г - с тремя
облицовками, крайняя кормовая
облицовка работает в выносном
подшипнике; д - с облицовками,
предусматривающий глухое кони-
ческое соединение с дейдвудный
валом
м®
Рис. 6.3. Основные разновид-
ности конструкции промежу-
точного (а, в, д) и упорного (б,
г, е) валов: а, б-цельные с
фланцем; в, г - с конической
полумуфтой; д, е - цельные для
бесфланцевого соединения
269
Промежуточные валы имеют от одной до трех подшипниковых
шеек. На упорном валу могут быть размещены цгейки опорного под-
шипника.
Одна из распространенных конструкций валов предусматривает
фланцы для соединения валов. Фланцы могут быть откованы вместе
с валом. Применяют также составные валы, у которых фланцевая полу-
муфта с центральным отверстием конической формы напрессовывается
на конус вала (рис. 6.2,в иг, 6.3,в иг). Материалоемкость валов состав-
ной конструкции с фланцевой полумуфтой несколько ниже в связи
с меньшими припусками на обработку. Однако/ эффект от снижения
материалоемкости невысок из-за увеличения трудоемкости обработки
конических поверхностей соединения в составном вале.
Номинальный крутящий момент при фланцевом соединении валов
передается силами трения на торцах. При перегр(узках, когда крутящий
момент в несколько раз превышает номинальное значение, сил трения
оказывается недостаточно для передачи крутящего момента, и флан-
цевые болты вступают в работу на срез и смятие.
Фланцы стягивают коническими или цилиндрическими болтами.
Сборка и разборка фланцевого соединения валов при помощи кони-
ческих болтов более просты. Однако фланцевое соединение цилиндри-
ческими болтами имеет преимущество в обработке более простых
цилиндрических отверстий во фланцах. В случае использования цилинд-
рических болтов они должны быть установлены без зазора, поскольку
зазор между отверстиями и болтами привел бы к смещению осей соеди-
ненных валов при перегрузках. Это требование усложняет сборку и раз-
борку соединения, так как создает возможность задира поверхностей
болта отверстия при установке и выеме цилиндрических призонных
болтов. Зазор легко устраняется затяжкой конических болтов.
Промежуточные и упорные валы могут не иметь фланцев
(рис. 6.3, д, ё). Такие валы соединяют муфтой, устройство которой
показано на рис. 6.4. Тонкостенная гильза 4, отверстие которой на
несколько сотых миллиметра больше диаметра соединяемых валов 1,
свободно надевается на концы валов. На наружную поверхность гильзы,
имеющую конусность 1/50, надвигается толстостенная муфта 5 с от-
верстием такой же конусности, создающая в соединении диаметральный
натяг, необходимый для передачи крутящего момента за счет сил трения.
В процессе перемещения муфты масло под давлением подают через
отверстия 3 в муфте на коническую
поверхность, что уменьшает силы
трения в несколько раз и облег-
чает напрессовку муфты. Осевая
сила, необходимая для перемещения
муфты, создается гидродомкратом 2,
установленным на валу или встроен-
ным в муфту.
К недостаткам описанной конст-
рукции бесфланцевого соединения
Рис. 6.4 Бесфланцевое втулочное
соединение валов
270
динениевалов
12 3 4
Рис. 6.6. Глухое коническое соединение
гребного и дейдвудного валов
валов следует отнести' необходимость высокой точности при изготовле-
нии муфты, гильзы и соединяемых валов, а также большой диаметр
муфты, превышающий диаметр соединяемых валов на 60—70%, что
приводит к увеличению массы валопровода.
От названных недостатков свободна конструкция втулочно-штифто-
вого устройства, показанного на рис. 6.5. Диаметр наружной поверх-
ности муфты 2 не более чем на 40% превышает диаметр соединяемых
валов 1. Для обеспечения прочности соединения при сниженной жест-
кости муфты применены шрифты 3. Нагрузки в виде крутящего момен-
та и осевой силы с некоторым запасом прочности передаются за счет
сил трения. Штифты расположены вблизи от торцов соединяемых валов
и вступают в действие при перегрузках. Внутренняя тонкостенная гиль-
за 4 выполняется из двух частей с плоскостью разъема в продольном
сечении, что позволяет снизить требования к точности изготовления
соединяемых валов, гильзы и муфть'ь
Для соединения гребного и дейдвудного валов часто применяют
глухое коническое соединение. Такое название объясняется тем, что
валы 3 и 4 сопрягаются по конической поверхности, причем отверстие
гребного вала иногда выполняют глухим (рис. 6.6). В этом соединении
нагрузка передается одной или двумя шпонками 2, силами трения,
а также чекой (клином) 1, концы которой расклепывают или прова-
ривают для водонепроницаемости. На рисунке не показаны детали,
предназначенные для гидроизо-
ляции соединения и валов.
Недостатком такой конструк-
ции является большая трудо-
1 2 3 4
Рис. 6.7. Втулочно-штифтовое сое-
динение гребного и дейдвудного
валов с обтекателями и уплотни-
телями
Рис. 6.8. Соединение валов про-
дольно-свертной муфтой
I — соединяемые валы; 2 — радиаль-
ные уплотнители; 3 — обтекатели;
4 — торцевые уплотнители
271
емкость ручной пригонки, достигающая 50% трудоемкости изготовле-
ния соединения.
В последние годы наряду с таким традиционном соединением греб-
ного и дейдвудного валов применяется описанное выше втулочно-
штифтовое соединение, которое в этом случае снабжается обтекателями
и уплотнительными прокладками (рис. 6.7). I
Валы малого диаметра (менее 300 мм) соединяют часто при помощи
продольно-свертных муфт (рис. 6.8). Муфта 2 состоит из двух частей,
стягиваемых болтами 4, и соединяет валы 1, име|ющие цилиндрические
хвостовики. Нагрузка передается силами трения и с помощью шпонок 3.
Соединение характеризуется высокой трудоемкостью изготовления
и большой массой соединительных деталей.
Валы выгодно изготовлять полыми. Отверйтие в меньшей степени
снижает жесткость вала и его прочность, чем массу. Меньшая толщина
стенки из-за наличия отверстия упрощает термообработку. Диаметр
отверстия в полом вале составляет 0,4—0,8 диаметра вала.
6.2.2. Материалы и заготовки
Заготовками судовых валов чаще всего служат поковки. Лишь
валы малого диаметра изготовляют из проката. Окончательную обра-
ботку центрального отверстия в заготовках валов выполняют на ме-
таллургическом заводе.
В соответствии с ГОСТ 8536-79 заготовки в зависимости от пока-
зателей механических свойств делят’на три группы:
— из углеродистой стали с повышенными показателями механи-
ческих свойств категорий прочности КМ20, КМ22, КМ25, КМ28, КМ32,
КМ22Х, КМ25А, КМ28А;
— из легированной стали с повышенными показателями механи-
ческих свойств категорий прочности КТ36, КТ40, КТ50, КТ60, КТ70,
КТ80, КТ90, КТ100;
- из коррозионно-стойкой стали.
Числа после буквенных обозначений указывают предел текучести
стали в кг/мм2 (прежде использовавшихся единицах напряжения).
С учетом условий работы судовых валов кроме предела текучести
от сдаточными механическими характеристиками являются также
предел прочности ов, относительное удлинение 65, относительное суже-
ние ф при разрыве и ударная вязкость KCU. По требованию органов
надзора они могут быть дополнены пробой на холодный изгиб и опре-
делением ударной вязкости при отрицательной температуре. Контроль
механических свойств производится на образцах, изготовленных из
концевых частей заготовки. Нормы механических свойств материала
заготовок различной категории прочности, а также рекомендации по
применению марок стали, обеспечивающих эти свойства, приведены
в ГОСТ 8536-79.
Для обеспечения необходимых механических свойств содержание
серы и фосфора в металле ограничивается. Снижение в стали вредных
272
примесей кислорода, азота, водорода, отрицательно влияющих на меха-
нические свойства, достигается вакуумированием при разливке или про-
дувкой. Для получения высоких механических характеристик поковки
уков должен составлять от слитка не менее 3 и 1,5 по стержню и фланцу
(гребню), а от блюма - не менее 1,5 и 1,3.
Заготовки из дегированной стали подвергают закалке и высо-
кому отпуску, а заготовки из углеродистой стали с содержанием уг-
лерода до 0,35—0,40% — нормализации и высокому отпуску. Термо-
обработку выполняют на металлургическом заводе после обдирки
заготовки.
При ковке, закалке, правке заготовки в материале возникают
остаточные напряжения, которые приводят к ее деформации при после-
дующей обработке. Для снятия остаточных напряжений проводят отпуск
при температуре не менее чем на 20 ° С ниже температуры основного
отпуска.
Валы коммерческих судов, как правило, изготовляют из качествен-
ных углеродистых сталей, например из стали марки 35, которая соот-
ветствует таким нормам: ат =250-280 МПа; ов = 500-540 МПа;
S5=18-22%; ф = 32-45%; KCU = 550 - 350 кДж/м2.
Использование более дорогих легированных сталей позволяет умень-
шить диаметр валов и снизить их массу, что имеет важное значение для
судов с энергетической установкой большой мощности. Так, гребные
валы диаметром около 800 мм для атомных ледоколов серии „Аркти-
ка” изготовлены из заготовок категории прочности КТ60 с нормами.
от=600 МПа; ов=750 МПа; 5S =15%, ф =42%, KCU = 600 кДж/м2.
Стали 38ХНЗМФА и 36Х2Н2МФА обеспечили с запасом выдвинутые
нормы.
Для изготовления валов, работающих без гидрозащитного покры-
тия, используется коррозионно-стойкая сталь марок 20X13 (для валов,
работающих в пресной воде), 14Х17Н2 и 09X17Н7Ю.
Величины припусков на механическую обработку растут с увели-
чением размеров вала. Наличие фланца или гребня требует увеличения
припуска. Для валов без фланца диаметром 500 мм и длиной 10 м
припуск на диаметр после ковки около 40 мм. На заготовках валов
для атомных .ледоколов припуск на диаметр составляет около 100 мм
при длине поковки около 16,5 м и диаметре около 900 мм.
6.2.3. Требования к обработке
Требования к обработке валов устанавливаются отраслевым стан-
дартом.
Валы, шейки которых при эксплуатации имеют окружную скорость
v < 10 м/с, относятся к категории валов нормальной точности. Приве-
денные ниже значения допустимых погрешностей относятся к валам
нормальной точности. Валы, работающие при г > 10 м/с, относят к ка-
тегории повышенной точности и по некоторым нормам точности формы
и расположения обрабатывают на одну степень точнее.
273
Ось вала должна быть прямолинейной. Отклонение шеек от соос-
ности вызывает в вале дополнительные напряжений и увеличивает опор-
ные реакции. Радиальное биение можно проверить, устанавливая вал
двумя способами: на две концевые опоры, например в центры станка,
или в центры и на промежуточные опоры, из которых одну, из-под про-
веряемой шейки, убирают. Биение измеряется ийдикатором в несколь-
ких сечениях вала при медленном вращении.
При контроле радиального биения шеек вала и конусов при уста-
новке вала в центры станка и на промежуточные Ьпоры допуск радиаль-
ного биения составляет от 0,04 до 0,10 мм и увеличивается с ростом
отношения длины L вала к его диаметру ZJ; меньшие значения относятся
к валам с L/D до 20. Для нерабочих участков вала и для упрочненного
обкатыванием конуса под гребной винт со шпонкой допуск радиального
биения увеличен в 1,5 раза.
Торцевая присоединительная поверхность фланца должна быть
перпендикулярна оси вала, в противном случае при соединении валов
ось оказывается искривленной с изломом в месте соединения. Измере-
ние торцевого биения производят индикатором при вращении вала,
установленного в центрах и на опорах. Индикатор размещают на стороне,
противоположной месту резца. Допустимое торцевое биение назначается
по 6-й степени точности и составляет от 0,02 до 0,05 мм для диаметров
фланца от 200 до 1600 мм.
Радиальное биение поверхности центрирующей выточки назначается
по 6-й степени точности и в зависимости от диаметра выточки состав-
ляет от 0,025 до 0,05 мм. Торцевое биение той же поверхности не должно
превышать 0,025 мм.
Допуск на кривизну оси центрального отверстия полых валов совпа-
дает с допуском этого параметра на заготовки валов и увеличивается
от 1,5 до 4,0 мм с ростом отношения L/D.
На диаметре шеек вала под опорные подшипники назначают допуск
h 7 для металлического и h 9 для неметаллического подшипника сколь-
жения; допуск на диаметр шейки вала подшипника качения - h 9.
Конусйость участка вала под гребной винт и коническую полу-
муфту соблюдается с допуском 6-й степени точности, причем весь допуск
откладывается в плюс. Численное значение зависит от длины конуса;
для валов диаметром от 100 до 800 мм
допуск на конусность, выраженный
разностью диаметров на длине конуса,
составляет от 0,02 до 0,08 мм. Конт-
роль конусности осуществляется с
помощью конусомерной линейки
(рис. 6.9); иногда применяется про-
верка на краску по объемным ка-
либрам.
На диаметр цилиндрической шей-
ки вала под жесткую цилиндрическую
муфту с промежуточной гильзой наз-
начают допуск h 6.
Рис 6 9. Измерение конусности с
помощью конусомерной линейки
1 - вал; 2 - конусомерная линейка
274
Центрирующая выточка-в-торце фланца под центрирующую шайбу
может выполняться по допуску Я7; в этом случае не требуется провер-
ки соосности валов при центровке. Иногда назначается более широкий
допуск Я9, но в этом случае при центровке валов следует проверять
соосность с помощью индикатора.
Допуск при обработке болтовых цилиндрических отверстий во
фланце составляет Н7, при использовании конических болтов — Н8.
Шейки гребных валов под насадку облицовки из бронзы обраба-
тывают по допуску $7, из латуни - м8. Различие объясняется тем, что
при плавании в теплых тропических водах для сохранения натяга ла-
тунной облицовки требуется больший начальный натяг в связи со значи-
тельно большим коэффициентом температурного расширения латуни.
Допуски на изготовление метрических резьбовых соединений с круп-
ным шагом принимают 7Н 18g, с мелким — 6Н/6h .
Допуски на другие размеры назначают более широкие, например,
радиус галтельных переходов по 14-му квалитету, длина валов в диа-
пазоне 1000-35 000 мм с допуском 1,20-14,00 мм.
Шейки промежуточного вала под опорные и упорные подшипни-
ки скольжения обрабатывают по 7-й степени точности: допустимые
овальность и конусообразноств в радиусном исчислении составляют
0,016-0,04 мм при диаметрах 100-1000 мм. Шейки под неметалли-
ческие подшипники обрабатывают по 8-й степени точности, а шейки
вала под жесткую муфту с промежуточной гильзой - по 6-й степени.
Прямолинейность образующей конической шейки вала и допустимая
овальность задаются по 6-й степени точности.
Допуск плоскостности присоединительной торцевой поверх-
ности фланца назначается по 7-8-й степеням точности, что составляет
0,02-0,08 мм в зависимости от диаметра; выпуклость не допускается.
Требования, к шероховатости поверхностей нерабочих участков
вала и галтелей зависят от прочности стали. Применение более прочной
стали требует более тщательной обработки. Для валов из углеродистой
и легированной сталей с пределом текучести от < 450 МПа шерохова-
тость таких поверхностей Rz =20 4-40 мкм. Нерабочие участки поверх-
ностей валов из легированной стали с от > 450 МПа обрабатывают
до шероховатости R а = 2,5 мкм, а галтелей — до R а =1,25 мкм; зти же
поверхности валов из коррозионно-стойкой стали — до R а =2,5 мкм.
Наиболее высокие требования предъявляют к обработке поверх-
ностей шеек под металлические подшипники скольжения, шеек под
жесткую муфту с промежуточной гильзой — Ra =0,63 мкм. Шерохова-
тость поверхностей конуса и шеек под неметаллические подшипники
должна составлять Ra =1,25 мкм. Так же тщательно отделывают опас-
ный с точки зрения выносливости участок поверхности вала между
конусом под гребной винт и торцом облицовки: Ra =1,25 мкм для
валов из углеродистой стали и Ra =0,63 мкм для валов из легирован-
ной стали. Поверхность вала под облицовку, торцевую присоединитель-
ную поверхность фланца и поверхность болтовых отверстий во фланце
обрабатывают до Ra =2,5 мкм; при установке облицовки на гребной
J 275
вал на клеевом составе поверхность вала-обрабатьаыпот.доЛ # = 2,2 мкм.
Шероховатость поверхности центрального отверстия в полых валах
Rz =2СН40 мкм.
6.2.4. Обработка и сборка судовых валов
Правка заготовок судовых валов. Из-за больших размеров и массы
добиться прямолинейности оси заготовок валов в процессе ковки или
получения проката трудно. Значительное искривление может происхо-
дить и при обработке резанием, особенно при черновом обтачивании.
Чтобы избежать чрезмерного увеличения припусков на механическую
обработку применяется правка валов, т. е. деформирование их в хо-
лодном состоянии.
Правка допускается на всех этапах обработки вала и даже после
окончательной механической обработки. На металлургическом заводе
после правки заготовку подвергают отпуску для снятия остаточных
напряжений. Температуру отпуска назначают не менее чем на 20 ° С
ниже температуры основного отпуска, произведенного при термическом
улучшении.
На судостроительных заводах и заводах судового машинострое-
ния, где изготовляются валопроводы, печи для отпуска таких крупно-
габаритных деталей, как судовые валы, отсутствуют. Возможно лшщ>
проведение естественного старения, которое в меньшей мере снимает
остаточные напряжения. Поэтому здесь правка допускается, если кривиз-
на не превосходит определенного допуска на кривизну оси заготовки.
Правку производят однократным или двукратным упругопласти-
ческим изгибом на специальном стенде или на токарном станке. В ка-
честве ^нагружающего устройства используется гидравлическая скоба
или винтовой домкрат. ,
При правке однократным изгибом заготовку устанавливают на
стенде выпуклостью к нагружающему устройству и плавно увеличивают
усилие до расчетного значения Р, Н, зависящего от размеров вала и пре-
дела текучести материала вала:
oTZ Wjab,
где от — предел текучести материала заготовки вала, Па; L — базовая
длина, м, L ~а + b\ W— момент сопротивления сечения заготовки, м3;
а и b - расстояния от опор до места приложения силы Р, м.
Величины, входящие в формулу, пояснены на рис. 6.10.
После правки наибольшее значение радиального биения заготовки
не должно превышать 40% припуска на последующее обтачивание.
Если же кривизна оказывается больше этого допуска, то правку повто-
ряют на измененных режимах с учетом первой правки.
При правке двукратным изгибом заготовку сначала деформируют
до получения остаточного искривления, равного 40—60% исходной
кривизны, но в противоположную сторону, и после свободного вращения
276
заготовки в течение нескольких минут
вновь прикладывают усилие, доби-
ваясь, чтобы остаточное искривление
не превышало 40% припуска на по-
следующую обработку. Правка дву-
кратным изгибом по сравнению с од-
нократным обеспечивает меньший уро-
вень остаточных напряжений, что в
дальнейшем уменьшает коробление
вала.
В последние годы наряду с опи-
санным способом правки разработана
Рис. 6.10. Схема нагружения вала
при правке
и применяется правка при помощи несимметричного пластического
деформирования поверхностного слоя вала роликом или шариком.
Несимметричное пластическое деформирование создается переменным
усилием, которое изменяется по определенному закону в зависимости
от угла поворота вала. Возникшая в результате эпюра остаточных напря-
жений в поверхностном слое оказывается неосесимметричной, что
приводит к управляемой деформации, выпрямляющей ось заготовки.
Метод находит все более широкое применение, так как его трудоем-
кость значительно меньше по сравнению с традиционным.
Обработка центровых отверстий и центрирующих выточек. В про-
цессе изготовления вала в качестве базы используется его ось, задавае-
мая центровыми отверстиями, которые обрабатывают в торцах заготовки.
Центровые отверстия должны служить надежной опорой заготовке,
поэтому их размеры выбирают в зависимости от массы вала, а конус-
ность рабочей поверхности отверстия должна совпадать с конусностью
центров станка. Несоосность центровых отверстий в двух торцах заго-
товки не должна быть более 1 мм.
При изготовлении полых валов центровые отверстия обрабатывают
в центрирующих пробках, которые устанавливают в центрирующие
выточки, выполненные в торцах вала. Положение центровых отверстий
в сплошных заготовках задают при разметке с учетом искривления
оси заготовки и величины имеющегося припуска на обработку наруж-
ной поверхности вала. В центровых отверстиях, используемых при
чистовой обработке, предусматривают предохранительную фаску 1
(рис. 6.11).
Обработка центровых отверстий и центрирующих выточек выпол-
няется, как правило, на горизонтально-сверлильных или универсально-
расточных станках. Заготовку вала 1 (рис. 6.12) устанавливают на
призмы 2, ее положение выверяют по горцу поперечным ходом шпин-
деля и регулируют призмами.
Обтачивание валов. Обтачивание валов выполняют в три этапа:
черновой, чистовой и отделочный. Сложность обтачивания валов воз-
растает с уменьшением их жесткости, которую принято оценивать от-
ношением длины вала к его диаметру L/D. При L/D < 14 вал считается
жестким, при L/D = 14 4-35 - полужестким, и при L/D > 35 -не-
жестким.
277
Рис. 6.11 Конструк-
ция центрового от-
верстия
Рис. 6.12. Установка вала для
обработки центровых отверстий
1 — вал; 2 — призмы; 3 — сверло
Обтачивание валов ведут на токарно-валовых станках. Ввиду круп-
ных габаритов валов станки отличаются большой длиной, достигающей
40-50 мг Станки имеют две передние бабки, расположенные по концам
станины, две задние бабки, четыре суппорта. На них одновременно
можно обтачивать два вала. Такие крупные станки используют также
для спаривания двух валов, т. е. окончательной совместной обработки
болтовых отверстий во фланцах соединенных валов. При необходимости
одну переднюю и одну заднюю бабки можно снять со станины.
Для обтачивания заготовку вала устанавливают в центры станка,
вращение от шпинделя передается заготовке через поводковый привод
(рис. 6.13,а). Заготовку можно закрепить и в четырехкулачковом
патроне (рис 6.13,6), в этом случае рекомендуется между кулачками
и поверхностью заготовки поместить короткие стальные прутки 6 круг-
лого селения или шарики диаметром 15-20 мм, чтобы соединение полу-
чило характер шарнирного.
При обработке полужестких и нежестких валов применяют допол-
нительные опоры — люнеты, располагая их под заготовкой так, чтобы
расстояние между соседними опорами не превышало 12—15 диаметров
заготовки. Поскольку ось заготовки искривлена, люнет 1 используют
в сочетании с базовой муфтой 2, которая служит опорой вала на люнет
и необходима для обработки базовых поясков на вале. Муфту надевают
на вал 3 и выставляют при помощи отжимных болтов 4 в такое положе-
Рис. 6.13 Установка вала на токарном станке
ние, при котором ра-
диальное биение опор-
ного пояска 5 муфты
не превышает 0,02 мм.
Под обточенные базо-
вые пояски на вале
устанавливают люнеты
для дальнейшей обра-
ботки вала.
Отклонение от
круглости опорного
278
пояска базовой муфты не должно превышать 0,02 мм, а шероховатость
поверхности Ra =0,63 мкм. С такой же точностью обрабатывают базо-
вые пояски на валу. Высокая точность базовых поясков необходима
потому, что погрешности переносятся на обтачиваемые поверхности
вала.
Кроме базовых поясков обтачивают по длине вала несколько
контрольных поясков, которые используют для контроля прямолиней-
ности оси заготовки вала в процессе дальнейшей обработки.
Применение базовых муфт может потребоваться и при чистовом
обтачивании
При установке на люнеты нежесткого вала его прогиб устраняют
не полностью, а лишь на 20—25 %. При этом меньше нагреваются опорные
шейки заготовки Замечено также, что в этом случае увеличивается
виброустойчивость системы станок — заготовка — инструмент и умень-
шается деформация заготовки после обтачивания. Последнее связывают
с благоприятным действием значительных переменных напряжений
изгиба, возникающих при вращении изогнутого вала.
Черновое обтачивание ведут на производительных режимах при
глубине резания t =5 4-10 мм и даже 20 мм, подаче s =0,3 = 1,5 мм/об,
скорости резания v = 50= 120 м/мин.
При черновом обтачивании галтельные переходы вала выполняют
в виде конусных участков.
После чернового обтачивания проверяют криволинейность оси
заготовки и при необходимости заготовку правят.
При чистовом обтачивании глубина резания t =0,5 = 1,5 мм, подача
s = 0,1 = 0,3 мм/об, v = 150 = 200 м/мин.
Для отделочной обработки применяют точение широкими резцами
с большей продольной подачей s =5= 15 мм/об и глубиной резания
t =0,02 = 0,08 мм При этом получают поверхность с шероховатостью
R а = 1,25-= 2,5 мкм
Названные режимы применяют при обработке валов из стали с пре-
делом текучести от=500 МПа. При точении сталей, имеющих более
высокий предел текучести, а также при недостаточной виброустойчи-
вости системы станок — приспособление —
инструмент — деталь скорость резания умень-
шают.
Чистовую и отделочную обработку валов
из легированных, и особенно из коррозионно-
стойких сталей, выполняют и ротационным
точением. Метод основан на использовании
вращающегося круглого чашечного резца
(рис. 6.14) с цилиндрической или конической
передней поверхностью, установленного на
специальную оправку (на рисунке не пока-
зана) . Вращение резца вызывается силами
резания или создается отдельным приводом
Благодаря вращению резца режущая кромка
Рис. 6 14. Обтачивание
вала вращающимся круг-
лым чашечным резцом
1 — резец; 2 — вал
279
меньше нагревается, и резец имеет высокую стойкость. Параметры
режима резания при точении сталей 35Х, 38ХНМА глубина резания
t -0.3 4-0,8 мм, подача s = 1 мм/об, скорость резания v = 40 = 90 м/мин.
Шероховатость обработанной поверхности Ra =1,25 мкм
Для отделки поверхности вала с шероховатостью Ra = 0,63 =
= 1,25 мкм применяют полирование наждачным полотном йа токарном
станке.
Фасонные поверхности - галтельные и радиусные переходы - обра-
батывают на современных токарных станках копирным методом с
использованием плоских шаблонов. Возможно обтачивание галтелей
путем комбинации продольной и поперечной подач. При ручном управ-
лении механизмами подачи такая работа требует высокой квалификации
рабочего Радиусные переходы небольшой протяженности выполняют
также фасонными резцами с радиальной подачей, у которых длина
режущей кромки составляет 100—150 мм.
Обработку конической поверхности вала чаще всего производят
при настройке станка на заданную конусность пробными ходами, уста-
навливая поворотные салазки суппорта под углом к оси вращения вала
Конус гребного в^ла под гребной винт обтачивают окончательно
после упрочняющего обкатывания.
Окончательное обтачивание шеек гребного вала под облицовку,
конуса под гребной винт и коническую полумуфту часто выполняют
по фактическому размеру уже обработанной сопрягаемой поверхности
отверстия. На это нарушение принципа взаимозаменяемости идут, по-
скольку обработку отверстий больших размеров трудно выполнить
с необходимой точностью.
Резьбу на хвостовиках валов нарезают резцами в два перехода:
черновой (3 -8 ходов в зависимости от шага резьбы) и чистовой
(3—4 хода).
Упрочнение гребных валов обкатыванием. Эффективным и простым
методом повышения усталостной прочности и долговечности гребных
валов служит холодное обкатывание роликами, выполняемое после
чистового обтачивания валов. Обкатывание осуществляют свободно
вращающимся роликом, который прижимают к обрабатываемой поверх-
ности вращающегося вала. Процесс происходит с подачей ролика вдоль
обкатываемой поверхности. Режимы обкатывания и расположение
участков поверхности гребного вала, которые подлежат упрочнению,
установлены отраслевым стандартом Независимо от конструкции
гребного вала упрочняющему обкатыванию подвергают поверхности
вала в районах наиболее опасных сечений — в зоне перехода цилиндри-
ческого участка в конус под гребной винт, а также на участках под
насадку облицовок.
Увеличение выносливости в результате обкатывания объясняется
остаточными сжимающими напряжениями и наклепом (деформацион-
ным упрочнением) вследствие пластического деформирования роликами
материала поверхностного слоя вала. Остаточные сжимающие напряже-
ния суммируются с напряжениями от внешней нагрузки, при этом
280
растет среднее напряжение цикла, что благоприятно отражается на цикли-
ческой прочности. Наличие остаточных напряжений не только препятст-
вует возникновению усталостных трещин, но и замедляет их рост в слу-
чае появления Этим объясняется стремление получить при обкатывании
гребных валов упрочненный слой большой толщины - 10 мм и даже
более.
Уменьшение высоты микронеровностей поверхности в 2-5 раз,
происходящее при обкатывании, снижает концентрацию напряжений
от следов обтачивания, что также создает упрочняющий эффект. Однако
этот эффект при изготовлении гребных валов часто не используется,
поскольку, как правило, для получения точности размера обкатанную
поверхность обтачивают со снятием припуска 0,5-1,0 мм на диаметр
Обтачивание бывает необходимо иногда в связи с искривлением конца
вала после фрезерования шпоночного паза в упрочненом вале.
Обкатывание вдвое повышает предел выносливости валов в прессо-
вом соединении. В области ограниченной выносливости, как видно
из рис. 6.15, увеличение усталостной долговечности, измеряемой числом
циклов нагружения N до поломки, зависит от амплитуды а переменных
рабочих напряжений. При напряжениях чуть больше предела выносли-
вости (а_ 1)упР обкатанных валов долговечность увеличивается более
чем в 20 раз. При больших амплитудах напряжений изгиба, близких
к пределу текучести, упрочняющий эффект обкатывания заметен меньше.
При реальном нагрузочном спектре гребного вала, основную долю
которого составляют переменные напряжения, меньшие предела выносли-
вости, усталостная долговечность увеличивается многократно
Одним из наиболее важных параметров обкатывания является
Рис 6 15. Кривые усталости ва-
лов в прессовом соединении
Рис. 6.16 Основ-
ные геометри-
ческие парамет-
ры ролика для
обкатывания
I — неупрочненные валы, 2 —
валы, упрочненные обкатыва-
281
По мере увеличения усилия обкатывания толщина упрочненного слоя
и предел выносливости растут Однако такой рост предела выносли-
вости наблюдается лишь до некоторого значения усилия обкатывания,
превышение которого приводит к перенаклепу и снижению предела
выносливости
Усилие обкатывания назначается в зависимости от предела теку-
чести стали и диаметра вала и увеличивается с ростом названных пара-
метров
Усилие обкатывания зависит также от приведенного радиуса кри-
визны ролика г (рис. 6.16), определяемого из соотношения
1 1 1
--- =----+ --------,
Г /? ^проф
здесь /?проф — профильный радиус ролика; R — радиус ролика, R =D{2
Часто профильный радиус ролика в несколько раз меньше радиуса
ролика, поэтому можно считать, что г ~ Япроф-
При малом значении профильного радиуса даже небольшое усилие
вызывает пластическое деформирование материала поверхностного
слоя. Однако толщина упрочненного слоя мала, и увеличить ее за счет
повышения силы прижима ролика не удается, так как „острый” ролик
может разрушить обкатываемую поверхность. Чтобы увеличить усилие
обкатывания и получить большую толщину упрочненного слоя, следует
увеличить профильный радиус. Обычно упрочняющие ролики, применяе-
мые для обкатывания гребных валов, имеют /?прОф=10^20 мм.
В двухроликовом приспособлении один ролик - упрочняющий,
а второй - сглаживающий с профильным радиусом 100 мм Сглажи-
вающий кролик расположен с противоположной стороны вала и смещен
относительно упрочняющего вдоль оси вала на несколько миллиметров
При использовании двухроликового приспособления усилие обкатыва-
ния, достигающее 100 кН и более, не передается на шпиндель передней
бабки и заднюю бабку.
Шероховатость поверхности под обкатывание не должна быть грубее
Rz =10-^16 мкм.
Упрочнение выполняется за один рабочий ход без остановки враще-
ния вала и выключения продольной подачи. В зону контакта роликов
с валом подается машинное масло для уменьшения сил трения. В начале
обкатывания усилие увеличивают плавно до номинального значения
на участке длиной 0,1 диаметра упрочняемого вала и так же плавно
уменьшают при окончании обкатывания.
Ролики изготовляют из инструментальной стали для получения
твердости поверхности не ниже HRC62 4-64, например из сталей П1Х12,
П1Х20. Рабочая поверхность роликов должна быть очень гладкой
Rz =0,10^-0,80 мкм.
В заключение приведем данные об обкатывании двухроликовым
приспособлением гребных валов диаметром 780 мм, изготовленных
из стали 38ХНЗМФА с пределом текучести около 700 МПа. усилие
282
обкатывания 160 кН, скорость обкатывания 20—25 м/мин, подача 0,3—
0,4 мм/об, расход масла при обкатывании 5 л/ч.
Насадка облицовок на гребной вал. Насадку облицовок на гребной
вал чаще всего выполняют с нагревом до температуры 250-300 ° С.
Для нагрева используют печи или съемное устройство, состоящее из
нескольких секций, образованных намоткой нихромовой проволоки.
При нагреве облицовок крупных гребных валов нагревательное устройст-
во содержит секцию, устанавливаемую внутри облицовки. Наружную
поверхность и торцы облицовки покрывают асбестовым полотном
или кожухами. Скорость нагрева составляет 50—100 град./ч. Температу-
ра контролируется термопарами, которые устанавливают в засверленные
отверстия в облицовке и завальцовывают. Глубина отверстий не должна
быть больше припуска, удаляемого при обтачивании облицовки после
ее насадки на гребной вал. Допускается припаивать термопары к поверх-
ности облицовки.
При насадке тепловой зазор, образовавшийся вследствие различия
температур вала и облицовки, невелик, и, если облицовка длинная,
имеется опасность, что при перемещении вдоль вала она остынет и за-
клинится прежде, чем достигнет расчетного положения. Чтобы облег-
чить насадку длинных облицовок, ее так же как и нагрев, производят
при вертикальном положении гребного вала. Если высота цеха недоста-
точна, то оборудуют яму с бетонным основанием (рис. 6.17).
Иногда для упрощения процесса насадки длинной облицовки со-
прягаемые поверхности вала и отверстия облицовки выполняют двух-
и трехступенчатыми с разностью диаметров ступеней 1,5-3,0 мм. Это
уменьшает длину перемещения при
малом зазоре соединяемых деталей
и снижает риск преждевременного
заклинивания.
Положение, в котором облицовка
1 (см. рис. 6.17) фиксируется на вале 2
в процессе насадки, задается упором.
Короткие облицовки нагревают
и насаживают в горизонтальном по-
ложении.
Облицовку длиной свыше 4 м,
после того как она достигла расчет-
ного положения на вале, подвер-
гают с одного конца или посередине
интенсивному охлаждению сжатым
воздухом. Этим предотвращается од-
новременный контакт концов обли-
цовки с валом при остывании прежде,
чем такой контакт образуется посе-
редине.
Контроль прилегания облицовки
к гребному валу производят после
Рис. 6 17 Насадка облицовки при
вертикальном положении гребного
283
полного охлаждения, обстукивая облицовку по всей поверхности. При
наличии местного дребезжащего звука, указывающего на плохое при-
легание в данном районе, заключение о годности принимается с участием
представителя проектанта.
Применяется также монтаж облицовок в холодном состоянии
на клеевых эпоксидных составах холодного отверждения. Конструкция,
предусматривающая диаметральный зазор 1—2 мм для клеевой про-
слойки, позволяет снизить требования к точности обработки деталей
под сборку и уменьшить трудоемкость изготовления.
Подача клея в зазор и выход вытесняемого воздуха осуществляются
через резьбовые отверстия в облицовке около торцов. Ввиду длитель-
ности процесса полимеризации эпоксидного клея, который при темпера-
туре 20°C продолжается 10 сут, может быть применен подогрев до
температуры 45—55 °C в течение 4—5 ч, что ускоряет процесс- После
заливки в зазор клеевого состава поддерживают давление 2,5—3,0 МПа
для создания упругой деформации облицовки. При полимеризации
клея происходит его усадка, и запас упругой деформации облицовки
позволяет предотвратить радиальные растягивающие напряжения в кле-
евой прослойке и даже обеспечить контактное давление 1,0-1,5 МПа
на затвердевший слой клея. . '
Нанесение защитных покрытий из стеклопластика на гребные и
дейдвудные валы. Участки поверхности дейдвудного и гребного валов
между бронзовыми облицовками защищают при помощи покрытия
из стеклопластика, срок службы которого составляет 10 лет- Толщина
покрытий на дейдвудном валу устанавливается 1,5-3,5 мм, на гребном
валу вне корпуса судна - 2,5-5,5 мм.
Поверхность вала 1 под покрытие, а также поверхности выточки
и козырЬка облицовки 2 (рис. 6.18) очищают от жировых и других
загрязнений, вал подогревают до температуры 30-45 ° С с помощью
электронагревателя или сухим горячим воздухом. В качестве грунто-
вочного состава применяется эпоксидная шпатлевка марки ЭП-0010.
Грунтовочный состав наносят на поверхность медленно вращающе-
гося вала жесткой кистью или резиновым шпателем вручную тонким
слоем толщинойле более 0,5 мм равномерно. Грунтовочный слой выдер-
Рис. 6.18. Конструкции концов облицовки для защиты стекло-
пластиком поверхности вала между облицовками
284
живают 30-40 мин до состояния „отлипа”, после чего, если толщина
торцов облицовки больше 5 мм (рис. 6.18,а), их заделывают вручную
стеклоармирующим материалом, пропитанным эпоксидным связующим.
Для заделки торцов необходимо выточки облицовок и прилегающие
участки вала намазать эпоксидным связующим и плотно обмотать
предварительно пропитанной связующим стеклотканью шириной
80-200 мм в 4-5 слоев.
Далее на поверхность вала между облицовками поверх грунтовоч-
ного слоя наносят вручную слой эпоксидного связующего и наматывают
послойно стеклоткань полосами шириной 80-200 мм по спирали вна-
хлестку с перекрытием слоя до 50 мм. Каждый последующий слой
по отношению к предыдущему наматывают в противоположном на-
правлении.
При механизированном методе намотку выполняют предварительно
пропитанной стеклотканью. При ручном методе сначала наматывают
сухой слой стеклоткани и затем пропитывают его эпоксидным связую-
щим кистью или резиновым шпателем.
Стеклоткань должна быть тщательно пропитана. В случае обнару-
жения воздушного пузыря ткань отгибают или прорезают и пропиты-
вают связующим.
Количество слоев для получения покрытия необходимой толщины
определяют из условия, что толщина одного слоя при использовании
стеклотканей марок Т-11-752, Т-11-ГВС-9 и ЛЭС-0,2-50 составляет при-
близительно 0,4, 0,5 и 0,16 мм.
После намотки последнего слоя покрытия у валов с толщиной
облицовки менее 5 мм (рис. 6.18,5) заделывают козырек облицовки.
Для этого козырек обжимают до соприкосновения с поверхностью
покрытия и дополнительно на козырьки и прилегающие к ним участки
вала длиной 100-150 мм наносят 3-4 слоя стеклоткани, пропитанной
связующим.
По окончании намотки вал выдерживают в течение 20 ч для отверж-
дения покрытия при температуре не ниже 16 ° С, причем первые 2—3 ч
при вращении вала. Затем зачищают поверхность покрытия от потеков
и неровностей с помощью пневматической шлифовальной машины
и наносят поверхностный декоративный слой связующего с алюми-
ниевой пудрой.
Выдержка до полного отверждения защитного покрытия произ-
водится в течение 10 сут при температуре не ниже 16 ° С, причем первые
4-«-5 ч при вращении вала. Для ускорения процесса отверждения можно
провести термическую обработку покрытия по режиму: 8 ч при 60 ° С,
далее 2 ч при 80 ° С. Термическую обработку начинают не ранее чем
через 24 ч после нанесения декоративного покрытия.
Часть работ по нанесению защитного покрытия, например на глухое
коническое соединение гребного вала с дейдвудным, приходится выпол-
нять на стапеле без вращения вала. Эпоксидное связующее для этих
условий приготовляют с добавлением аэросила. Намоткой стеклоткани
должны быть заняты не менее двух рабочих, находящихся с противо-
285
положных сторон вала и осуществляющих натяг материала. В остальном
технология аналогична выполняемой в цеховых условиях при ручном
методе намотки.
Работа по нанесению стеклопластикового покрытия на вал ведется
с соблюдением следующих правил техники безопасности. Помещение
или участок для приготовления эпоксидного, связующего и для раскроя
стеклоткани должны быть оборудованы вытяжной вентиляцией. Отдел-
ка помещений должна позволять систематическую влажную уборку.
Удалять пыль сжатым воздухом запрещается, следует использовать
для этих целей пылесос. Для защиты органов дыхания при работе с
эпоксидными составами, а также от пыли, выделяющейся при резке
стеклоткани и при зачистке поверхности защитного покрытия, применя-
ют респиратор. Для защиты рук используют перчатки или защитные
пасты. Очистку кожных покровов от загрязнений эпоксидным связую-
щим производят ватой или ветошью, смоченной в жидкости следующего
состава, % по массе: ,
Глицерин по ГОСТ 6824-75 .................................. 10
Аммиак водный 25 %-ный по ГОСТ 9-77......................... 4
Спирт этиловый по ГОСТ 11547-80 ........................... 62
Вода кипяченая............................................. 24
Обработка болтовых отверстий во фланцах. Отверстия обрабаты-
вают в две операции на двух станках. Предварительная обработка от-
верстий производится на координатно-сверлильном или универсальном
горизонтально-расточном станке сверлением и зенкерованием или свер-
лением и растачиванием. Заготовку вала устанавливают на призмах,
выверяя положение заготовки по шпинделю; допустимая неперпенди-
кулярн^сть оси шпинделя к торцу 0,05 мм на диаметре фланца. Наиболее
проста обработка на координатно-сверлильном станке. Если же исполь-
зуется универсальный горизонтально-расточный станок, то для задания
положения отверстий требуется кондуктор или разметка. На оконча-
тельную обработку оставляют припуск 1,5—2,0 мм.
Окончательную обработку болтовых отверстий выполняют сов-
местно в двух фланцах, стянутых технологическими болтами, на то-
карно-валовом станке (рис. 6.19). Эту операцию называют спариванием
валов.
Один вал устанавливают в кулачках планшайбы 7 и на люнет 10.
Индикатором 8 контролируют радиальное биение контрольного пояска
на конце вала со стороны планшайбы, которое не должно превышать
0,03 мм Положение другого конца вала регулируют люнетом для полу-
чения параллельности оси вала и направляющих станка. Параллель-
ность контролируют, измеряя расстояние от поверхности вала по кон-
цам: в вертикальной плоскости — до направляющих 9 станка, в гори-
зонтальной плоскости — до реперной площадки на суппорте.
Между кулачками планшайбы и поверхностью вала 4 помещают
стальные шарики 2 диаметром 20—25 мм и пластинки меди 3. Шарики
обеспечивают гибкость соединения, а пластинки предотвращают повреж-
286
дение окончательно обработанной поверхности вала от вдавливания
шариков.
Второй вал 7 устанавливают на люнеты и прицентровывают его
к первому валу, контролируя радиальное биение фланца присоеди-
няемого вала индикатором 5 и параллельность его оси направляющим
станка. При контроле радиального биения одного фланца относительно
другого между торцами должен быть зазор. Если центрирующая выточка
на торце фланцев обработана с допуском НТ, то биение фланцев не про-
веряют, так как их соосность обеспечивается с необходимой точностью
центрирующей шайбой 6. При стягивании фланцев учитывают их торце-
вое биение- выступ на торце одного фланца (в пределах допуска торце-
вого биения) располагают напротив впадины на торце другого фланца.
При обработке отверстий валы неподвижны. Для обработки исполь-
зуют расточное устройство, закрепленное на суппорте токарного станка
(рис. 6.20). Подача осуществляется суппортом. Одно отверстие осво-
бождается от болта и растачивается в два перехода: черновой (два хода)
и чистовой. При чистовом растачивании снимается припуск 0,1—0,2 мм.
Наряду с растачиванием применяется также зенкерование с последующим
Рис 6.20 Растачивание бол-
товых отверстий во фланцах
при спаривании валов
Рис 6 21 Установка вала для
фрезерования шпоночного
1 — фреза; 2 — вал; 3 —
призмы
287
черновым и чистовым развертыванием. Особенно часто развертывание
используется при обработке конических отверстий. При чистовом раз-
вертывании следует применять смазочно-охлаждающую жидкость.
В обработанное отверстие вставляют штатный болт и затягивают
его. Последовательно обрабатывают остальные отверстия, освобождая
их от технологических болтов и располагая напротив расточного уст-
ройства. В обработанные отверстия по мере их готовности устанавли-
вают штатные болты.
Спаривание валов завершается обтачиванием в один размер наруж-
ной поверхности стянутых фланцев.
Обработка шпоночного паза. Шпоночный паз на конусе вала обра-
батывают по разметке на вертикальных консольно-фрезерных станках.
Обработку пазов на гребном вале производят после упрочняющего
обкатывания. Вал устанавливают на призмах, так чтобы образующая
конической поверхности конического конца вала была параллельна
ходу шпинделя при фрезеровании (рис. 6.21).
По глубине паз фрезеруют окончательно. На боковых поверхностях
оставляют припуск 0,1— 0,3 мм, удаляемый при ручной слесарной при-
гонке шабрением. Вручную разделывают и конец шпоночного паза
на конусе под гребной винт для придания ему ложкообразной формы
(рис. 6.22).
Для контроля шпоночного паза применяют калибр, позволяющий
проверять точность размеров и расположения паза.
Сборка прессового конического соединения полумуфты с валом.
Вал собирают с фланцевой полумуфтой с помощью гидравлического
домкрата (рис. 6.23). Корпус гидродомкрата 4 фиксируют на резьбовой
втулке 3, навернутой на резьбовой конец вала 7. При подаче масла
под'псфшень 5 последний насаживает фланцевую полумуфту 2 на конус
вала, чем создается диаметральный натяг. Для снижения осевого усилия
А-А Б-Б
Рис. 6.22. Конструкция шпоночного паза с ложкообразной раз-
делкой на конусе гребного вала под гребной винт
288
при сборке применяют гидро-
прессовый метод напрессовки,
который предусматривает на-
садку осевым усилием с одно-
временной подачей масла под
давлением на сопрягаемые ко-
нические поверхности через
штуцер 6. Коэффициент трения
при этом становится весьма
малым, и требуемое осевое
усилие снижается в несколько
раз.
Допускается производить
напрессовку осевым усилием
без подачи масла под давле-
нием на сопрягаемые поверх-
ности, при этом необходима
смазка поверхностей.
В случае применения щпон-
Рис. 6.23. Сборка вала с фланцевой полу-
муфтой
ки в прессовом соединении
контактное давление назначают 26 МПа, а для валопровода дизельной
установки несколько больше — 30 МПа — в связи с пульсациями кру-
тящего момента из-за крутильных колебаний, которые неизбежны в
дизельных установках при переходе через критические значения частоты
вращения.
Сборке предшествует расчет натяга, необходимого для создания
расчетного контактного давления.
В случае бесшпоночного соединения полумуфты с валом контакт-
ное давление должно быть достаточным для передачи крутящего мо-
мента за счет сил трения. Для расчета контактного давления используют
выражение для момента сил трения Мт, Н • м, на поверхности конуса
MT=qfTF£)cp/2, (6.1)
где q - контактное давление, Па; /т - коэффициент трения, для соеди-
нения стальных деталей /т =0,15; F - площадь поверхности конуса, м2
Dcp - диаметр конуса в среднем по длине сечении, м.
При эксплуатации валопровода возможны перегрузки, поэтому
момент сил трения Мт приравнивают крутящему моменту при «-крат-
ных перегрузках Мп (М - номинальный крутящий момент, п = 4,2 = 7,2
в зависимости от условий плавания).
Подставив в формулу (6.1) значение М^=Мп и значение F =
= LTtDcp (L — длина конуса), получим выражение,,для контактного
давления, позволяющего передавать крутящий момент за счет сил трения:
2 Мп
f^D2cpn
10 Зак.2165
289
Если расчетное значение оказЫВаетсяменьше 40 МПа, то для обеспе-
чения стабильности коэффициента трения при эксплуатации контактное
давление назначают 40 МПа. Наибольшее допустимое контактное давле-
ние в бесшпоночном соединении вала с гребным винтом — 80 МПа,
с полумуфтой - 120 МПа.
Диаметральный натяг 5Д, м, необходимый для создания требуемого
контактного давления, рассчитывают по формуле Ляме:
6д = </Дср(С1/£ + С2/Е),
где Е - модуль упругости стали - материала вала и полумуфты, Па;
Ci, С2 — коэффициенты жесткости вала и полумуфты, зависящие от
соотношения между наружными диаметрами насаживаемой детали,
вала и диаметрами их отверстий,
l+(d/£>cp)2 „ 1 +(DCp/£>„)2
Ci = :------— - д; С2 ------------— + ц
l-(d/Dcpy 1-^ср/^н)2
Здесь d — диаметр расточки вала, м; DH — наружный диаметр полу-
муфты в среднем по длине сечении, м; д = 0,3 - коэффициент Пуассо-
на для стали.
При напрессовке конической полумуфты контролируют индикато-
ром 1 (см. рис. 6.23) ее осеВое перемещение 5ос=5д/£ (к - конус-
ность, обычно к-1.15). Отсчет осевого перемещения начинают после
установки конической полумуфты в начальное положение осевым
усилием Q о, Н, определяемым по формуле
Go=?oF(/o+0,5 к),
где q0 — контактное давление на сопрягаемых конических поверхностях
при установке полумуфты В начальное положение, = 1 >5 • Ю6 Па;
/о — коэффициент трения при установке полумуфты в начальное поло-
жение,/^ =0,07 в случае стальных полумуфты и вала.
После перемещения полумуфты по конусу вала на расчетную вели-
чину снимают давление маСла, подаваемого на сопрягаемые поверхности,
а через 10-15 мйн снимают давление масла в домкрате. Выдержка
10-15 мин необходима для стекания масла с поверхности сопряжений.
Для облегчения дросселирования следует применять масло низкой
вязкости.
После демонтажа индикатора, маслопроводов и домкрата на резьбо-
вой хвостовик вала устанавливают концевую гайку.
Для разборки соединения концевую гайку отворачивают на 5—10 мм,
на поверхность сопряжения подают масло под давлением. Масляная про-
слойка между сопрягаемыми поверхностями значительно снижает силы
трения, и Под действием осевой составляющей сил давления полумуфта
сходит с вала.
290
Подача маой'ПоД давлением на сопрягаемые поверхности при сбор-
ке и разборке создает напряжения в материале деталей соединения,
причем наибольшие приведенные напряжения возникают на поверхностях
отверстий полого вала и полумуфты. Давление масла при сборке и раз-
борке соединения не должно быть больше максимально допустимого
расчетного значения, превышение которого вызывает в материале по-
лумуфты и полого вала пластические деформации.
Если под действием предельно допустимого давления распрессов-
ки бесшпоночного соединения не произошло, то следует применить
гидродомкрат для создания дополнительного осевого усилия. При
разборке шпоночного соединения домкрат требуется всегда.
При сборке и разборке прессовых соединений производится расчет
для проверки прочности хвостовика вала на отрыв и резьбы на срез
при действии осевой силы, развиваемой гидро домкратом.
Градуирование валов. В процессе эксплуатации судового валопро-
вода требуется определять мощность на валу с точностью ± 2 %. Мощ-
ность N, Вт, вычисляется как произведение крутящего момента М,
Н • м. на частоту вращения вала ни /30, рад/сек:
N = Mirn/30,
здесь п — частота вращения вала в об/мин.
Определение частоты вращения вала не представляет трудности
и производится тахометром с достаточной точностью. Более сложно
найти крутящий момент. Используют два способа измерения крутящего
момента на валу.
Первый способ основан на градуировании одного из промежуточных
валов, как правило, кормового. Градуирование выполняется в цехе
изготовления судовых валов и состоит в снятии характеристики кру-
тящий момент — угол закручивания вала. Для этого на специальном
стенде вал нагружают крутящим моментом и с помощью торсиометра
измеряют деформацию закручивания вала. Полученная при градуирова-
нии характеристика используется при эксплуатации валопровода для
определения крутящего момента по измеренной деформации закручи-
вания вала. Для нахождения крутящего момента с высокой точностью
при эксплуатации служит тот же торсиометр, который применялся
при градуировании вала. Градуирование характеризуется большой
трудоемкостью; выполняется в течение рабочей смены. К тому же гро-
моздкий стенд занимает значительную площадь цеха.
По второму способу крутящий момент М, Н • м, по измеренному
значению деформации закручивания р, рад, рассчитывается по известной
из сопротивления материалов формуле
M=p(GJp/L),
где G - модуль упругости при сдвиге, Па; Jp - полярный момент инер-
ции сечения вала, м4; L — длина участка вала, на котором измеряется
деформация закручивания, м.
10*
291
Для вычисления крутящего момента по
приведенной формуле нельзя использовать
значение модуля сдвига G, взятое из спра-
вочника, ввиду недостаточной точности
приводимых в них данных. Модуль упру-
гости находят для каждого вала, используя
зависимость скорости v, м/с, распростра-
нения ультразвуковых волн сдвига в стали
от ее модуля упругости G, Па, и плотности
р, кг/м3 : v = у/G/р. Из этой формулы
G =v2 р.
Скорость распространения ультразву-
ковых сдвиговых колебаний определяется
Рис. 6.24. Схема измерения
скорости распространения
ультразвуковых волн сдвига
в материале вала
как отношение длины пути ультразвуко-
вого импульса в материале вала ко времени
прохождения пути. Время прохождения
импульса измеряют с помощью ультразву-
ковой установки, в которой используются
отечественные ультразвуковой анализатор скорости типа УЗАС-7 и
генератор типа ПГК-1ВМ- Рабочий диапазон частот принят 1—3 МГц. В
качестве пьезоэлектрических преобразователей, служащих для излучения
и приема ультразвуковых импульсов поперечных волн, применяют
кварцевые пластинки или пластинки из титаната бария.
На рис. 6.24 пояснена схема измерений. Пластина 1 излучает импульс
ультразвуковых колебаний, а пластина 2 принимает импульс, прошед-
ший по показанной на рисунке траектории квадрата. Кварцевые пластин-
ки закрепляют на стальной призме, а пластинки из титаната бария -
на призме из оргстекла. Призму д устанавливают на вал 4.
При измерениях на полом валу, когда отношение диаметра отверстия
к диаметру вала более 0,7, импульс направляют по траектории шести-
угольника.
Плотность материала, кг/м3, необходимую для вычисления модуля
сдвига, находят взвешиванием или по формуле, связывающей плот-
ность с химическим составом стали,
где рж —плотность железа, кг/м3, рж =7,874; х, —содержание z-ro
химического элемента, %; Д,- — приращение плотности стали, вызывае-
мое присутствием одного процента z-ro химического элемента; Д,- для
углерода - 0,023, кремния - 0,06. марганца - 0,01, никеля - 0,007, ме-
ди - 0,006, хрома - 0,009 кг/м3; п - число химических элементов
в составе стали.
Достоинства ультразвукового метода измерения модуля сдвига
в сравнении с градуированием заключаются в значительно меньшей
трудоемкости, использовании компактных приборов и возможности
292
проводить измерения в цехе, на стапеле и в эксплуатационных усло-
виях.
Типовой технологический процесс изготовления составного гребного
вала с фланцевой полумуфтой приведен в табл. 6.1.
Таблица 6.1. Типовой технологический процесс изготовления составного
гребного вала с фланцевой полумуфтой
Операция Станок или рабочее место
Слесарная Расконсервировать и проверить отвер- стие заготовки; окрасить поверхность отверстия Стенд
Расточная. Обработать центровые отверстия (или Универсальный горизонталь-
расточить центрирующие выточки) но-расточный
Токарная. Обточить начерно Токарно-валовый
Правочная. Выправить заготовку Стенд
Естественное старение заготовки -
Токарная. Обточить начисто поверхности вала под упрочняющее обкатывание; упрочнить о вкатыва- нием Токарно-валовый
Токарная. Обточить начисто поверхности вала под насадку облицовок То же
Слесарная. Насадить облицовки Стенд
Токарная. Обточить начисто поверхность облицов- ки, конусов; нарезать резьбу Токарно-валовый
Фрезерная. Отфрезеровать шпоночные пазы Фрезерный
Слесарная. Пригнать шпоночные пазы; собрать вал с конической полумуфтой, имеющей предваритель- но обработанные болтовые отверстия во фланце Стенд
Слесарная. Нанести гидрозащитное стеклопласти- ковое покрытие То же
Токарная. Собрать гребной и промежуточный валы; Токарно-валовый с расточ-
расточить болтовые отверстия во фланцах совмест- ным устройством для обра-
но; обточить фланцы; разобрать валы ботки болтовых отверстий во фланцах
Маркировочная. Отмаркировать вал и полумуфту Стенд
Малярная Окрасить наружные поверхности То же
Консервировать вал
Упаковочная Упаковать вал -
293
6.3. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ДЕЙДВУДНЫХ ТРУБ И ОБЛИЦОВОК
Конструкция дейдвудных труб. Дейдвудная труба устанавливается
в кормовой оконечности корпуса судна и служит для размещения под-
шипников дейдвудного вала. Через дейдвудную трубу вал выходит
за пределы корпуса судна. На одновинтовом судне трубу 3 (рис. 6.25)
вставляют с носовой стороны, крепят фланцем к наварышу, а с кормо-
вого конца, на котором нарезана резьба, прижимают гайкой 1 к ахтер-
штевню 2. Дейдвудную трубу бортового валопровода можно вставлять
как с носовой, так и с кормовой стороны; последний вариант создает
большие удобства при доковых работах. Чтобы предотвратить попадание
воды внутрь корпуса судна, устанавливают сальники: на носовом конце
дейдвудной трубы в устройствах с неметаллическим дейдвудным
подшипником с водяной смазкой и охлаждением - один сальник 7; с
металлическим подшипником с масляной смазкой — два — носовой 7
и кормовой 9 (рис. 6.26).
Вварную дейдвудную трубу кормовым концом вваривают в яблоко
ахтерштевня, а носовым крепят к кормовой непроницаемой переборке
аналогично вкладной трубе. Заготовками дейдвудных труб могут слу-
жить стальные кованые трубы и отливки из серого и модифицированно-
го чугуна или углеродистой стали. Заготовки получают также, сваривая
литые, кованые части и части, полученные из листового проката при
помощи штамповки или гибки на вальцах. При использовании сварки
содержание углерода в стали ограничено 0,23 %.
Конструкция облицовок. Облицовки представляют собой тонко-
стенные цилиндрические втулки, насаживаемые на шейки гребных
и дейдвудных валов в месте расположения опорных подшипников.
Облицовка имеет толщину, приблизительно равную 1/20 диаметра
вала, и применяется для защиты вала от истирания и коррозионного
действия воды в случае применения неметаллических дейдвудных
подшипников.
На крупнотоннажных судах длина облицовок достигает 6-7 м.
Чаще всего в качестве материала облицовок применяют бронзу
марки БрО1ОЦ2, отличающуюся высокими антифрикционными ка-
224
Рис 6 26 Дейдвудное устройство с металлическим подшипником с мас-
ляной смазкой
чествами, коррозионной стойкостью и имеющую достаточно хорошие
литейные и механические свойства. Валы малого диаметра защищают
также облицовками из латуни ЛЦ40МцЗЖ.
Высокое качество материала заготовки получают при литье обли-
цовки центробежным способом. Если возможность получить отливку
необходимой длины отсутствует, две-три части соединяют кольцевым
швом. Сварку рекомендуется проводить до насадки на вал, чтобы избе-
жать растягивающих сварочных напряжений в облицовке.
Наплавку на поверхность вала защитного слоя из коррозионно-
стойкого материала вместо напрессовки облицовки применяют реже,
поскольку процесс наплавки создает в поверхностном слое остаточные
растягивающие напряжения, снижающие предел выносливости гребного
и дейдвудного валов.
Требования к обработке. Диаметр наружных посадочных поверх-
ностей дейдвудной трубы выполняют по 7—8-му квалитетам. Часто
из-за большой погрешности растачивания соответствующих отверстий
в стапельных условиях наружные посадочные пояски трубы обрабаты-
вают по фактическим размерам отверстий для получения натяга в диапа-
зоне от нуля до нескольких сотых миллиметра.
Диаметры отверстий дейдвудной трубы под запрессовку подшип-
ников обрабатывают с допускомНТ-Н 8.
Диаметр отверстия облицовки растачивают с допуском Я8 или
с меньшей точностью, но в последнем случае для получения необходимо-
го натяга в соединении поверхность вала обрабатывают по фактическому
размеру отверстия облицовки.
Наружную поверхность облицовки обрабатывают с допуском диа-
метра по 12-му квалитету. Напомним, что облицовку обтачивают оконча-
тельно для получения необходимого зазора в дейдвудном подшипнике
после ее насадки на дейдвудный вал.
Допустимые овальность посадочных поясков дейдвудной трубы
и отверстия облицовки, а также конусообразность задаются по нормаль-
295
Рис 6 27 Растачивание заготовки
на расточном станке
1 — колонна станка; 2 — шпиндель-
ная бабка; 3 — борштанга; 4,7 —
резцовые головки; 5 — заготовка,
б — опоры, 8 — стойка
ной относительной геометрической точности и составляют соответственно
0,03—0,05 мм и 0,03—0,05 мм на длине посадочного пояска.
Допустимая несоосность наружных и внутренних посадочных поверх-
ностей дейдвудной трубы составляет 0,03—0,08 мм, причем большие
значения относятся к дейдвудным трубам с большим отношением длины
к диаметру Допустимое торцевое биение поверхностей дейдвудной
трубы зависит от диаметра и составляет от 0,10 до 0,15 мм.
Шероховатость Ra наружных посадочных поверхностей трубы
составляет 2,5—5 мкм, посадочных отверстий трубы — 5—10 мкм, обли-
цовки — 2,5 мкм.
Обработка дейдвудных труб и облицовок. Процесс обработки
облицовок и дейдвудных труб начинают с разметки исходной заготовки
Проверяют наличие достаточных припусков
После разметки облицовок и дейдвудных труб в торцах этих дета-
лей растачивают на универсальном горизонтально-расточном станке
пояски под запрессовку заглушек, в которых обрабатывают центровые
отверстия, служащие базой при обтачивании наружных поверхностей
Обтачивание производят на токарно-валовом станке.
Наружные посадочные поверхности на дейдвудных трубах часто об-
тачивают окончательно после растачивания соответствующих отверстий
на строящемся судне Благодаря этому проще получить необходимый
характер соединения, хотя нарушается принцип взаимозаменяемости.
296
Дейдвудные трубы и облицовки растачивают на расточном станке
(рис. 6.27), устанавливая заготовки на опоры 6. Заготовка 5 при растачи-
вании неподвижна, борштанга 3 вращается и имеет продольную подачу.
Такая схема предусматривает установку заготовки на два базовых пояска,
которые обтачивают с допуском h9 и шероховатостью Ra =1,0 мкм.
Растачивание можно выполнять Также на специальном горизонталь-
но-расточном станке (рис. 6.28). Заготовка 6 крепится в шпиндельной
бабке 2, а в случае большой длины заготовки дополнительной опорой
служит люнет 5. Растачивание производится при вращении заготовки,
подача невращающейся борштанге 8 сообщается стеблевой бабкой 1,
которая перемещается по станине 9- На станке можно обрабатывать
корпусные детали, неподвижно установленные на станине 7, вращаю-
щейся борштангой.
Технические характеристики станка
Габариты станка, м...... ........................34 х 4 х 2,6
Диаметр растачиваемых отверстий, мм...................... 380-900
Наружный диаметр заготовки, мм ........................ 450-1000
Наибольшая длина заготовки, мм............................ 8000
Частота вращения шпинделя бабки изделия, об/мин....... 3-100
Продольная подача, мм/об.................................. 1-200
При отсутствии в цехе расточных станков растачивание облицовок
выполняют на токарно-валовых станках с помощью специальной бор-
штанги
Для проверки плотности материала облицовки и дейдвудные трубы
после обработки проходят гидравлическое испытание. Испытуемые
детали на стенде закрывают с торцов заглушками, заполняют водой,
после чего поднимают давление до 200 кПа. Такое давление поддержи-
вают 10 мин и в течение этого времени тщательно осматривают наруж-
ную поверхность При обнаружении течи дефектные места вырубают
и заваривают, после чего повторно испытывают.
6.4. ИЗГОТОВЛЕНИЕ И МОНТАЖ ПОДШИПНИКОВ
ДЕЙДВУДНЫХ УСТРОЙСТВ
6.4.1. Конструкция дейдвудных подшипников
Надежность дейдвудных устройств в значительной степени опре-
деляется правильным выбором материала дейдвудных подшипников,
качеством их изготовления и монтажа. Наиболее распространены в
настоящее время неметаллические подшипники скольжения с охлажде-
нием и смазкой водой. Использование металлических подшипников
с антифрикционным слоем из баббита сопряжено с большими трудностя-
ми исключения утечек за борт смазочного масла, что совершенно недо-
пустимо из-за возрастающих экологических проблем мирового океана.
Конструкция подшипников зависит от антифрикционного материа-
ла, технологии его переработки в изделие и условий работы. В настоящее
297
время в судостроении широко применя^от.два .конструктивных типа
неметаллических подшипников с охлаждением и смазкой водой: набор-
ные из отдельных вкладышей и монолитные в виде цилиндрических
втулок.
Вкладыши наборных подшипников набирают в гладкорасточенные
втулки из бронзы, латуни или коррозионно-стойкой стали по схеме
„бочка” с фиксацией двумя-тремя стопорными планками (рис. 6.29,а).
Другая конструкция предусматривает установку вкладышей в пазы,
фрезерованные во втулке и имеющие профиль „ласточкин хвост”
(рис. 6.29,5).
Втулки могут быть цельными или разъемными. Разъемная состоит
из двух половин - верхней и нижней; плоскость разъема имеет уклон
1—3 мм к корме для удобства сборки и разборки. Все наборные под-
шипники выполняют с увеличенным зазором в сопряжении с валом
1 - втулка; 2 - крышка; 3— вкладыши; 4 - упорная планка; 5 - болт
298
и продольными канавками1'по -стЫкам вкладышей. Канавки служат
для прохода через подшипник значительного объема охлаждающей
воды, а также для выноса механических примесей, попадающих в под-
шипник. Однако наличие канавок в зоне контакта подшипника с валом
исключает возможность образования гидродинамической смазки, что
приводит к снижению работоспособности подшипника.
Разработанные в последнее время так называемые металлопласт-
массовые подшипники скольжения позволяют устранить этот недоста-
ток и значительно повысить ресурс подшипника за счет уменьшенного
зазора в сопряжении вал — подшипник. Металлопластмассовый набор-
ный подшипник (рис. 6.30) состоит из металлической обоймы, пласт-
массовых вкладышей особой формы и несущих планок (рис, 6.30,6).
Технология набора пластмассовых вкладышей обеспечивает предвари-
тельное сжатие материала до 20—40 МПа и стабильность внутреннего
диаметра D подшипника. Это позволяет эксплуатировать металлопласт-
массовые подшипники с зазорами, равными зазорам в металлических
подшипниках, что способствует образованию гидродинамической смаз-
ки, приводит к снижению контактных нагрузок на антифрикционный
материал, к повышению изностойкости подшипников и увеличению
долговечности дейдвудных устройств.
Подшипники монолитной конструкции (рис. 6.31) изготовляют
из капролона или резины. При использовании блочного капролона
подшипник вытачивают из заготовки, имеющей форму трубы или бол-
ванки, при литьевом способе — отливают в пресс-форму под давлением;
резиновые подшипники изготовляют путем нанесения резинового слоя
(вулканизации) на внутреннюю поверхность металлической втулки.
Капролоновые подшипники могут быть в трех исполнениях: 1 -
с продольными канавками, 2 — с расточкой боковых карманов, 3 —
гладкие цилиндрические (рис. 6.31,а). Подшипники с продольными
канавками для валов диаметром 30-300 мм применяют для судов,
Рис 6 30. Металлопластмассовые наборные подшипники
а—с набором в монолитную обойму; б-с набором в
гладкорасточенную обойму;
299
работающих на мелководных и загрязненных абразивными частицами
водоемах. Подшипники с боковыми карманами рекомендуются для
валов диаметром 150-300 мм, гладкие цилиндрические - для валов
диаметром 250-630 мм при работе судов на глубоководных незагряз-
ненных водоемах.
6.4.2. Требования к обработке
Требования к обработке подшипников определяются условиями
их работы и регламентированы отраслевым стандартом. Расположенные
в дейдвудной трубе или кронштейне — в местах, недоступных для осмот-
ров во время эксплуатации, - и подверженные воздействию статических
и динамических нагрузок подшипники должны обеспечивать надежную
работу гребного вала в период эксплуатации судна В связи с этим
подшипники изготовляют с высокой точностью.
Соединение подшипников с дейдвудной трубой должно быть доста-
точно прочным и плотным и в то же время должна существовать воз-
можность демонтажа подшипников при ремонте. Для выполнения этого
требования наружные посадочные пояски втулок обрабатывают с шеро-
ховатостью не выше Ra =2,5 мкм соосно с отверстием. При этом диа-
метр каждого посадочного пояска обтачивают по среднему действитель-
ному размеру соответствующего посадочного пояска сопрягаемого
отверстия в яблоке ахтерштевня, кронштейне или дейдвудной трубе.
Допускаемые отклонения диаметра для неразъемных подшипников
£6, для разъемных /7.
Для латунных втулок, работающих в воде с температурой около
5 °C, допуск на размер остается прежним, но поле допуска изменяется:
для втулок диаметром до 400 мм — «6, для втулок диаметром 400—
1000 мм-рб. Наружную поверхность цельных втулок из капролона
300
обрабатывают с шероховатостью R а = 2,5 мкм, допуски на размеры
и величины натягов определяются отраслевым стандартом
Внутренние поверхности втулок под набор резинометаллических
и капролоновых вкладышей обрабатывают с шероховатостью Rz =
= 20 мкм и допускаемым отклонением диаметра Я9; под набор вкла-
дышей из бакаута, древеснослоистых пластиков (ДСП) и текстолита —
с шероховатостью не выше Rz =40 мкм и допускаемым отклонением
диаметра Я12.
Пазы трапецеидальной формы во втулках обрабатывают с шеро-
ховатостью Rz =20, допускаемое отклонение ширины паза Я12, глу-
бины - Я12 для неразъемных и ± IT12/2 для разъемных подшипников;
допускаемое отклонение от заданного угла ± 0,15 и.
Плоскости разъема втулок, состоящих из двух половин, обрабаты-
вают с шероховатостью не выше Rz =20 мкм. При проверке плотности
стыка- на краску расположение пятен должно быть равномерным, при
этом на площадке размером 25 х 25 мм должно быть не менее двух
пятен.
Внутренний диаметр неразъемных подшипников с вкладышами
из бакаута, ДСП, текстолита или капролона растачивают с допускае-
мым отклонением от + 0,4 до + 0,6 мм в зависимости от диаметра,
разъемных подшипников — с отклонением + 0,3 мм. При этом оваль-
ность и конусообразность отверстия не должны превышать отклонения
размера диаметра Я9; шероховатость расточенного отверстия должна
быть R а <2,5 мкм. Центр расточки смещают вверх на величину, равную
половине водяного зазора, для обеспечения совпадения оси гребного
вала с осью валопровода.
6.4.3. Материалы и заготовки
Для изготовления втулок дейдвудных подшипников, работающих
в морской воде, используют коррозионно-стойкие материалы: латуни
ЛЦ40Мц1,5, ЛЦ40МцЗЖ, ЛЦ16К4, бронзы БрА9Мц2Л, Бр010Ц2 и ряд
других латуней и бронз.
Втулки подшипников, работающие в масляной среде, выполняют
литыми обычно из чугуна СЧ 18-36, реже из стали 25 Л. Использование
чугуна предпочтительнее, поскольку он имеет лучшие по сравнению
со сталью антифрикционные свойства и в аварийных случаях — при
выплавке баббита - гребной вал может работать по чугуну. Кроме того,
сцепление баббита с чугуном после его деграфитизации значительно
лучше, чем со сталью.
В качестве антифрикционного материала для вкладышей неметалли-
ческих подшипников применяют бакаут, текстолит, резину, ДСП, полиа-
миды; для металлических подшипников - баббит. Характеристики
неметаллических материалов приведены в табл. 6.8.
Бакаутом называют древесину гваякового (железного) де-
рева. Древесина становится пригодной для изготовления вкладышей
подшипников при возрасте дерева 200—300 лет. Устойчивая против
301
Таблица 6.2. Характериоппсмтметаллических антифрикционных
Материал Допустимое удельное давление, МПа Коэффициент трения при смазке морской водой Твердость по Бринел- лю, МПа
Бакаут 0,25 0,009 120
Текстолит: ПТК-С 0,3 0,003-0,008 300
туфлон „Беар” 0,3 0,005 - 0,008 280
Резина марок 8130; 8075 0,25 0,004 -0,007 70-90*
ДСП-А 0,25 0,005-0,008 200
ДСП-Б 0,25 0,005- 0,008 200
Полиамид 6 блочный 0,5 0,003-0,008 130
литьевой 0,5 0,003-0,008 120
* Твердость по Шору
загнивания, твердая, тяжелая, древесина хорошо сопротивляется исти-
ранию. Высокие антифрикционные качества бакаута объясняются тем,
что в его состав входит до 30 % смол и других экстрагирующих веществ,
которые при трении по поверхности бакаута в присутствии воды хорошо
эмульгируют, обеспечивая снижение коэффициента трения. Антифрик-
ционные свойства и сопротивление износу существенно изменяются
в зависимости от направления волокон древесины по отношению к по-
верхности вала. Поэтому наиболее изнашиваемые части набора подшип-
ника набирают торцевыми сегментами, а участки, менее подверженные
износу, — продольными. Значительное водопоглощение бакаута (15%)
требует принятия мер, предотвращающих как влагонасыщение материа-
ла, так и его высыхание в период обработки и хранения (герметизация
при хранении, покрытие воском или консистентными смазками и др.).
Импортируется бакаут в виде кряжей древесины длиной не менее
1 м, из которых вырезают вкладыши подшипников, В последние годы
импорт бакаута ограничен.
302
материалов для дейдвудный подшкинижов^
Водопоглощение, % Предел прочности при сжатии, МПа Плотность, т/м3 Предельная температура при эксплуа-
эа 24*ч предел ь- вдоль во- локон (слоев) перпенди- кул ярно- волокнам
- 15 73,5 - 1,2-1,3 60
0,8 15 150 250 1,3-1,4 40
- - 197 295 1,33-1,4 -
- - - - - 70
3 18-20 180 - 1,33 40
3 18-20 160 - 1,33 40
1,5-2,0 7,4 140 140 1,15-1,16 70
- 11,2 80 80 1,1 70
Текстолиты, используемые для дейдвудных подшипников,
получают горячим прессованием прочной хлопчатобумажной ткани,
пропитанной резольной фенолформальдегидной смолой, при давлении
6-11 МПа и температуре 160°C с определенной выдержкой при этих
условиях из расчета 3-5 мин на каждый миллиметр толщины прессуе-
мой плиты. Для повышения прочности после прессования проводят
дополнительную термическую обработку плит при температуре 60-120 ° С
в течение 6-12 ч. Материалы отличается высокими показателями проч-
ности, хорошими антифрикционными свойствами, способностью вы-
держивать значительные ударные нагрузки. Для повышения износо-
стойкости вкладыши вырезают из плит таким образом, чтобы слои
ткани после набора вкладышей во втулку подшипника были распо-
ложены по касательной к окружности вала. Ввиду высокой стои-
мости используется только для тяжелонагруженных валов. Материал
облицовки гребного вала при работе в текстолитовом вкладыше —
Бр010Ц2.
303
Резина марок 8130, 8075 и 1626, рекомендуемая для изготовле-
ния дейдвудных подшипников и получаемая на основе синтетических
каучуков, обладает высокими антифрикционными свойствами. Для
валов небольших диаметров применяют монолитные резиновые под-
шипники, для валов диаметром 250 мм и более подшипники изготов-
ляют йз отдельных резино-металлических планок-вкладышей. Для
нормальной работы вкладышей обязательны интенсивная смазка и
охлаждение узла трения забортной водой. Прекращение подачи воды
при работе на 1—4 Мин приводит к схватыванию резины с валом и выхо-
ду из строя подшипника. Для увеличения срока нормальной работы
узла вал — резиновый подшипник важно также правильно выбрать
материал облицовки гребного вала. Наилучшими в эксплуатации яв-
ляются валы с хромокадмиевым покрытием шеек, а также валы с обли-
цовками из фосфористой бронзы Бр.010Ф1. Не рекомендуются материа-
лы, содержащие цинк, например Бр.010Ц2, латуни.
Древесно-слоистые пластики по своим антифрик-
ционным, физико-механическим и технологическим свойствам ана-
логичны текстолитам. ДСП получают путем прессования под давлением
15—20 МПа при температуре 150—160 ° С березового шпона, предвари-
тельно пропитанного связующим — бакелитом. Плиты ДСП разрезают
на заготовки, обрабатывают до необходимых размеров и используют
для набора подшипников. Хорошие антифрикционные свойства ДСП
объясняются особенностями его строения (мягкая древесная основа
и твердые составляющие), хорошим поверхностным поглощением
воды и наличием микрокапилляров Лучшей износостойкостью под-
шипник обладает при наборе планок торцами шпона к валу.
Недостатками ДСП являются значительное разбухание вкладышей
в процессе эксплуатации, меньшая по сравнению с другими материала-
ми, и1носостойкость и сложный процесс получения плит. Подшипники
из ДСП используются в основном для небольших судов.
Полиамиды обладают достаточно высокими физико-механи-
ческими и антифрикционными свойствами, химической стойкостью,
способностью воспринимать ударные нагрузки, высокой технологич-
ностью и низкой стоимостью. Наиболее освоены и изучены полиамид
6 блочный (капролон) и полиамид 6 литьевой. Практика эксплуатации
капролоновых дейдвудных подшипников показала, что капродон яв-
ляется не только полноценным заменителем импортного бакаута, тексто-
литов и резины, но и по ряду показателей превосходит их, например
по износостойкости и технологичности Поставляется капролон в виде
литых плит для изготовления планок и отливок втулок для изготовле-
ния цельных подшипников.
Полиамид 6 литьевой отличается от капролона более низкой проч-
ностью при сжатии и по своим свойствам наиболее близок к бакауту.
Перерабатывается в изделия литьем под давлением в пресс-форму.
В настоящее время освоено изготовление монолитных подшипников
диаметром до 150 мм, подшипники больших диаметров набирают из
литых наборных вкладышей. Рекомендуется для изготовления металло-
пластмассовых подшипников.
304
К особенностям полиамидов можно отнести значительное водо-
поглощение и высокий коэффициент линейного расширения, что следует
учитывать при назначении зазора между облицовкой гребного вала
и подшипником, а также при монтаже подшипника с целью обеспечения
необходимого натяга.
В металлических дейдвудных устройствах в качестве антифрик-
ционного материала подшипников применяют баббит марки Б83
или его заменитель баббит БН. Лучшими эксплуатационными свойства-
ми (низкий коэффициент трения, высокая изностойкость, повышенная
удельная нагрузка) обладает баббит Б83, однако баббит БН значительно
дешевле за счет пониженного содержания в нем дорогостоящего олова.
6.4.4. Изготовление подшипников
Изготовление втулок неразъемных дейдвудных подшипников
не Представляет большой трудности, технология их обработки анало-
гична технологии обработки дейдвудных труб. При этом Лишь следует
помнить, что окончательную обработку наружных посадочных поясков
неразъемных и разъемных втулок выполняют после набора вкладышей
и их растачивания (если оно производится) по замерам, снятым с поса-
дочных мест в дейдвудной трубе или кронштейне.
Разъемные втулки изготовляют из цельной отливки, которую после
предварительной обработки разрезают на две половины с уклоном
в сторону кормы 1-3 мм на всей длине. После припиловки и пригонки
плоскостей разъема полувтулки собирают с помощью специальных
хомутов и окончательно обрабатывают поверхности, не обтачивая по-
садочные наружные пояски. Пазы на внутренней поверхности втулки
выполняют по разметке или с помощью делительного приспособления
в каждой.цолувтулке отдельно на строгальном, вертикально-фрезерном
или расточном станке. Использование при
фрез значительно снижает трудоемкость
обработки, пригонки и контроля пазов.
Технология изготовления вкладышей
из бакаута, текстолита, ДСП и сборка
этих подшипников имеет много общего.
Вкладыши из бакаута. Вкладыши на-
бирают из отдельных планок, которые
вырезают из кряжей древесины (рис. 6.32)
и обрабатывают в деревообрабатывающих
цехах. Размеры планок вкладышей и их
количество в подшипнике определены от-
раслевым стандартом. В нижней половине
втулки планки располагающ торцом к обли-
цовке вала (торцевое расположение во-
локон) , в верхней в целях экономии бакау-
та допускается набор из продольных пла-
нок, т. е. волокна древесины располага-
этом фасонных торцевых
Рис 6 32 Схема разделки
кряжа бакаута
1 — годные бруски; 2 — отхо-
ды ядровой чайи; 3 — забо-
лонная часть (отход)
305
ются вдоль оси вала. Перед набором вкладышей планки вымачивают
в воде в течение 72—75 ч при температуре 16-20 °C.
Вкладыши набирают, подгоняя планки друг к другу, к установлен-
ным и закрепленным упорным металлическим планкам и по поверх-
ностям прилегания к внутренней поверхности втулки. Неплотность
прилегания не должна превышать 0,1 мм. Стыки между сопрягаемыми
бакаутовыми планками по длине вкладышей располагают в шахматном
порядке. Упорные металлические планки изготовляют одновременно
с изготовлением втулки на строгальном станке, используя для обработ-
ки сферическую поверхность фасонного резца с целью обеспечения
плотного прилегания планок к внутренней поверхности втулки.
Аналогично набирают бакаутовые вкладыши по схеме ,.ласточкин
хвост”, пригоняя бакаутовые планки по пазам. После набора вкладыши
растачивают на расточном станке при обильной поливке водой. Устанав-
ливая втулку на станок, следует обратить внимание на маркировку
„верх”, „низ”; базой при выверке служат поверхности посадочных
Поясков втулки. Диаметр расточки вкладышей равен диаметру обли-
цовки вала плюс величина водяного зазора. Для совмещения оси греб-
ного (дейдвудного) вала с осью валопровода ось расточки вкладышей
смещают вверх относительно оси втулки на величину, равную половине
водяного зазора. После растачивания вкладышей окончательно обра-
батывают посадочные пояски втулки по размерам, снятым с посадочных
мест дейдвудной трубы или кронштейна. Для предотвращения высы-
хания планок бакаута втулку заполняют влажными опилками или
помещают в ванну с водой.
Вкладыши из текстолита и ДСП. Вкладыши набирают по схеме
„бочка”. Подшипники из текстолита длиной до 830 мм имеют цельные
по длине вкладыши, при длине свыше 830 мм каждый вкладыш состоит
из двух — четырех планок; подшипники из ДСП состоят из двух — восьми
планок. Количество вкладышей зависит от диаметра подшипника. Обра-
ботку вкладышей производят на фрезерных или строгальных станках;
поверхность вкладыша, прилегающую к внутренней поверхности втулки,
обрабатывают фасонной фрезой. Возможен и другой вариант получения
этой поверхности. Обработанные по боковым плоскостям вкладыши
набирают в виде цилиндра в специальную кассету и обтачивают на токар-
ном станке по размеру внутреннего диаметра втулки подшипника.
Боковые поверхности фрезеруют под заданным углом. У текстоли-
товых вкладышей протачивают канавки для протока воды. В подшип-
никах из ДСП для обеспечения смазки и охлаждения взамен канавок
делают при растачивании подшипника карманы-холодильники в местах
расположения металлических упорных планок.
Набирают только сухие вкладыши, устраняя при этом их изогну-
тость, которая может появиться в результате обработки. После укладки
вкладышей в нижней половине втулки (если вкладыши по длине состоят
из нескольких планок, то после укладки одной секции по длине) их
обжимают с помощью специального приспособления и снимают размеры
забойного вкладыша, т. е. вкладыша, прилегающего к упорной металли-
306
ческой планке. Изготовленный по снятым замерам вкладыш заводят
на место, убирая разжимное приспособление. Аналогично набирают
верхнюю половину втулки. Между торцами вкладышей и упорным
кольцом (буртиком втулки) и крышкой предусматривают зазор, рав-
ный 1 % длины набора, но не менее 5 мм для возможности удлинения
вкладышей при набухании. Вкладыши из ДСП и текстолита растачивают
так же, как и бакаутовые.
Резинометаллические вкладыши. Изготовляют путем прессования
в прессформах или литьем под давлением. Металлическая арматурная
планка 2, впрессованная внутрь резинового массива 1, служит для
придания вкладышу жесткости и для крепления его к втулке при наборе
по схеме „бочка” (рис. 6.33). Профиль вкладышей (рис. 6.33,а) обеспе-
чивает проток воды между ними для смазки и охлаждения подшипника
и уноса песка и грязи из зоны контакта вала с подшипником.
Вкладыши набирают во втулку по схеме „бочка” для неразъемных
подшипников и по схеме „ласточкин хвост” для разъемных. По длине
подшипника в первом случае могут располагаться один-два цельных
вкладыша, во втором - два — восемь. При этом наиболее толстые план-
ки (в пределах допуска по высоте ± 0,8 мм) размещают в нижней поло-
вине втулки, наиболее тонкие — в верхней.
При наборе по схеме „бочка” не рекомендуется подгонять вклады-
ши; подгонка и уплотнение производятся за счет металлической упорной
планки, которую, в отличие от подшипников с вкладышами из бакаута,
текстолита и ДСП, окончательно устанавливают после набора резино-
металлических вкладышей. Каждый вкладыш после размещения на
месте фиксируют двумя крепежными винтами, которые окончательно
обжимают только после подгонки и установки упорной планки.
При наборе вкладышей по схеме „ласточкин хвост” плотность
обеспечивают путем индивидуального Подбора вкладышей по пазам,
и, как исключение, допускают опиловку боковых поверхностей. При
этом толщина слоя резины, прилегающая к арматурной металлической
планке, после пригонки должна быть не менее 1,5 мм. Отверстия во
вкладышах заделывают резиновыми пробками на резиновом клею.
Подшипники с резинометаллическими вкладышами не растачивают,
а растачивание кронштейнов и мортир в этом случае выполняют с экс-
центриситетом; равным половине величины водяного зазора.
Вкладыши из капролона. Набирают по схеме „бочка” с установкой
двух упорных металлических планок. Заготовки вкладышей, вырезан-
ные из плит или втулок, перед обработкой выдерживают при темпера-
туре 15—25 °C не менее 12 ч. Если обработка производится при темпера-
туре, выходящей за пределы указанной, необходимо учитывать влияние
разности температур на погрешность размеров. Вкладыши набирают
с пригонкой их напильником друг к другу, к упорным планкам и к
внутренней поверхности втулки. Натяг между упорной металлической
планкой и капролоновым забойным вкладышем должен быть не менее
0,4—0,5 мм.
Заготовки цельных подшипников обрабатывают на токарных стан-
ках. Наружный диаметр выполняют по фактическому размеру посадоч-
307
Рис. 6 33. Резинометаллические вкладыши для неразъемных (о) и
разъемных [б) подшипников
ных поясков дейдвудной трубы или кронштейна с учетом обеспечения
натяга, который в зависимости от диаметра вала может быть в пределах
0,10—1,45 мм.
308
Внутреннюю поверхность подшипников из капролона растачивают
со смещением центра растачивания вверх на величину, равную половине
водяного зазора. Иногда в зависимости от принятой технологии монтажа
валопровода растачивание может производиться и без эксцентриситета.
Вкладыши металлопластмассовых подшипников из полиамида 6
литьевого изготовляют литьем под давлением в пресс-форму, из полиами-
да 6 блочного - путем механической обработки заготовок, вырезанных
из плит. Паз во вкладыше выбирают профильной фрезой или на стро-
гальном станке с подгонкой размеров паза по шаблону. Рабочую (вогну-
тую) поверхность вкладыша окончательно обрабатывают после набора
вкладышей во втулку на токарном станке.
Изготовление монолитной металлической обоймы (см. .рис. 6.30,а)
связано с использованием долбежных и строгальных станков (при
диаметрах до 150 мм - протяжных), что увеличивает трудоемкость
и продолжительность обработки. Целесообразнее изготовлять гладко-
расточенную обойму (см. рис. 6.30,6) с применением несущих упорных
планок. Обойма в этом случае полностью обрабатывается на токарном
станке, несущие планки — на фрезерном, что легко осуществимо в
условиях любого производства.
Набор вкладышей в монолитную обойму производится в следующей
последовательности. Вначале устанавливают на посадочные места втулки
половину вкладышей (через один), оставшиеся промежуточные вкла-
дыши подгоняют по месту путем обработки боковой поверхности с усло-
вием обеспечения натяга 0,6-1,0 мм. Набирать их можно с помощью
как обычного слесарно-сборочного инструмента, так и ручного гидрав-
лического пресса. Во избежание задиров на входных кромках промежу-
точных вкладышей делают скосы (фаски) на длине 3—5 мм.
Процесс сборки в гладкорасточенную обойму несколько сложнее.
Вначале обойму тщательно размечают под установку несущих упорных
планок и сверлят в ней отверстия под крепежные винты. По отверстиям
в обойме размечают и сверлят отверстия в планках и нарезают резьбу.
Вкладыши, за исключением двух, диаметрально противоположных,
с размещенными в них планками заводят в обойму и крепят винтами,
не затягивая их окончательно. Два последних забойных вкладыша
подгоняют по месту с учетом обеспечения требуемого натяга. После
установки на места забойных вкладышей окончательно затягивают
крепежные винты всех вкладышей.
После набора подшипник растачивают и обрабатывают окончательно
наружную поверхность обоймы с учетом фактического диаметра поса-
дочных поясков дейдвудной трубы или кронштейна.
Подшипники закрытого типа с заливкой втулки баббитом. Техно-
логия изготовления имеет свои особенности. Подготовка поверхности
чугунной втулки к заливке баббитом включает следующие операции:
деграфитизацию, промывку, декапирование, флюсование, горячее
лужение.
Деграфитизация производится в ванне с расплавом щелочи (NaOH —
75 %, NaCl - 17 %, Na2CO3 — 3,5 %, влага и примеси - 4,5 %) при темпе-
309
ратуре 440—500 °C, плотности тока 10-13 А/дм2 и напряжении 6 В.
Необходимость деграфитизации вызывается тем, что свободный углерод
(графит), находящийся на поверхности чугуна, препятствует сцеплению
баббита и чугуна. Удовлетворительное сцепление обеспечивается при
непосредственном соприкосновении баббита с железом. Втулку поме-
щают в ванну и присоединяют к ней положительный полюс источника
тока (деталь — анод), в результате чего находящийся на поверхности
графит окисляется и превращается в углекислоту. Однако наряду с
окислением графита происходит и поверхностное окисление железа.
Для устранения этого переключают направление тока (деталь стано-
вится катодом) и окисленная пленка исчезает.
Направление тока изменяют через каждые 5 мин, весь процесс
деграфитизации занимает 50-80 мин. По окончании деграфитизации
втулку промывают в холодной и горячей воде для устранения остатков
солей. В ванне с проточной холодной водой втулка охлаждается до
80—90 °C, промывка в горячей воде осуществляется в течение 5 мин
при температуре воды 80—90 ° С.
Декапирование — травление в растворе 10 %-ной ингибированной
соляной кислоты в течение 15—30 с — служит для удаления следов
щелочи, снятия тончайшего слоя окислов и легкого протравливаний
слоя металла для лучшего сцепления баббита с металлом. После декапи-
рования втулку промывают в проточной холодной воде.
Флюсование производят окунанием и выдержкой втулки в течение
5 мин в ванне с жидким флюсом с целью защиты поверхности от окисле-
ния, обеспечения хорошей ее смачиваемости перед лужением и снижения
поверхностного натяжения слоя полуды. Для приготовления флюса
применяют техническую соляную кислоту и металлический цинк в
весовсйи соотношении 4:1. На 1 л раствора добавляют 150-200 г хло-
ристого аммония (NH4C1). Перед употреблением флюс разбавляют
водой из расчета 1 л воды на 2 л раствора. После флюсования втулку
нагревают в печи до температуры 140—180°C и подвергают лужению.
Разрыв во времени между операциями подготовки к лужению
и самого лужения не допускается.
При лужении втулку опускают в ванну с расплавленным оловом.
Перед этим расплавленное и нагретое до 300°С олово рафинируют
сухим хлористым аммонием из расчета 0,05—0,1% массы олова. После
того как пузырьки газа перестают выделяться, снимают шлак с зеркала
ванны, опускают втулку и выдерживают ее 3—5 мин до достижения
оловом температуры 270—290 ° С и прекращения бурления раствора.
Хорошо луженная поверхность имеет тускло-серебристый цвет. Обра-
ботанные, но не подлежащие лужению поверхности втулки покрывают
предварительно тонким слоем меловой пасты.
Если луженная поверхность не имеет дефектов (темных пятен,
непролуженных мест), втулку быстро устанавливают на станок для
центробежной заливки баббитом, чтобы температура втулки не успела
снизиться. Баббит для заливки плавят в тигле — дозаторе, помещен
ном в электропечь, — одновременно с процессом лужения. За 5—7 мин
310
до заливки производят рафинирование расплавленного баббита сухим
хлористым аммонием из расчета 0,05—0,1 % массы расплавленного
баббита.
К заливке приступают при температуре баббита 400-420°C. Ос-
новными контролируемыми параметрами при заливке являются, часто-
та вращения втулки, скорость заливки (подачи) баббита и скорость
отвода тепла от залитого слоя во время его кристаллизации. Частоту
вращения втулки, об/мин, рассчитывают по формуле п=К/ \fr~ (К-
коэффициент, зависящий от марки баббита и уточняемый опытным
путем; для баббита Б83 К= 1400 ч-1800; г — радиус внутреннего диамет-
ра дейдвудной втулки, см).
Скорость подачи расплавленного баббита должна обеспечивать
равномерную заливку всей поверхности втулки. С этой целью площадь
щелевого отверстия трубы-желоба для подачи баббита во втулку опре-
деляют расчетом, а затем уточняют опытным путем.
По окончании заливки включают установку воздушно-водяного
охлаждения, смонтированную на защитном кожухе втулки, и охлаждают
вращающуюся втулку до температуры 80—100°C Быстрое охлаждение
способствует получению мелкозернистой структуры баббита и повыше-
нию его механических свойств.
Обработку втулок начинают с подрезки торцов и заточки центри-
рующих выточек глубиной по 5 мм (рис 6.34). Отрезанную часть от-
правляют в лабораторию для испытания прочности сцепления баббито-
вого слоя с чугуном. В выточки устанавливают центрирующие пробки
и обрабатывают наружные посадочные поверхности. Окончательно их
обтачивают по замерам с посадочных мест дейдвудного устройства
с обеспечением необходимого натяга. Продольные пазы, служащие
для подвода масла к гребному валу, выполняют обычно на продольно-
фрезерном станке торцевой фрезой, отверстия для подвода масла свер-
ОтВерстия для поддода масла
Рис. 6 34 Металлический
подшипник с заливкой
втулки бабитом
311
лят по кондуктору Внутреннюю поверхность подшипника окончательно
обрабатывают на расточном станке, принимая за базу окончательно 1
обработанную наружную поверхность При этом борштангу смещают
вверх на величину, равную половине масляного зазора Растачивание
выполняют за несколько проходов, глубина резания при чистовом
проходе не должна превышать 0,1 мм для получения требуемой формы
и точности отверстия Шероховатость расточенного отверстия должна
быть не более Ra =0,63 мкм, толщина баббитового слоя 3—4 мм. На
концах втулки толщина баббита на длине 0,1 D (см. рис 6.34) умень-
шается до 1,5 мм для снижения кромочных нагрузок, возникающих при ’
изгибных колебаниях вала. При растачивании масляных холодильников
(боковых каналов) борштангу смещают на требуемою величину Й '
горизонтальной плоскости, контроль формы осуществляют по шаблону. $
Для достижения требуемой шероховатости R а =0,32 мкм и повй- j
шения износостойкости обработанную поверхность залитого слоя под- s
вергают накатке с помощью специального приспособления, устанавли- 1
ваемого на борштанге. : г’ '
6.4.5. Моцтаж подшипников
Запрессовку дейдвудных подшипников в дейдвудную трубу или J
кронштейн гребного вала производят с помощью специальных резьбу- 1
вых или гидравлических приспособлений, обеспечивая совпадение центро- 1
вых рисок на торца* втулки подшипника и дейдвудной трубы (кронштегё- j
на). Посадочные поясни втулок из бронзы и латуни и сопрягаемые ]
с ними пояски дейдвудной трубы перед запрессовкой смазывают свин- ,
цовым суриком, пояски чугунных втулок — индустриальным маслом |
50 или пастой ВНИИНП-232. Непосадочные поверхности труб и подшип-
ников окрашивают специальной водостойкой краской в два-три слоя. >
В последние годы разработана и внедрена технология монтажа <
дейдвудных подшипников с использованием полимерных компенсато- i
ров (рис 6-35), что исключает трудоемкий процесс растйдавания крон- ,
Рис 6 35 Монтаж дейдвудного подшипника с использованием
пластмассового компенсатора, а — в дейдвудной трубе; б —
в кронштейне гребного вала
1 - дейдвуда ая труба; 2—подшипник; 3 — кронштейн греб-
ного вала; 4 — промежуточная гильза; 5 — пластмасса
312
штейнов и опор дейдвудной трубы на судне и снижает требования к обра-
ботке сопрягаемых поверхностей подшипника и трубы. Эта технология
предусматривает создание диаметрального зазора до 10 |им между
наружной поверхностью втулки подшипника и внутренней поверхностью
кронштейна или дейдвудной трубы. После центровки подшипника
по оси валопровода этот зазор заполняют жидкотекучей пластмассой,
которая после отверждения образует прочное и плотное соединение
сопрягаемых деталей. При монтаже разъемных подшипников в узле
крепления предусматривается промежуточная гильза (рис. 6.35,6).
В качестве пластмассового компенсатора используют полимерную
композицию на основе эпоксидной смолы ЭД-20 или модифицирован-
ной эпоксидной смолы, наполнителем служит кварц молотый пыле-
видный (15 г на 100 г смолы), пластификатором дибутилфталат (15 г),
отвердителем — полиэтиленполиамин марки А (12 г). Прочность клеево-
го соединения проверяют на стадии проектирования путем проверочного
расчета.
Ремонтопригодность дейдвудных устройств и подшипников обеспе-
чивается за счет выполнения разделительного слоя между сопрягаемыми
поверхностями. Для этой цели на внутреннюю поверхность наносят
тонкий слой восковой эмульсии, а на наружной предусматривают про-
дольные канавки для подвода технологической жидкости, которая при
демонтаже подшипника подается под давлением и разрушает клеевое
соединение.
6.5. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ГРЕБНЫХ ВИНТОВ
1 6.5.1. Конструкций'гребных винтов
По способу соединения лопастей со ступицей различают гребные
винты цельные и со съемными лопастями. Съемные лопасти могут
крепиться к ступице при помощи шпилек (рис. 6.36,а) или цилиндри-
ческого хвостовика, запрессованного в отверстие ступицы (рис. 6.36,6).
У сборных пластмассовых винтов хвостовик лопасти имеет форму
усеченного клина (рис. 6.37). Широкое распространение получили греб-
ные винты регулируемого шага (ВРШ), у который шаг лопастей можно
изменять путем их поворота на ходу судна.
Число лопастей гребных винтов современных транспортных судов
изменяется в пределах от трех до шести, редко — более.
Лопасти гребного винта имеют сложные криволинейные поверх-
ности винтовой формы. Различают винтовые поверхности аксиально-
переменного, радиально-переменного и аксиально-радиально-переменно-
го шага.
Поверхность лопасти винта, обращенную в сторону, противопо-
ложную направлению движения судна на переднем ходу, называют
нагнетательной поверхностью, поскольку на ней возникает повышенное
давление. Поверхность лопасти, обращенная в сторону движения, на-
313
Рис 6 36 Гребной винт со съемными лопастя-
ми а - лопасти крепятся к ступице при по-
мощи шпилек, б — цилиндрический хвосто-
вик лопастей запрессован в отверстие ступицы
Рис 6.37 Гребной винт составной
конструкции с лопастями из стекло-
пластика
зывается засасывающей - на ней создается пониженное давление. В
простом случае нагнетательная поверхность представляет собой винто-
вую поверхность постоянного шага. Засасывающая поверхность имеет
более сложную форму.
Линия пересечения нагнетательной и засасывающей поверхностей
образует контур лопасти. Наиболее удаленная от оси вращения часть
контура лопасти называется концевой кромкой лопасти. Каждая лопасть
переходит в ступицу, представляющую собой тело вращения с централь-
ным отверстием, которым винт насаживается на конус гребного вала.
Область примыкания лопасти к ступице называется корневой частью
лопасти. Боковую кромку лопасти, входящую в поток при вращении
винта на переднем ходу судна, называют входящей кромкой, а проти-
воположную ей - выходящей.
Диаметр гребных винтов современных судов большого водоизме-
щения достигает 10 м и более.
314
6.5.2. Материалы для изготовления гребных винтов
Гребные винты работают в коррозионной среде при динамическом
нагружении лопастей; они подвергаются кавитационному, а при плава-
нии на мелководье и абразивному воздействию. В связи с этим мате-
риал винтов должен обладать сложным комплексом свойств, отвечаю-
щих условиям работы.
Прочность материала определяет необходимую толщину лопастей,
связанные с нею КПД и массу винта. Достаточный запас пластичности
обеспечивает отсутствие разрушений при ударах о лед и другие пре-
пятствия. Материал винтов должен обладать высокой циклической
и динамической прочностью, кавитационной и коррозионной стойкостью,
а для судов, плавающих на мелководье, значительным сопротивлением
абразивному износу. Желательно также отсутствие дефицитных состав-
ляющих- в материале, удорожающих гребные винты. Материал должен
иметь хорошие литейные свойства, так как заготовки чаще выполняют
литыми, а также хорошую обра^тываемость резанием.
Материал и требуемые механические свойства зависят от класса
гребного винта, который устанавливается разработчиком и заказчиком
в соответствии с назначением судна (табл. 6.3).
Гребные винты речных и-озерных судов изготовляют из углеро-
дистых сталей марок ЗОЛ, 35Л. Углеродистые стали недороги, но склон-
ны к хрупким разрушениям при низких температурах, что недопустимо
для судов ледового плавания. Они плохо противостоят кавитационно-
Таблица 6.3. Классы гребных винтов
винта Марка материала Область применения
Особый Бронзы БрА9Ж4Н4, БрА7Мц14ЖЗН2; нержавеющие стали 08Х14НДЛ, 08Х15Н4ДМЛ; специальные сплавы Быстроходные морские суда, суда внутреннего плавания
Высший Бронзы БрА9Ж4Н4, БрА7Мц14ЖЗН2; латунь ЛЦ40МцЗЖ; нержавеющие ста- ли 08Х14НДЛ, 08Х15Н4ДМЛ; спе- циальные сплавы Суда морские, внутреннего плавания, рыбопромыслового флота, неограниченного райо- на плавания
Средний Бронзы БрА9Ж4Н4, БрА7Мц14ЖЗН2; латунь ЛЦ40МцЗЖ; нержавеющие ста- ли 08Х14НДЛ, 08Х15Н4ДМЛ; углеро- дистые стали ЗОЛ, 35Л; специальные сплавы Суда морские, внутреннего плавания, шлюпки со ско- ростью менее 15 уз
Обычный Бронзы БрА9Ж4Н4, БрА7Мц14ЖЗН2, латунь ЛЦ40МцЗЖ; нержавеющие ста- ли 08Х14НДЛ, 08Х15Н4ДМЛ; углеро- дистые стали ЗОЛ, 35Л; специальные сплавы Морские суда и плавучие средства, для которых ско- рость ие является опреде- ляющим параметром, суда внутреннего плавания
315
эрозионным разрушениям и обладают низкой коррозионной стойкостью,
что ограничивает область их применения судами пресноводного плавания.
Гребные винты для судов морского плавания изготовляют из алю-
миниево-никелевых и марганцово-алюминиевых бронз, коррозионно-
стойких сталей и реже латуни- Показатели механических свойств наи-
более часто используемых материалов показаны в табл. 6.4.
Марганцово-желеэная латунь ЛЦ40МцЗЖ обладает хорошими ли-
тейными свойствами и обрабатываемостью, но имеет весьма низкую
стойкость против коррозионного растрескивания, которое проявляется
в образовании и развитии трещин на поверхности винта, испытывающей
растяжение и находящейся в коррозионной среде. Значительные растя-
гивающие напряжения возникают при заварке дефектов на отливках,
при случайных погибах кромок лопасти. Известны случаи обламывания
во время хода судна целых лопастей в районе корневых сечений и даже
образования крупных трещин на массивных ступицах.
Область применения латуней значительно сужается, так как уровень
их прочности и эрозионной стойкости ча^то недостаточен.
Более высокие показатели механических свойств, лучшую стой-
кость против коррозии и эрозии, значительно меньшую склонность
к коррозионному растрескиванию, меньшую плотность имеет высоко-
прочная алюминиево-никелевая бронза марки БрА9Ж4Н4. При низких
температурах пластичность и ударная вязкость бронзы сохраняются.
При нагревании пластичность снижается; минимальное значение отно-
сительного удлинения при разрыве 65 =7% наблюдается при темпера-
туре 400—450 ° С. Температурный интервал охрупчивания зависит от
скорости приложения нагрузки при испытании. При увеличении ско-
рости деформирования интервал охрупчивания сдвигается в сторону
Таблица 6.4. Показатели механических свойств материалов, применяемых
для изготовлении гребных ввнтов
Марка материала Предел текуче- сти л0>2 МПа Предел прочно- сти , МПа Относи- тельное удлине- ние при разрыве «5 Относи- тельное сужение при раз- *,% Ударная вязкость при 20 °C KCU, кДж/м2
Латунь ЛЦ40МцЗЖ 176 460 20 - 500
Бронза БрА9Ж4Н4 245 607 16 - 400
Бронза БрА7Мц14ЖЗН2 295 685 18 - 400
Сталь 35 Л 280 500 15 25 350
Сталь 08X14НДЛ 520 650 15 40 600
Сталь 08Х15Н4ДМЛ 600 750 17 45 600
316
более высоких температур. Минимальное значение ударной вязкости
бронзы БрА9Ж4Н4 соответствует температуре 650-700 °C.
Уменьшение пластичности в указанном диапазоне температур необ-
ходимо учитывать при ремонте лопастей правкой. Правку следует вести
при нагревании До температуры 750—850 ° С, причем правка ударами
не допускается.
По литейным свойствам бронза БрА9Ж4Н4 уступает латуни
ЛЦ40МцЗЖ.
У марганцово-алюминиевой бронзы БрА7Мц14ЖЗН2 еще более
высокие показатели механических свойств по сравнению с бронзой
БрА9Ж4Н4. Однако бронза этой марки труднее обрабатывается реза-
нием и потому применяется редко.
Себестоимость изготовления винтов из высокопрочных бронз не-
сколько выше, чем из латуни, что объясняется более высокой стои-
мостью материалов и более трудоемкой механической обработкой.
Несмотря на это применение гребных винтов из высокопрочных бронз
экономически целесообразно, так как при эксплуатации повышенные
первоначальные затраты окупаются. Срок службы винтов из бронзы
вдвое превосходит срок службы латунных винтов. Применение бронз
позволяет повысить КПД движительного комплекса за счет более вы-
сокой стойкости против поверхностных разрушений лопастей, значитель-
ного уменьшения толщины лопастей, а также снижения массы гребного
винта, что дает существенную экономию топлива.
Высокие показатели статической, циклической, динамической
прочности и пластичности позволяют использовать бронзы для изго-
товления гребных винтов транспортных судов смешанного и ледового
плавания. Это упрощает эксплуатацию судов при смешанном плавании
в чистых водах и в ледовых условиях, поскольку отпадает необходи-
мость смены штатных винтов из бронзы на ледовые стальные винты.
На ледоколах и судах ледового плавания широко применяются
гребные винты, изготовленные иэ высокопрочных коррозионно-
стойких сталей. Наибольшее применение нашли марки 08Х14НДЛ и
08Х15Н4ДМЛ.
Из стали 08Х14НДЛ сделаны гребные винты для атомных ледоколов
,Денин”,’„Арктика” и др. К недостаткам стали этой марки относится
чувствительность к остаточным растягивающим напряжениям и кон-
центраторам напряжений в виде царапин, технологических литейных
дефектов, что проявляется в снижении циклической прочности. Спо-
собом повышения коррозионно-усталостной прочности стальных винтов
служит поверхностное упрочнение, получаемое дробеструйным наклепом,
обкаткой или чеканкой. Недостатком стали 08Х14НДЛ является также
склонность к щелевой коррозии, которая особенно сильно проявляется
при длительных стоянках судна. Поверхность теряет гладкость, что
снижает КПД винта.
Показатели механических свойств стали марок 08Х15Н4ДМЛ более
высокие, чем стали 08Х14НДЛ.
Для изготовления гребных винтов используются также синте-
тические материалы, из которых наибольшей прочностью обладают
317
стеклопластики горячего прессования. Винты небольшого диаметра
выполняют также из термопластичных материалов типа нейлона, капро-
на и др. Коррозионная стойкость к морской воде, способность сохра-
нять чистоту поверхности в процессе эксплуатации и небольшая масса
являются существенными преимуществами синтетических материалов
перед металлическими. Однако недостаточно высокие показатели меха-
нических свойств ограничивают их применение. Производство винтов
из синтетических материалов целесообразно только при крупносерийном
выпуске небольших по размеру гребных винтов.
Гребные винты диаметром более 1 м следует изготовлять в сбор-
ном исполнении: пластмассовые лопасти, закрепленные в металлических
ступицах. Кромки пластмассовых лопастей армируют листовым ме-
таллом толщиной 0,5-2,5 мм.
Соединение цельнопластмассового гребного винта с валом может
быть как шпоночным, так и шлицевым. При шпоночном соединении
винта с валом конусное отверстие армируется металлической втулкой.
6.5.3. Получение заготовок
В производстве гребных винтов применяют заготовки цельнолитые,
литосварные, штампосварные. При изготовлении крупных гребных
винтов чаще используют цельнолитые заготовки. В некоторых случаях
применение литосварных заготовок вызвано отсутствием плавильных
печей достаточной емкости. Сварку такого винта выполняют на спе-
циальном стенде — кондукторе с жестким креплением свариваемых
частей. Штампосварные заготовки идут на производство гребных винтов
небольших диаметров.
ОтЯивки для крупных гребных винтов и лопастей крупных ВРШ
чаще всего получают литьем в разовые песчаные формы. Заготовки
винтов меньших диаметров (до 1,5 м) отливают в двухслойные формы,
выполняют центробежным литьем в металлические формы (кокили),
а также литьем по выплавляемым моделям.
Центробежным литьем в кокили в настоящее время получают узко-
лопастные винты диаметром до 1,5 м из сплавов на медной основе.
Это позволяет значительно снизить припуски на механическую обра-
ботку, механизировать процесс литья заготовок, повысить показатели
механических свойств материала отливки за счет управляемого охлажде-
ния. Однако этот способ экономически целесообразен лишь при серий-
ности выпуска не менее 60 гребных винтов в год.
Метод литья по выплавляемым моделям также оправдан лишь
в крупносерийном производстве гребных винтов небольших размеров,
так как требует применения сложной оснастки и дорогостоящего обо-
рудования.
Лопасти ВРШ диаметром до 2,5 м при серийности не менее 15 штук
в год получают литьем с применением вакуум-пленочной формовки.
Формовочные материалы. Для получения отливок гребных винтов
в разовых песчаных формах применяют смеси, в которых связующим
318
служит цемент или жидкое стекло. Достоинство этих смесей состоит
в том, что прочность литейных форм достигается после отверждения
при нормальной температуре. Это позволяет производить все операции
по удалению модели из формы и ее отделке без предварительной тепло-
вой сушки.
Отверждение цементной смеси происходит за счет частичной гидра-
тации цемента при нормальной температуре в течение 24—36 ч. Малая
усадка в процессе отверждения и высокая прочность форм из цементных
смесей уменьшают опасность их деформации и обеспечивают более
высокие точность и чистоту поверхности отливки, что дает возможность
назначать меньшие припуски на механическую обработку.
Цементные смеси обладают малой чувствительностью к равномер-
ности уплотнения, поэтому формовочные работы могут выполнять
малоквалифицированные рабочие.
При изготовлении винтов из цветных сплавов состав формовочной
песчано-цементной смеси следующий, % по массе: кварцевый песок,
например марки 1К0315—81,5—85, портландцемент марок 400 или
500 - 7,5-9,0; вода - 7,5-9,5.
При формовке винтов из нержавеющих сталей в качестве формо-
вочных или облицовочных обычно применяют смеси, содержащие вместо
кварцевого песка хромомагнезит, во избежание химического пригара
на поверхности отливки.
Широко используются для изготовления литейных форм быстро-
твердеющие смеси на основе жидкого стекла, для которых характерно
быстрое, в течение нескольких минут, химическое отверждение под
действием углекислого газа, пропускаемого через специально сделанные
при помощи душников (прутов) отверстия. Химическое отверждение
формовочной смеси сокращает цикл изготовления литейной формы
иногда на 50%. Состав быстротвердеющей смеси для формовки гребных
винтов из цветных сплавов, % по массе: кварцевый песок—92—93;
жидкое стекло плотностью 1,46-1,50 г/см3 — 5— 7; едкий натр плот-
ностью 1,12 г/см3 — остальное. Наличие едкого натра увеличивает проч-
ность смеси после отверждения. Иногда для получения более чистой
поверхности лопасти в смесь добавляют 5-20% маршалита. В состав
быстротвердеющей смеси для формовки винтов из нержавеющей стали
вместо кварцевого песка входит хромомагнезит.
Для изготовления форм лопастей ВРШ применяют жидкоподвижные
самотвердеющие смеси (ЖСС).
Стержни для центрового отверстия в ступице изготовляют из песча-
но-глинистой смеси, содержащей 30% отработанной смеси, 40% глины,
30 % кварцевого песка, или из песчано-цементной смеси.
Для повышения качества поверхности отливки поверхность формы
тщательно отделывают и окрашивают. В зависимости от материала
гребных винтов используют различные огнеупорные краски. Краска
на основе талька дает хорошие результаты при отливке гребных вин-
тов из латуней и марганцово-алюминиевых бронз. Формы гребных
винтов под заливку алюминиево-никелевыми бронзами следует красить
319
либо цирконовой, либо графитовой краской. Формы стальных винтов
защищают цирконовой или титановой краской.
Изготовление литейных форм. Формовка может быть проведена
по модели, по шаблонам или в стержнях (т. е. способом сборки формы
из заранее сделанных стержней). В производстве партий одинаковых
винтов рациональна формовка по металлическим или деревянным
моделям.
Формы для крупных винтов делают обычно по однолопастным
деревянным моделям, к преимуществам которых относятся дешевизна
и простота изготовления. Однако деформации деревянной модели,
происходящие при формовке и хранении, вызывают необходимость
назначать повышенные припуски на механическую обработку.
Литейную форму по шаблонам целесообразно применять в единич-
ном производстве, при малых сериях гребных винтов, а также в случае
изготовления моделей винтов. Формовка по шаблонам требует привле-
чения рабочих более высокой квалификации по сравнению с формовкой
по модели.
Формовка в стержнях выполняется при изготовлении сравнительно
небольших винтов большими сериями.
Из соображений техники безопасности при заливке формовка круп-
ных винтов ведется в кессоне.
Формовка по однолопастной модели. Для изго-
товления формы модель 1 (рис. 6.38) надевается на шпиндель 2. Шпин-
дель установлен в нижней плите 5, которая служит основанием формы;
к ней же крепится готовая форма перед заливкой. Части формы, со-
ответствующие отдельным лопастям, изготовляют последовательно,
поворачивая Однолопастную мо-
дель вокруг шпинделя на угол,
равный 360 °/z (z - число ло-
пастей). Для обеспечения пра-
вильного поворота модели при-
меняют делительную шайбу 4
с отверстиями, расположенными
под углом 360°/z. Кормовой
торец ступицы имеет бобышку 3,
которая входит в отверстие де-
лительной шайбы и
положение модели. Нижние гор-
ки формы, образующие нагне-
тательную поверхность лопастей
винта, получаю» путем подбивки
формовочной смеси под модель
лопасти. Для снижения расхода
формовочной смеси ее наносят
(толщиной не менее 100' мм)
на кладку 6 из шамотного
кирпича.
Рис 6 38. Изготовление литейной формы
по однолопастной модели гребного винта
1 — однолопастная модель; 2 — шпиндель;
3 — бобышка; 4 — делительная шайба; 5 —
плита; 6 - кладка из шамотного кирпича;
7 - отверстия для прохождения углекисло-
го газа?;S' — верхняя часть формы
320
Съемные куски верхних горок формы, образующих засасывающую
поверхность лопастей, формуют последовательно после изготовления
каждой нижней горки.
Для формовки верхних частей формы 8 применяют металлические
армирующие каркасы, сваренные из пруткового стального проката
Каркасы придают верхним частям формы прочность, необходимую
при разборке формы.
После отверждения формовочной смеси, которая длится 24—36 ч
в случае применения цементных смесей, верхние части формы снимают,
чтобы удалить модель.
Рабочие поверхности нижних и верхних горок окрашивают проти-
вопригарной краской.
При изготовлении одной из нижних горок в ней монтируют литни-
ковую систему из шамотных стаканов. Завершают формовку выполне-
нием частей формы, соответствующих ступице винта и прибыльной
части оТливки. Для этого применяют сначала модель ступицы, а затем
модель прибыльной части.
Форму собирают и сушат потоком горячего воздуха, который по-
дается через прибыльную часть формы переносными сушилами, пред-
ставляющими комбинацию электрического нагревательного элемента,
вентилятора и автоматической системы регулирования температуры
воздуха. Режим сушки зависит от размера формы и формовочного
.материала. Форма из быстротвердеющей смеси проходит сушку при
температуре воздуха на входе в форму 150-200 ° С в течение 2—8 ч для
винтов массой 4—20 т и более. Форма из цементной смеси проходит
более длительную сушку и дважды: первую при температуре 100—
350 ° С в течение 32—72 ч для винтов массой 5—20 т, вторую при темпе-
ратуре 200-350 °C в течение 16-24 ч.
Отделку и окраску поверхностей формы из быстротвердеющей
смеси производят до сушки. Форму из цементной смеси красят после
шервой сушки.
Сушка формы — ответственный этап формовки, так как плохо
высушенная форма становится причиной газовой пористости. Сушку
завершают не ранее чем за 2 ч до начала заливки. По окончании сушки
устанавливают и закрепляют центровой стержень, устанавливают зали-
вочную чашу с пробкой.
Перед заливкой форму крепят, чтобы не допустить подъема верх-
них ее частей под действием статического и гидродинамического давле-
ний жидкого металла (рис. 6.39). Верхние и нижние части формы скреп-
ляют между нижней и верхними плитами балками с помощью болтов 4
Кроме того, для форм из цементных смесей с боков устанавливают
распорки 5 между стенками кессона и боковыми стенками верхних
частей. Для крепления формы из жидкостекольных смесей вместо
боковых распорок применяют стальные кожухи, которыми охватывают
форму; пространство между кожухом и формой плотно набивают
формовочной смесью
11 Зак. 2165
321
Рис. 6.39. Крепление формы для заливки
Приведем последовательность операций получения отливки греб-
ного винта при формовке по однолопастной модели в быстротвердею-
щей смеси для винта диаметром 4 м с четырьмя лопастями:
Длитель-
ность вы-
Содержание работ волнения,
рабочие
смены
Установка модели и формовка нижней и верхней горок формы
для первой лопасти; отделка; окраска......................... 1
Формовка горок для второй, третьей, четвертой лопастей... 3
Изготовление частей формы, соответствующих ступице и
прибыли ................................................. 1
Сушка; заливка .............................................. 3
Выдержка отливки в форме................................. 3 сут
Разборка формы; удаление отливки из формы; очистка
отливки.................................................. 2
Формовкой по модели изготовляют также двухслойные керами-
ческие формы, литье в которые относится к точным методам литья.
Рабочий слой формы выполняют из керамики, а тыльную часть - из
жидкостекольной формовочной смеси. Полуформы получают в два
этапа. Первый — изготовление тыльной части формы из жидкостеколь-
ной формовочной смеси после предварительного покрытия модели
войлочными прокладками, толщина которых соответствует толщине
слоя керамики. На втором этапе создают тонкое огнеупорное покрытие,
заливая керамическую смесь в пространство между формой из жидко-
стекольной формовочной смеси и моделью после удаления прокладок.
322
Керамическую смесь заливают через подводящие выпора, заранее вы-
полненные в тыльной части формы. После затвердевания керамического
слоя его отделывают, форма проходит сушку при температуре 400—
450 ° С в течение 2-3 ч. Затем рабочий слой прокаливают газовой го-
релкой до получения бело-розового цвета.
Керамический слой увеличивает жесткость и прочность формы,
благодаря чему искажения геометрической формы отливки снижаются.
Для повышения точности отливок двухслойные керамические формы
изготовляют по модели, имеющей полное число лопастей
Метод позволяет получать литые заготовки с припусками на обра-
ботку только для окончательного -шлифования и полирования поверх-
ностей лопасти и применяется для изготовления винтов из сплавов
на медной основе диаметром до 1,5 м с дисковым отношением более 0,7.
Формовка по шаблонам. Модельная оснастка для изго-
товления форм с помощью шаблонов состоит из шаблонов сечений
лопастей, съемочных шаблонов сечений, шаблонов для заточки галтель-
ных переходов, шаблона ступицы, формовочного шаблона, формовоч-
ного шагового угольника, модели прибыли, модели для изготовления
выступа кольца - основания формы. В центре массивной чугунной
плиты 1 (рис. 6.40), представляющей собой основание всей формы,
установлен шпиндель 2, который служит осью литейной формы винта.
К шпинделю с помощью втулок прикреплен стальной рукав, несущий
деревянный шаблон 3, кромка шаблона армирована стальной полосой.
На конце шаблона укреплен ролик 4. При движении ролика по шаговому
угольнику 5, расположенному концентрично с осью шпинделя и выпол-
ненному в соответствии с шагом формируемого винта, кромка шаблона
срезает формовочную смесь, образуя винтовую поверхность. Шаговый
угольник для винтов аксиально-постоянного шага представляет собой
прямоугольный треугольник, изогнутый по цилиндру. Основание для
установки формовочного шагового угольника изготовляется из фор-
мовочной смеси с помощью формовочного шаблона с закрепленным
на нем шаблоном для заточки кольца-основания.
Боковая поверхность нижней горки, образующая часть формы
ступицы, затачивается с помощью шаблона ступицы."
Контроль геометрии нижних горок
производят с помощью съемочных
шаблонов сечений и ватерпаса. При хк
необходимости поверхность исправля- WUrj
ют наждачным полотном или абра- |Г||
зивными кругами. RS ^4. //ftL
После получения певерхности ч Vj llj®®
нагнетательной стороны лопасти фор-
муют модель лопасти из формовоч-
ной смеси. Для изготовления мо-
делей лопастей применяют шаблоны
сечений, каждый из которых воспроиз-
водит форму и размеры лопасти
11* 323
Рис. 6 40. Изготовление линейной
формы по шаблонам
по соответствующему радиальному сечению. Такие шаблоны, выполнен-
ные из фанеры или тонкой листовой стали (1,0—1,5 мм), устанавливают
на нагнетательной поверхности на соответствующих радиусах, а проме-
жутки между ними заполняют формовочной смесью. На каждую лопасть
следует иметь отдельный комплект шаблонов.
Дальнейшие работы по изготовлению формы, начиная с формовки
верхних частей формы по моделям лопастей, проводятся так же, как
при формовке по модели.
Формовка гребных винтов аксиально-переменного шага не отли-
чается от формовки винтов постоянного шага. Лишь формовочные
угольники имеют переменный шаг.
Гораздо сложнее формовка винтов радиально-переменного шага.
Приведем наиболее распространенный способ.
При помощи одного формовочного угольника и формовочного
шаблона затачивают нижнюю часть формы радиально-постоянного шага.
Затем с помощью изогнутых по цилиндрической поверхности съемочных
шаблонов, вдавливаемых в сформованную поверхность на определенных
радиусах, исправляют ее конфигурацию. Таким образом получают тре-
буемую винтовую поверхность нагнетательной стороны лопасти винта.
Формовка модели лопасти и верхней части формы не отличается
от этих операций по формовке винтов радиально-постоянного шага.
Далее с помощью шаблона затачивают поверхность формы, соот-
ветствующую ступице винта. Затем форму отделывают, окрашивают,
сушат и крепят под заливку.
Приведем последовательность операций получения отливки греб-
ного винта при формовке по шаблонам в песчано-цементной смеси
для винта диаметром 4 м с четырьмя лопастями:
Длительность
выполнения,
Содержание работ рабочие
смены
.Заточка разового кольца............................ 1
Формовка нижних частей формы.......................... 4
Формовка фальшивых лопастей........................... 1
Формовка верхних частей формы......................... 3
Выдержка (отверждение) ............................... 3
Разборка формы; удаление фальшивых лопастей; отделка
формы; сборка........................................... 2
Сушка формы............................................ 3
Разборка формы; окраска; сборка и крепление формы... 1
Сушка формы; заливка................................... 2
Выдержка отливки в форме............................... 3 сут
Разборка формы; удаление отливки из формы; обрубка
литниковой системы; очистка отливки..................... 2
Плавка металла и заливка формы. При изготовлении чугунных
винтов плавку производят в вагранках, стальных винтов — в мартенов-
ских, электродуговых и индукционных печах. Для плавки специальных
324
бронз и латуней в современном производстве применяют индукцион-
ные тигельные бессердечниковые и отражательные печи. В ин-
дукционных печах имеется возможность получить более точный хими-
ческий состав сплава вследствие меньшего угара металла. Повышается
также равномерность состава за счет перемешивания металлической
ванны под воздействием циркуляции; исключаются местные перегревы
металла, возникающие в пламенных печах вследствие локального воз-
действия факела пламени. Устраняется возможность попадания в сплав
вредных примесей из сжигаемого топлива, снижается газосодержание
в сплаве и в первую очередь содержание водорода.
Плавку латуней и бронз для отливки гребных винтов в целях повы-
шения качества сплава можно вести в два этапа: первый — получение из
первичных цветных металлов переплава, второй — приготовление из чу-
шек переплава и отходов специальной латуни или бронзы рабочего сплава.
По- достижении требуемых химического состава и газосодержания,
а также удовлетворительных результатов технологических испытаний
на изгиб по пробам, отбираемым в процессе плавки, жидкий металл
выливают в подогретые разливочные ковши. При этом еще раз берут
пробы для химического анализа на газосодержание, отливают пробные
планки для определения механических свойств.
Расплавленный металл очищают от газов и неметаллических вклю-
чений незадолго до его выпуска из печи либо в ковше продувки арго-
ном или азотом.
Подогретую литейную форму заполняют жидким металлом из
ковша 1 через литниковую подогретую чашу 2, из которой после ее
заполнения и открытия пробки металл поступает по литнику 3 в ступицу
со стороны ее кормового конца (см. рис. 6.39). Этот способ заливки
называют сифонным. Вместимость литниковой чаши должна обеспечить
отстаивание металла и всплывание на поверхность случайно попавшего
в чашу шлака.
В производстве особо крупных винтов заливку производят через
два литника.
При заливке стальных винтов небольшого размера с тонкими ло-
пастями применяется литниковая система с подводом металла в выхо-
дящие кромки лопастей. Особенно часто таким методом подвода метал-
ла в форму пользуются в производстве винтов из нержавеющей стали,
обладающей худшей жидкотекучестью по сравнению с латунью и бронзой.
Необходимо соблюдать температурный режим заливки. В результате
заливки „холодным” металлом возникают неслитины и волнистость,
располагающиеся на тонких сечениях лопастей в районе кромок.
При заливке следят за уровнем заливаемого в форму металла и
появлением на поверхности шлака, который, несмотря на устройство
шлакоуловителей в литниковой системе, может попасть в форму. Этот
шлак отводится во время заливки отводками, имеющими форму ло-
паток. Так предотвращается образование шлаковых раковин в отливке.
Отведенный шлак всплывает и при застывании металла остается в при-
быльной части.
325
По окончании заливки прибыль отливки засыпают перлитовым
песком слоем 120—150 мм.
Для создания нормальных условий питания отливки, предотвра-
щающих образование усадочных раковин, производят доливку металла
в прибыль при температуре, которая на 100-150°С превышает темпера-
туру заливки формы. Масса, число доливок, интервалы между ними
зависят от массы отливки. После последней доливки в прибыль досы-
пают перлитовый песок.
Необходимо избегать подачи металла непосредственно в прибыль,
так как в этом случае струя металла глубоко проникает в отливку,
занося внутрь плены, шлак, пузырьки воздуха. Заливку необходимо
вести либо чисто сифонным способом включая и заполнение прибыли,
либо устраивать специальные доливочные литники. При нарушении
этого правила на всасывающей поверхности лопасти может появиться
порок — пленистость, состоящая из плен окислов, усадочной и газовой
пористости. Пленистость начинает обнаруживаться на глубине от долей
миллиметра до нескольких миллиметров.
Большинство перечисленных дефектов можно исправить заваркой.
Для обеспечения качественной заварки вырубка дефектного места
должна иметь плавные переходы без острых кромок и заусениц с накло-
ном стенки вырубки к поверхности под углом не менее 45-50° . При
многослойной заварке перед наложением каждого последующего слоя
предыдущий слой следует очистить от шлака и окислов зубилом и ме-
таллической щеткой.
Для заварки применяют ручной метод электродуговой (угольным
или металлическим электродом) либо газовой сварки. Выбор метода
заварки и присадочного материала зависит от материала гребного винта.
Чтобы прочность лопастей вследствие заварки не снизилась, тре-
буется провести последующую термическую обработку для снятия
остаточных напряжений или поверхностное упрочнение районов заварки
пластическим деформированием.
В заключение отметим, что литье отдельных лопастей ВРШ Произ-
водится при вертикальном положении лопасти для получения лучшего
качества металла.
Припуски на механическую обработку. В процессе затвердевания
и последующего охлаждения происходит литейная усадка отливки,
которая искажает форму каждой лопасти по шагу и уклону. На иска-
жение геометрических параметров отливки оказывают влияние различ-
ные факторы: состав металла, конструкция винта, его размеры (у вин-
тов больших размеров, способных деформировать литейную форму
своей массой, искажение протекает полнее, чем у винтов малых разме-
ров) , прочность и жесткость литейной формы, условия заливки, ох-
лаждения.
Деформация отливки и неточности изготовления литейной формы
определяют величину припуска на механическую обработку лопастей:
запас металла на поверхностях лопасти должен перекрыть искажения
формы отливки Для учета изменений размеров и конфигурации, а также
326
для получения отливок с минимальными припусками на обработку
в литейную оснастку, по которой изготавливается форма (шаблоны
или модель), закладываются соответствующие упреждающие откло-
нения по линейным размерам, шагу и уклону лопастей. Повысить точ-
ность отливки можно также, используя при формовке жесткие металли-
ческие модели, контролируя геометрию формы, соблюдая правила
крепления формы и режима охлаждения отливок.
Припуск на механическую обработку помимо учета геометрических
погрешностей отливки должен также учитывать наличие на поверхностях
лопасти литейных дефектов — пленов окислов, шлаковых включений,
земляных засоров и т. п.
Припуски на механическую обработку зависят от размера винта
и способа формообразования заготовки. При литье винтов из сплавов
на медной основе в формы из быстротвердеющей смеси, изготовленные
по однолопастной модели, припуски составляют 12—25 мм. При изго-
товлении формы из песчано-цементной смеси по шаблонам припуск
удается уменьшить вдвое. Припуски на отливках стальных винтов
большого диаметра составляют 20-30 мм. Большая часть припуска
Отводится на засасывающую поверхность. Литье в двухслойные кера-
мические формы, в кокиль и по выполняемым моделям позволяет
уменьшить припуск до 3—4 мм, для снятия которого при последующей
обработке достаточно шлифования.
Термическая обработка гребных винтов. Для получения необходи-
мых свойств материала отливки стальных винтов подвергают терми-
ческой обработке.
Винты из стали марок ЗОЛ, 35Л проходят отжиг при температуре
800—850°С. Термообработка отливок из стали марки 08Х14НДЛ состо-
ит из закалки с охлаждением на воздухе и одного или двух отпусков.
Под закалку отливки нагревают до 980—1020°C и выдерживают при
этой температуре в зависимости от толщины отливок 4—6 ч. Для винтов
с особо большими толщинами лопастей (до 250 мм) рекомендуется
применять двойную закалку с выдержкой каждый раз после выравни-
вания температуры в течение 5—6 ч.
В производстве латунных и бронзовых гребных винтов применяется
отпуск. Он служит для устранения остаточных растягивающих напря-
жений, появление которых связано с рядом операций производства
и ремонта винтов. Например, остаточные напряжения возникают в ре-
зультате заварки дефектов, при горячей правке, при отрезке прибыльной
части и кромок электродуговым способом. Высокие остаточные напря-
жения могут вызвать зарождение трещин на лопастях и ступицах. Осо-
бенно неблагоприятно действие остаточных растягивающих напряжений
на латунь, которая наиболее подвержена коррозионному растрескиванию
под напряжением.
Термообработку для снятия остаточных напряжений проводят
по режимам, зависящим от марки материала гребного винта: винты
из латуни марки ЛЦ40МцЗЖ - при температуре 350-400°C; винты
из бронз БрА9Ж4Н4 и БрА7Мц14ЖЗН2 - 500-550°C, винты из нержа-
327
веющих сталей — 600-700 ° С. Время выдержки при температуре отжига
зависит от размера винта и составляет от 2 до 8 ч для винтов диаметром
1,5—8 м. Важное значение имеют режимы нагрева и последующего ох-
лаждения, которые должны обеспечить отсутствие значительных пере-
падов температуры в частях отливки, имеющих разные толщины. Дня
устранения термических напряжений скорость нагрева не должна пре-
вышать 100—200 град./ч, а при охлаждении скорость снижения темпера-
туры должна быть не более 50 град./ч. Равномерность нагревания и осты-
вания винта контролируют термопарами, соприкасающимися с различ-
ными его частями.
6.5.4. Требования к обработке
Точность обработки гребного винта зависит от его класса. Нормы
точности и методы контроля приведены в ГОСТ 8054—81.
Контролируют следующие параметры гребного винта: радиус R,
т. е. расстояние от оси винта до концевой кромки, шаг сечения, шаг
лопасти, шаг винта, толщину лопасти, длину сечений лопасти, расстояние
от осевой линии лопасти до выходящей кромкй, плавность и шерохо-
ватость поверхности и ряд других параметров.
Шаг сечения Нс для гребных винтов с плоской нагнетательной
стороной лопасти измеряют между двумя крайними точками тип
(рис. 6.41), каждая из которых расположена на расстоянии не менее
0,10 длины сечения от кромки лопасти. Между точками т и п в плоско-
сти, перпендикулярной оси гребного винта, при заданном угле а, град.,
измеряют разность высот h и шаг сечения Нс, мм:
Hc = ^h.
у а
Шаг сечения задают для сечений различных радиусов R,. Количество
контролируемых сечений зависит от диаметра гребного винта и класса.
При определении шага сечения Нс для гребных винтов с вогнутой
и выпуклой нагнетательными поверхностями лопасти вводят поправки
Kt и К2 (рис. 6.42):
Рис 6.41. Определение ша-
га сечения винта
Яс =----[(й2 ±K2)-(ht ±^)].
а
Шаг лопасти Нл вычисляют как среднее
арифметическое измеренных шагов сечений
лопасти Нс на нескольких радиусах начиная
с 0,57?.
Шаг гребного винта Нв находят как
среднее арифметическое значение шагов Нл
всех лопастей. Проверяют разношаговость
сечений одного радиуса различных лопастей
ДЯС, %, как отношение разности между
наибольшими и наименьшими измеренными
328
Рис 6 42 Внесение попра-
вок на выпуклость и вог-
нутость нагнетательной по-
верхности лопасти при оп-
ределении шага сечения
Рис 6.43. Измерение длины сечения
лопасти If и расстояния от осевой
линии лопасти до выходищей кром-
Рис. 6.44 Измерение положения
осевой линии лопасти
Рис. 6 46 Шероховатость Ra поверх-
ности различных участков лопастей и
ступицы винтов особого, высшего,
среднего и обычного классов
Рис 6 45 Определение положе-
ния лопастей вдоль оси винта
329
значениями шага на одинаковых радиусах сечений разных лопастей
к шагу этого сечения, указанному в рабочем чертеже гребного винта.
Длину сечения лопасти 7, и расстояние от осевой линии лопасти до
выходящей кромки х,- измеряют по нагнетательной поверхности ло-
пасти, накладывая гибкую линейку или другое приспособление на следы
соосного с винтом цилиндра данного радиуса в соответствии с рис. 6.43.
Отклонение К положения осевой линии лопасти по окружности
в плоскости диска винта находят, как показано на рис. 6.44. Положение
лопастей вдоль оси винта определяют, измеряя расстояния а и Ъ от
плоскости Ф, перпендикулярной оси винта и находящейся на определен-
ном расстоянии от кормового торца ступицы, до точек А и В, лежащих
на осевой линии каждой лопасти на расстояниях 0,4 или 0,5 R и 0,95 R
от оси винта, в соответствии с рис. 6.45.
Требования к шероховатости наружных поверхностей ступицы
и лопастей предусматривают наиболее тщательную отделку района
входящей кромки и конца лопасти. Несколько ниже требования к
средней части поверхности лопастей. Третья характерная зона со зна-
чительно большей допустимой высотой неровностей включает поверх-
ность ступицы, а также поверхность лопасти до радиуса 0,47?. Требова-
ния к шероховатости по параметру Ra различных участков поверхности
лопастей на рис. 6.46 представлены в виде столбцов цифр для винтов
особого, высшего, среднего и обычного классов соответственно. Как
видно, наиболее высокие требования относятся к винтам особого класса,
наиболее низкие — к винтам обычного класса.
Гребные винты должны быть статически отбалансированы
6.5.5. Обработка и балансировка гребных винтов
Г
Разметка и контроль геометрии гребных винтов. Операции разметки
и контроля геометрии гребного винта выполняются несколько раз
в процессе его изготовления.
Прибыль под отрезку, центральное отверстие в ступице винта, шпо-
ночный паз размечают общепринятыми в машиностроении методами.
Разметка и контроль геометрии лопастей являются специфичными
для производства гребных винтов и требуют специальной оснастки.
После отрезания прибыли заготовку винта размечают, устанавливая
возможность получения из нее гребного винта. Определяют геометри-
ческую ось винта, осевые линии лопастей, размечают радиусные сечения
и контуры лопастей, проверяют наличие припусков на обработку нагне-
тательной поверхности. Задачей разметки лопастей на этом этапе яв-
ляется рациональное распределение общего припуска на нагнетательной
и засасывающей поверхностях. Большую часть припуска следует снимать
с засасывающей поверхности, так как при получении отливки эта поверх-
ность обращена вверх и поверхностный слой имеет большее количество
дефектов, чем с противоположной стороны лопасти. На этом же этапе
нанесением рисок размечают ступицу под растачивание и подрезку
торцов.
330
Повторную разметку и контроль лопастей производят после раста-
чивания и подрезки торцов ступицы, а также после обработки нагне-
тательной и засасывающей поверхностей лопастей. Последний раз винт
размечают и проверяют перед окончательным шлифованием: измеряют
все параметры, установленные техническими условиями.
Для контроля и разметки лопастей широкое применение получили
стационарные и переносные шагомеры. Название устройств объясняется
тем, что они облегчают измерение одного из важнейших параметров
винта — шага. Переносной шагомер (рис. 6-47) состоит из центрального
вала 4 с четырехкулачковым патроном 5, консоли 5 с противовесом 7
и каретки 6 с вертикальной измерительной штангой 7. Шагомер крепится
в отверстие гребного винта 2 с помощью четырехкулачкового патрона
Наличие угловой шкалы с лимбом позволяет поворачивать консоль
на определенный угол. Другими рабочими движениями при измерениях
являются радиальное перемещение каретки для проведения измерения
на заданном радиусе и вертикальное перемещение штанги. Отсчет этих
перемещений производится по соответствующим шкалам. На конце
измерительной штанги можно устанавливать индикатор, стержень-чер-
тилку, сверлильную головку. Стержень-чертилка служит для разметки
дуг радиусных сечений и радиусов. Сверлильная головка используется
для засверливания „марок” на поверхности лопасти: отверстия-марки
имеют глубину, равную припуску на механическую обработку и служат
проверочной базой при последующей обработке лопастей.
Ддя контроля винтов с перекрытием лопастей, а также для измере-
ния толщины лопасти конструкция переносного шагомера может пре-
дусматривать использование специальных измерительных устройств.
Определить толщину лопасти можно кронциркулем
Рис 6 47 Измерение шага переносным шагомером
331
Рис 6.48 Измерение шага стационарным ша-
гомером
Рис. 6 49 Измерение шага с
помощью шагового угольника
При разметке и контрольных измерениях на шагомере стационар-
ного типа (рис. 6.48) рабочими движениями являются поворот гребного
винта 1, радиальное перемещение шагомера относительно винта, верти-
кальное перемещение измерительного рычага 2. При наличии у ста-
ционарного шагомера двух измерительных рычагов — верхнего и нижне-
го — измерение толщин лопасти упрощается.
Наиболее совершенные конструкции шагомеров предусматривают
автоматизированные разметку и измерение. В момент касания измери-
тельным наконечником поверхности лопасти происходит автоматическая
маркировка точки на лопасти краской, распыляемой из сопла на конце
рычага Результаты измерений фиксируются на бумаге и перфоленте,
обрабатываются на ЭВМ с целью определения положения оси винта
и получения значений припусков в контрольных точках лопасти. Отпе-
чатанная таблица припусков используется в дальнейшем для засверли-
вания „марок” на поверхности лопасти.
Для измерения винтов небольшого диаметра до 1000 мм вместо
шагомера иногда
Рис. 6.50 Прибор
для измерения ко-
нусности отверстия
используют шаговые угольники (рис. 6.49)
этот метод контроля менее удобен и менее точен.
Профиль кромок лопастей проверяют при
помощи комплекта кромочных шаблонов и щупа,
а плавность нагнетательной поверхности — гибкими
и лекальными линейками, продольными шаблонами.
Для контроля конусности отверстия в ступице
гребного винта используют прибор (рис. 6.50),
состоящий из штанги 2 и двух крестовин- жестко
закрепленной нижней 3 и подвижной верхней 1.
Перемещением верхней крестовины вдоль штанги
получают контакт обеих крестовин с поверхностью
контролируемого отверстия; конусность вычисляют
по размеру крестовин и расстоянию между ними.
Расстояние между крестовинами измеряют по
шкале с нониусом, находящейся на штанге.
332
Применяются и другие приборы для проверки конусности, например
конусомерная линейка (рис. 6.51).
Ширину шпоночного паза и правильность его расположения можно
контролировать прибором, показанным на рис. 6.52. Благодаря распор-
ному стержню 4 обеспечивается надежный контакт роликов 5 с поверх-
ностью конуса. Через проемы в корпусе 3 в шпоночный паз вставляют
калибры 2. Если оба калибра входят в шпоночный паз, значит его шири-
на и расположение находятся в пределах допуска. Упор 1 воспринимает
вес прибора и облегчает измерения. Прибор дает возможность произво-
дить и разметку шпоночного паза под обработку.
Отрезка прибыльной части. Отрезку прибыли гребных винтов из
стали и некоторых специальных сплавов производят ацетилено-
кислородной резкой или воздушно-дуговым строганием. Этот метод
не применяют для отрезки прибыли винтов из сплавов на медной основе,
так как из-за высокой теплопроводности материала может произойти
перегрев металла, приводящий к неблагоприятным изменениям струк-
туры. Прибыль винтов из сплавов на медной основе отрезают на станках,
чаще на карусельных, а при диаметре винта до 1000 мм — на токарных.
Схема установки гребного винта на карусельном станке показана
на рис. 6.53. Базой служат крестообразные приливы 1 на засасывающей
поверхности лопастей отливки. Положение винта при установке прове-
рке. 6 51 Измерение
конусности с по-
мощью конусомер-
ной линейки
Рис 6.52 Прибор для конт-
роля шпоночного паза в от-
верстии гребного винта
333
Рис 6 53. Отрезание прибыли винта на карусельном станке
ряют, поворачивая его вместе с планшайбой 2, и регулируют, добиваясь
равенства размеров h и I для всех лопастей Винт закрепляют на план-
шайбе четырьмя кулачками и кольцом 5 с помощью шпилек 3. Под
лопасти подкладывают бруски 4, увеличивающие жесткость крепления
и предотвращающие деформацию лопастей.
Скорость резания при отрезке зависит от материала винта и прини-
мается v =32=60 м/мин для бронзы БрА9Ж4Н4 и латуни ЛЦ40МцЗЖ.
Скорость резания уменьшают в два раза при отрезке прибыли винтов
из бронзы БрА7Мц14ЖЗН2 и в четыре раза - из коррозионностойких
сталей и специальных сплавов. Подача при отрезке s =0,1 = 0,2 мм/об.
В конце процесса отрезки, чтобы предотвратить падение отрезанной
прибыл^, необходимо поддерживать ее с помощью крана; подвеска
дойжна иметь шарнир, допускающий вращение прибыли.
Применяют также специальные станки для отрезки прибыли. Напри-
мер, навесной станок в кольцевом исполнении надевают на прибыль
и закрепляют на гребном винте, ось которого вертикальна. При от-
резке винт неподвижен, а резцу, установленному на суппорте, вращаю-
щемся вокруг прибыли, сообщается радиальная подача. В отличие от ра-
боты на карусельном станке поддерживать краном прибыль в конце
процесса отрезки неопасно, так как она не вращается.
На станке другой конструкции винт устанавливают прибылью вниз.
При отрезке прибыли заготовка неподвижна, а резец, закрепленный
на вращающемся суппорте, получает радиальную подачу и отрезает
прибыль. Поддерживать прибыль в конце процесса не требуется, так как
она опускается на настил.
Подрезка торцов ступицы, растачивание конического отверстия.
После отрезки прибыли и разметки гребной винт поступает для обра-
ботки торцов и растачивания конического отверстия. Крупные винты
обрабатывают на карусельном станке (рис. 6 54). В качестве базы при
установке винта для обработки кормового торца служат разметочные
риски.
334
Рис 6.54 Обработка носового торца и конического отверстия винта
на карусельном станке
После обработки кормового торца винт 2 кантуется для обработки
носового торца Теперь в качестве базы используют уже обработанный
кормовой торец и бурт на нем, а для упрощения установки применяют
центрирующую оправку 1.
Производимое далее растачивание конического отверстия является
наиболее сложной частью операции. Для получения конусности суппорт 3
поворачивают на угол. Ползун 4 суппорта, на котором закреплен резец 5,
при растачивании конического отверстия перемещается параллельно
образующей конуса. Если на станке отсутствует устройство, позволяю-
щее с необходимой точностью контролировать угол поворота суппорта,
растачивание выполняют методом пробных проходов.
Скорость резания при подрезке торцов и растачивании винтов из
бронзы БрА9Ж4Н4 и латуни ЛЦ40МцЗЖ принимают v = 100 4-180 м/мин,
из бронзы БрА7Мц14ЖЗН2 — в два раза меньше, из коррозионно-стой-
ких сталей и специальных сплавов — в четыре раза меньше.
При черновом растачивании глубина резания t =4 4-8 мм, подача
s =0,2 4-0,5 мм/об; при чистовом растачивании широкими резцами
t =0,1 4-0,2 мм, s = 1 4-2 мм/об. Чистовое растачивание можно выполнять
методом тонкого точения при t =0,1 4-0,2 мм, s =0,10 4-0,15 мм/об.
Обработка выточки в средней части конического отверстия облегчает
получение точности при растачивании.
Если станочная обработка не позволяет расточить окончательно
коническое отверстие с необходимой точностью, то оставляют припуск
около 1 мм на диаметр, который снимают на слесарной пригонке. При
слесарной обработке используют ручные шлифовальные машины с абра-
зивным кругом, а на заключительном этапе пригонки - шабер, при этом
контролируют отверстие калибром на краску.
В винтах небольшого диаметра отверстие растачивают на токарных
станках или развертывают.
335
Обработка торцов и конического отверстия возможна также на
специальных станках, на которых режущие инструменты перемещаются
относительно неподвижной заготовки винта.
При обработке торцов и при других операциях в процессе изготовле-
ния требуется кантовать винт. Для упрощения кантования применяют
кантователь, исключающий вероятность повреждения кромок лопастей.
Обработка шпоночного паза. Шпоночные пазы обрабатывают на
долбежных, специальных фрезерных, протяжных станках Долбление
и фрезерование шпоночного паза не обеспечивают требуемой точности
обработки, и окончательная обработка выполняется вручную шабрением.
Чаще применяют протягивание паза, что более производительно и поз-
воляет получить необходимую точность без пригонки.
Винты малого диаметра можно обрабатывать на универсальных
горизонтально-протяжных станках. В специализированном производстве
винтов широкого диапазона диаметров применяют вертикально-протяж-
ные станки (рис 6 55) В верхней части станка расположен стол 1 для
заготовки винта 2, ориентируемый с помощью центрирующей шайбы 4.
Стол поворачивается на vron, соответствующий конусности отверстия
в ступице винта, так что вертикальное возвратно-поступательное дви-
жение инструмента 3 вдоль направляющей штанги 5 при обработке
паза происходит параллельно образующей конического отверстия
Направляющая штанга неподвижна при обработке На станках другой
конструкции на угол поворачивают не стол, а инструментальную колонку.
В зависимости от конструкции станка обрабатывать паз можно
либо в режиме строгания однозубым инструментом, либо в два пере-
хода- первый - строгание однозубым инструментом в окончательный
размер цаза по глубине, второй — протягивание многозубой протяжкой
Рис 6 55 Обработка шпоночного паза в отверстии ступицы на
вертикально-протяжном станке
336
за один ход с получением необходимой точности паза по ширине. Ме-
ханизм подачи инструмента на врезание при строгании предусматривает
несколько значений подач — от одной сотой до нескольких десятых
миллиметров на двойной ход. Скорость резания г = 1 -г 10 м/мин и за-
висит от материала винта. При настройке на глубину паза резец подают
до касания со стенкой отверстия и к чертежной глубине паза прибав-
ляют высоту дуги отверстия. По достижении необходимой глубины
обработка автоматически прекращается.
Обработка лопастей и наружной поверхности ступицы. Обработка
лопастей и наружной поверхности ступицы является наиболее трудо-
емкой при изготовлении гребных винтов. Существуют два подхода
к проблеме механической обработки этих поверхностей.
На предприятиях ряда развитых капиталистических стран распро-
странен метод, при котором весь припуск снимается шлифованием
ручным инструментом. Заготовка винта при этом должна иметь малые
припуски, что возможно при высокой точности отливки. Такая техно-
логия винтов не требует затрат на дорогие металлорежущие станки
и ориентирована на использование ручного труда высокой квалифика-
ции в литейном и механообрабатывающем производствах. Этот подход
оправдан при избытке рабочей силы.
Другой подход, характерный для отечественных предприятий,
состоит в применении фрезерных станков для удаления основной части
припуска с отливки винта. Лишь отливки отдельных лопастей для ВРШ
и винтов сборной конструкции, а также цельные винты обычного класса
удается получать с малыми припусками на механическую обработку,
что позволяет обойтись без фрезерования.
Широко применяются фрезерные станки с ЧПУ, заменившие в послед-
нее десятилетие копировально-фрезерные и винтострогальные станки
и вытеснившие ручную рубку винтов зубилами при помощи пневмати-
ческого молотка. Рубка в дальнейшем будет применяться в особых
случаях, например для удаления дефектных мест, для обработки винта
большого диаметра при отсутствии
станка необходимых габаритов
и т п.
На рис. 6.56 показана схема
фрезерного станка с ЧПУ для
производства крупных гребных
винтов. Заготовка гребного винта
1 устанавливается на поворотную
планшайбу 2 станка, Портал 3
несет две шпиндельные бабки 4.
Обработка лопастей выполняется
строчками, ориентированными по
цилиндрическими сечениям. В про-
цессе обработки винт поворачи-
вается вместе с планшайбой, а
шпиндельная бабка перемещается
Рис. 6 56 Обработка гребных винтов
на трехкоординатном фрезерном стан-
ке с ЧПУ
337
вдоль оси шпинделя, обеспечивая требуемое положение вращающейся
фрезы относительно лопасти. Переход на следующую строку обработки
происходит дискретно благодаря перемещению шпиндельной бабки
по траверсу портала. Рабочие перемещения (показаны на рисунке стрел-
ками) выполняются с точностью 0,01 мм.
Перемещения управляются системой ЧПУ, и станок по числу этих
перемещений называется трехкоординатным. На станке предусмотрена
возможность установки шпиндельной бабки под углом к вертикальной
оси, однако это четвертое перемещение не управляется системой ЧПУ,
а задается перед началом обработки участка поверхности.
Наличие двух шпиндельных бабок позволяет одновременно обра-
батывать две лопасти, если винт имеет четное число лопастей.
На станках с малым числом управляемых перемещений трудно
обеспечить оптимальные условия обработки всей поверхности. Кроме
того, для обработки труднодоступных зон в районе ступицы и галтельных
переходов приходится применять сменные головки, однако даже это
не всегда обеспечивает доступ к некоторым участкам.
Увеличение числа управляемых координат расширяет возможности
станка. Например, пятикоординатные станки (рис. 6.57) обеспечивают
полную обработку поверхностей ступицы и лопастей с оптимальными
режимами. При установке винта на фрезерный станок базами служат
торцы и отверстие заготовки. Для облегчения установки используют
центрирующие оправки. Чтобы устранить отгибы лопастей под действием
силы резания и избежать вибраций, под лопасти помещают регулируемые
упоры, имеющиеся в комплекте оснастки к станку. Обработку ведут
с переустановкой: сначала фрезеруют нагнетательную поверхность,
затем после кантовки винта - засасывающую.
Большую часть поверхностей лопастей обрабатывают торцевы-
ми фрезами. Скорость резания при фрезеровании винтов из бронзы
БрА9Ж4Н4 и латуни ЛЦ40МцЗЖ принимают г = 280-^320 м/мин, ее
уменьшают в два раза для винтов из бронзы БрА7Мц14ЖЗН2 и в че-
тыре раза для винтов из коррозионно-стойких сталей и специальных
труднообрабатываемых сплавов. Наружную поверхность ступицы и
галтельные переходы обрабатывают шаровыми фрезами, а контур ло-
пастей — цилиндрическими. Скорость резания при этом в два-три раза
Рис 6 57 Обработка гребных
винтов на пятикоординатном
фрезерном станке с ЧПУ
меньше, чем при обработке торцевыми
фрезами.
Применяют фрезы высокой точности
с механическим креплением неперетачи-
ваемых стандартных пластин твердого
сплава (например, ВК8) нескольких
типов.
Окончательную обработку наружной
поверхности ступицы и лопастей ввиду
высокой требуемой точности выполняют
шлифованием. Часть поверхности ло-
пастей можно обработать на копиро-
338
вально-шлифовальном станке, причем копиром служит обрабатываемая
заготовка винта. Шлифование на станке, как и фрезерование, произ-
водится построчно. Рабочими движениями являются поворот заготовки,
вертикальное перемещение шпинделя с вращающимся абразивным
кругом. Радиальная подача осуществляется дискретно путем переме-
щения стола с заготовкой.
Вместо абразивного круга можно использовать абразивную ленту.
В этом случае на шпиндель станка устанавливают специальное устройство.
Производительность и качество обработки при шлифовании абразивной
лентой повышаются.
Труднодоступные наружную поверхность ступицы и галтельные
переходы обрабатывают с помощью ручных шлифовальных машин.
Район лопастей вблизи кромок также обрабатывают вручную для дости-
жения необходимого качества отделки. При ручном шлифовании исполь-
зуют абразивные круги и гибкие торцевые абразивные диски.
Наряду с фрезерованием и шлифованием для гребных винтов диа-
метром до 1500 мм в серийном производстве применяют электрохими-
ческую обработку. Гребной винт с обработанными торцами, отверстием
и шпоночным пазом устанавливают на станок с помощью оправки так,
чтобы обрабатываемая лопасть была расположена напротив электрода-
инструмента. Рабочая поверхность электрода-инструмента представляет
собой копию поверхности лопасти гребного винта. Инструмент служит
катодом, а заготовка винта — анодом, через зазор между ними прокачи-
вается электролит. Происходит анодное растворение металла поверх-
ности гребного винта. Прокачка электрода необходима для удаления
продуктов растворения. Процесс растворения протекает более интенсив-
но в районе малых зазоров между заготовкой и инструментом, в резуль-
тате этого зазор выравнивается и поверхность лопасти приобретает
форму поверхности электрода-инструмента.
Лопасти обрабатывают последовательно. Обработка всех лопастей
одновременно потребовала бы слишком большого тока, который при
обработке одной только лопасти достигает 10-25 тыс. А. Сначала обраба-
тывают нагнетательные поверхности, затем переустанавливают винт
и обрабатывают засасывающие поверхности.
Балансировка винтов. Чтобы избежать вибрации гребного винта
и вала под действием механической неуравновешенности, винты прохо-
дят балансировку. Обычно ограничиваются статической балансировкой.
В отдельных случаях для винтов большой массы, с большим относи-
тельным размером лопастей по оси винта и имеющих высокую частоту
вращения при эксплуатации может потребоваться динамическая баланси-
ровка; такие случаи оговаривают в технической документации.
Статическую балансировку проводят на стендах с параллельными
направляющими или роликовыми опорами. Гребной винт для баланси-
ровки насаживают коническим отверстием на специальную оправку
с цилиндрическими хвостовиками. Хвостовики служат опорами при
установке винта на стенде. В шпоночный паз вставляют металлический
брусок, имитирующий шпонку. На стенде винт занимает положение
339
устойчивого равновесия, при котором „тяжелая” сторона обращена
вниз. При помощи пробного груза, который крепят на диаметрально
противоположной стороне винта, определяют дисбаланс. Дисбаланс
устраняют сошлифовыванием или рубкой металла с засасывающей
поверхности „тяжелой” лоиаии.
Точность балансировки проверяют контрольным грузом. Винт
считается отбалансированным, если при установке контрольного груза
Таблица 6.5. Технологический процесс изготовления гребного винта
Операция Станок, рабочее место
Разметочная. Разметить под отрезку прибыльную часть Карусельная. Отрезать прибыльную часть Разметочная. Разметить под обработку торцы и коническое отверстие Карусельная. Подрезать торцы н расточить кониче- ское отверстие Протяжная. Протянуть шпоночный паз Разметочная. Разметить радиусные сечения н контур; Разметочная плита Карусельный Разметочная плита Карусельный Протяжной Плита, шагомер
проверить геометрические параметры лопастей Фрезерная. Отфрезеровать контур выходящей кром- ки лопастей, нагнетательную поверхность, ступицу, галтельные переходы иость лопастей Слесарная. Отшлифовать ступицу и галтельные пере- ходы Разметочная. Разметить радиусные сечения н контур лопастей, точки замера толщин; проверить геомет- рический параметры лопастей Фрезерная. Отфрезеровать контур входящей кромки лопастей, засасывающую поверхность, ступицу и гал- тельные переходы Шлифовальная. Отшлифовать засасывающую поверх- ность Слесарная. Отшлифовать кромки, ступицу и галтель- ные переходы Дефектоскопическая. Выявить дефекты гребных вин- тов Слесарная. Произвести предварительную статическую балансировку Разметочная. Замерить геометрические параметры ло- пастей Слесарная. Отшлифовать лопасти, ступицу, галтель- ные переходы Слесарная Произвести окончательную статическую балансировку ( Слесарная. Отмаркировать гребной винт ‘ Весовая. Взвесить Малярная. О1ф асить наружные поверхности Законсервировать посадочные места Упаковочная. Упаковать гребной вннт Фрезерный с ЧПУ Копировально-шлифоваль- ный Стеид Плита, шагомер Фрезерный с ЧПУ Копировально -шлифоваль- ный Стенд То же Плита, шагомер Стенд То же Весы Малярный участок
340
на конец каждой лопасти при ее горизонтальном положении винт начи-
нает вращаться. Массу контрольного груза, кг, вычисляют по формуле
т =ктъ1И,
где к - коэффициент, зависящий от массы винта и номинальной частоты
вращения, £=0,25-^0,75; тв — масса винта, кг; R — радиус винта, м.
Часто при балансировке достигают состояния безразличного равно-
весия винта. Остаточный дисбаланс при этом оказывается значительно
меньше допустимого.
Гребные винты сборной конструкции комплектуют запасными
лопастями, при установке которых взамен поврежденных уравнове-
шенность винта не должна нарушаться. Поэтому лопасти проходят
взвешивание на моментных весах и пригонку по статическому моменту
массы.
Технологический процесс изготовления металлических гребных
винтов цельной конструкции приведен в табл. 6.5.
ГЛАВА 7
ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС
7.1. НАЗНАЧЕНИЕ, КОНСТРУКЦИИ И УСЛОВИЯ РАБОТЫ
ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС
Современные судовые двигатели — турбины, дизели, электродвигате-
ли, а также потребители энергии двигателей - генераторы, насосы, вало-
провод имеют различную оптимальную собственную частоту вращения.
Например, для повышения КПД и компактности конструкции требуется
увеличить частоту вращения ротора турбины, а для большинства потреби-
телей наибольший КПД соответствует значительно более низкой, чем
у турбины, частоте вращения. Это противоречивое требование судового
двигателя и потребителя чаще всего удовлетворяется за счет введения
в энергетическую установку преобразователя частоты вращения в виде
зубчатого редуктора. При работе главного двигателя на гребной винт
частота вращения гребного вала ограничивается по условиям работы вин-
та, эксплуатируемого при значительно более низкой угловой скорости,
чем турбина или главный судовой среднеоборотный двигатель внутрен-
него сгорания.
Через главную судовую зубчатую передачу передается большая мощ-
ность. В связи с ограниченными габаритами механизмов, размещаемых
в корпусе судна, требуются технологические меры повышения нагрузоч-
ной способности зубьев на изгиб и по контактным напряжениям. Для вы-
соконагруженных зубчатых передач повышают точность изготовления
и сборки зубчатых колес, а также выполняют поверхностное упрочнение
зубьев закалкой ТВЧ, цементацией, азотированием и газовой нитроце-
ментацией. Уменьшение массы и габаритов достигается заменой редукто-
ров обычного переборного типа на планетарные, в которых осуществля-
ется разветвление мощности на несколько потоков, а большие передаточ-
ные отношения образуются благодаря переносному движению водила.
В судовых дизелях зубчатые передачи находят широкое применение
для привода навешенных на двигатель вспомогательных механизмов:
масляных насосов и лубрикаторов, насосов охлаждения, воздухораспре-
делителей, механизмов газораспределения и топливоподачи, воздухо-
нагнетателя. Реечное зацепление используется в механизме согласования
свободнопоршневых дизель-компрессоров и генераторов газа, а также
в механизме регулирования подачи топлива в топливных насосах высо-
кого давления. Червячные передачи характерны для валоповоротных
механизмов.
Наибольшее распространение в судовых механизмах нашли цилин-
дрические зубчатые колеса с эвольвентным профилем, различающиеся
габаритами, величиной модуля, степенью точности, шероховатостью
поверхностей и другими технологическими признаками. Для того
чтобы не увеличивать габариты зубчатых колес при передаче большой
342
мощности, вместо прямозубых используют шевронные. Еще большей
экономии габаритов и массы достигают при применении закаленных
зубчатых колес из высокопрочных легированных сталей. В многообо-
ротных скоростных передачах для плавности зацепления и бесшумности
применяют косозубые зубчатые колеса.
Высокая геометрическая точность элементов зацепления обеспе-
чивает долговечность и снижение шумности при работе. Элементы пере-
дачи должны обладать достаточней жесткостью и допускать минималь-
ные деформации под эксплуатационной нагрузкой. Например, при расче-
те зубчатых передач турбинных редукторов учитывают податливость
шестерни, имеющей форму длинного цилиндра, так как изгибные и кру-
тильные деформации шестерни вызывают дополнительные нагрузки
и неравномерный износ зубьев по их длине.
Общесоюзный классификатор промышленной продукции в классе
40 „тела вращения” для зубчатых колес предусматривает два подкласса:
406000 цилиндрические и 407000 конические и некруглые колеса, чер-
вяки и рейки. На рис. 7.1 приведены примеры зубчатых колес типичных
классификационных групп. Их краткая характеристика:
Рис. 7.1 Разновидности зубчатых колес а - колеса одновенцовые, б - колеса
многовенцовые; в - колеса с внутренними зубьями; г - валы со шлицами; д -
колеса червячные; е - колеса с наружными и внутренними зубьями; ж - колеса
конические; з - червяки
343
- 406100 - колеса, венцы, секторы и сегменты зубчатые цилиндри-
ческие с наружными зубьями одновенцовые;
- 40 6200 - колеса и венцы зубчатые цилиндрические с наружными
зубьями многовенцовые;
- 40 6300 - колеса зубчатые цилиндрические с внутренними зубьями;
- 406400-валы и втулки со шлицами на наружной поверхности;
- 406500 - колеса червячные;
- 40 6800 - колеса зубчатые цилиндрические с наружными и внут-
ренними зубьями, со шлицами на наружной поверхности;
- 40 7100 - колеса, венцы, секторы и сегменты зубчатые конические;
- 407500 - червяки.
Зубчатые колеса судовых редукторов могут иметь цельную либо со-
единяемую болтами или сваркой конструкцию, состоящую из обода зуб-
чатого венца, вала и одного или нескольких соединительных дисков. Для
крупных колес цельнокованные конструкции ситаются более надежны-
ми в эксплуатации, но характеризуются повышенной материалоем-
костью и большим отходом металла в стружку при обработке. Поэтому
крупных колес цельнокованные конструкции считаются более надежны-
ченной конструкции. Валы крупных колес обычно выполняют пустотелы-
ми, а диски профилируют из условий равнопрочности и необходимой же-
сткости колеса. Шестерни главных редукторов обычно цельнокованные.
Детали составных колес предварительно обрабатывают под сборку
или сварку. Сварку обода колеса с диском проводят в удобном горизон-
тальном положении диска в сварочном приспособлении с индукционным
подогревом места сварки во избежание сварочных трещин. После сварки
конструкцию подвергают термообработке для снятия напряжений свар-
ного шва и медленному охлаждению с печью со скоростью не более
25 град^ч. Качество швов проверяют рентгеновским контролем, причем
в соединении диска с валом — весь шов, а в районе обода как менее на-
пряженном при эксплуатации допускается частичная проверка, например
50 % протяженности шва. После термообработки сварные заготовки
проходят дробеструйную очистку, контроль и разметку для последую-
щей механической обработки поверхностей.
Важным эксплуатационным требованием к судовому редуктору слу-
жит ограничение вибрации и шума при его работе. Для уменьшения до-
полнительных механических нагрузок, которые приводят к поломке
вследствие усталости металла и к повышенному износу зубьев и под-
шипников, в технических условиях ограничивают допустимую амплиту-
ду колебаний подшипников или корпуса, например значением
50—100 мкм. Шум главных зубчатых передач затрудняет работу экипа-
жа судйа. Пределы шумности, дБ, судовых передач большой мощности
устанавливают в зависимости от окружной скорости, м/сек.:
Окружная Шумность
скорость
50-60 95
60-80 100
80-100 105
344
Если при испытании наблюдается повышенная шумность редуктора
завод-изготовитель по согласованию с заказчиком выполняет дополни
тельные работы по ограничению шума: устанавливает дополнительные
кожухи на корпус редуктора, резинобитумную изоляцию на корпус;
иногда даже требуется повысить точность зацепления зубьев колес
и шестерен.
Технологичность проектируемого зубчатого колеса требует, чтобы
его конструкция была образована сочетанием простых геометрических
форм. Должна быть предусмотрена возможность использовать сбороч-
ные базы (опорные шейки, посадочные отверстия, торцы) в качестве
установочных и измерительных баз при обработке и контроле. По сооб-
ражениям технологичности при конструировании унифицированы моду-
ли, диаметры отверстий, резьбы, канавки, радиусы галтелей и другие
элементы формы колеса Конструктор должен предусмотреть возмож-
ность нарезания зубьев наиболее производительным методом, а также
минимально необходимый уровень требований к точности обработки
при отделке зубьев.
Анализ статистики отказов передач при эксплуатации показывает,
что среди распространенных причин встречаются неудачные элементы
конструкции, ошибки в выборе материала и способа его термооб-
работки,, нарушения оптимальной технологии изготовления зубчатых
колес.
К числу наиболее распространенных видов повреждений относятся
поломки зубьев в виде усталостного разрушения при изгибе, контакт-
ное выкрашивание поверхности, реже — износ и задиры на рабочих по-
верхностях.
При исследовании ряда аварий редукторов судовых дизелей установ-
лено, что причиной преждевременной поломки зубьев часто служат оста-
точные растягивающие напряжения и дефектные структуры поверхност-
ного слоя, возникающие при термической обработке и шлифовании
Поломка зуба при эксплуатации происходит как итог развития усталост-
ных трещин под действием переменных изгибных или контактных на-
пряжений. Благодаря химико-термической обработке, поверхностному
пластическому деформированию и другим способам упрочнения в по-
верхностном слое возникают остаточные напряжения сжатия, которые
уменьшают рабочие растягивающие напряжения. Целесообразно, кроме
того, выбирать такие условие шлифования, которые не оказывали бы
термического разупрочняющего действия на поверхностные слои, либо
применять после зубошлифования дополнительные упрочнение накле-
пом, электрополированием или притиркой
* В процессе приработки и даже во время эксплуатации на рабочих
поверхностях зубьев могут наблюдаться небольшие по площади углуб-
ления. Такое явление в технической литературе известно под названи-
ями „поверхностное выкрашивание”, „питтинг”, „осповидное изна-
шивание”, „конгактная усталость” - первые три термина отражают
внешнюю сторону, а в последнем содержится разъяснение природы
явления’.
345
Появление и развитие выкрашивания на зубьях невысокой твердо-
сти объясняются следующим образом. В результате переменных контакт-
ных нагрузок, превышающих предел выносливости, на рабочей поверх-
ности начинают зарождаться усталостные микротрещины. При дальней-
шей работе их размеры постепенно увеличиваются, и в конечном итоге
происходит разрушение - отделяются частицы металла. По мере уве-
личения количества ямок площадь поверхности зуба, несущей нагрузку,
уменьшается, удельные давления повышаются и процесс дальнейшего
разрушения переходит в прогрессирующее выкрашивание. На практике,
однако, наблюдаются и случаи прекращения выкрашивания после ин-
тенсивного изнашивания наиболее нагруженных участков зуба. С течени-
ем времени распределение нагрузки по рабочей поверхности выравнива-
ется, и появление ямок выкрашивания прекращается. Такой вид разру-
шения называют ограниченным выкрашиванием.
Как известно, скольжение профилей, равное нулю на начальной ок-
ружности, увеличивается по направлению к вершине и основанию зуба,
возрастает и износ поверхности. Выкрашивание обычно возникает вбли-
зи начальной окружности, а в областях выше и ниже начальной окружно-
сти могут преобладать тепловые явления с изнашиванием в результате
микроструктурных изменений, либо процессы изнашивания при диффу-
зии кислорода и интенсивном окислении деформированных поверхно-
стных слоев.
В судовом машиностроении технология производства зубчатых ко-
лес в большой мере определяет ресурс и безотказность работы передач,
а следовательно, надежность энергетической установки с зубчатыми пе-
редачами. В связи с этим для увеличения износостойкости и усталостной
прочности зубьев передач главных дизелей и газовых турбин применяют
химико-термическую и термическую обработку колес в сочетании со
специальными методами предварительной механической обработки
и окончательной отделки зубьев.
Производство зубчатых колес можно разделить на два этапа. Первый
включает ряд операций формообразования заготовки до нарезания
зубьев, второй этап начинается с операции зубонарезания и заканчивается
отделкой зубьев. Обработка зубчатых колес на первом этапе мало отли-
чается от обработки других деталей, имеющих форму тела вращения.
Специфика производства проявляется на втором этапе, где окончатель-
но формируется качество рабочих поверхностей зубьев.
7.2. МАТЕРИАЛЫ, ЗАГОТОВКИ И ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА
Зубчатые колеса судовых машин изготовляют из конструкционных
сталей, чугуна, бронзы и из неметаллических материалов. При выборе
материала в первую очередь исходя из соответствия его физико-механи-
ческих свойств требованиям, обусловленным результатами расчета на
прочность и анализом конкретных условий эксплуатации. Выбор мате-
риала диктуется, кроме того, конструкцией зубчатого колеса и его
346
размерами, а также технологическими соображениями: способом получе-
ния исходной заготовки, технологией обработки поверхностей, метода-
ми упрочнения наиболее нагруженных элементов конструкции и т. д.
Чаще всего зубчатые колеса изготовляют из углеродистых и легиро-
ванных сталей. Малоуглеродистые легированные стали идут на производ-
ство зубчатых колес, проходящих сложный цикл химико-термического
упрочнения. Используют хромомолибденовые стали, обеспечивающие
минимальные искажения формы заготовки при термообработке; стали
с присадкой циркония, имеющие мелкозернистую структуру и поэтому
малочувствительные к перегреву; стали с присадкой бора, улучшающего
прокаливаемость и др. Применение таких сталей в перспективе должно
быть расширено, так как качество изделия закладывается уже на этапе
выбора марки материала и зависит от его свойств.
Наиболее широко распространены в производстве колес стали сле-
дующих марок: углеродистые 40, 45, 50; хромистые 20Х, 35Х, 40Х;
хромоникелевые 12ХНЗА, 20ХНА, 40ХНА; легированные стали, содер-
жащие алюминий, 38ХМЮА, 35ХНЮА, 35ХЮА; среднелегированные
многокомпонентные 36Х2Н2МФА, 18Х2Н4МА,ОХНЗМ.
Для зубчатых колес, работающих при малых окружных скоростях
и небольших нагрузках, наряду со сталью находит применение серый чу-
гун марок СЧ 24-44, СЧ 28-48, СЧ 32-52. Червячные и винтовые колеса
изготовляют из бронзы различных марок, чаще из бронзы БрА9Ж4. При
скоростях скольжения витков червяка по зубьям колеса свыше 5 м/сек
рекомендуется применять оловянистые бронзы, например Бр010Ф1.
Зубчатые колеса из неметаллических материалов — текстолита, поли-
амидных смол (нейлон, капрон) и других — отличаются бесшумностью
в работе, плавностью и способностью гасить вибрации в передаче.
Для цементированных и закаленных зубчатых колес, которые чаще
всего применяются в тяжелонагруженных судовых передачах, к качеству
материала предъявляют следующие основные требования.
1 Рабочая поверхность зубьев должна иметь высокую твердость в пре-
делах HRC 58 ± 2. Иногда в чертежах не оговаривают верхний предел
твердости, например HRC > 58. Такое условие не только затрудняет
контроль качества материала, но и может привести к ряду дефектов тер-
мической обработки: например, перегрев при закалке, повторные закал-
ки, недостаточная температура отпуска после закалки создают повышен-
ную хрупкость и могут служить причиной образования микротрещин при
зубо шлифовании.
Материал сердцевины должен обеспечивать заданный уровень стати-
ческой и динамической прочности; твердость сердцевины под упрочнен-
ным поверхностным слоем увеличивают за счет повышенного содержа-
ния углерода в стали.
Не допускаются дефекты поверхностного слоя: крупноигольчатая
структура мартенсита, сетка карбидов по границам зерен, глубокие
слои обезуглероживания поверхности, повышенное содержание оста-
точного аустенита, микротрещины. Исследования показали, что разру-
шение рабочего закаленного слоя начинается по хрупкой карбидной
347
сетке, плотный остаточный аустенит вызывает появление растягивающих
напряжений, так же как и слои обезуглероживания, которые, кроме
того, приводят к „засаливанию” абразивного круга и появлению прижо-
гов при зубошлифовании.
Перечисленные требования определяют выбор материала для изго-
товления высоко нагруженных колес и технологию их термической обра-
ботки. Для приведения структуры поверхностного слоя в соответствие
с принятыми высокими нормами используются дополнительные опера-
ции. Высокий отпуск после цементации служит для понижения устой-
чивости остаточного аустенита цементированного слоя, получения равно-
мерной твердости после закалки и для уменьшения коробления загото-
вок сложной формы. Для разрушения обнаруженной после цементации
карбидной сетки применяется дополнительная нормализация, для умень-
шения количества остаточного аустенита - обработка холодом после
закалки и т. д.
Для зубчатых колес наиболее распространенными операциями тер-
мической обработки служат отжиг, нормализация, закалка, отпуск, об-
работка холодом и старение. Широко используются упрочняющие опе-
рации химико-термической обработки.
Крупные заготовки — поковки — после ковки и предварительной
черновой обдирки проходят первую операцию термообработки дляулуч^1
шения обрабатывав мости резанием. После ковки слитка должно быть
удалено до 25 % его массы, главным образом в верхней части. Преду-1
сматриваются интервалы температуры начала и окончания ковки по ме-
ре остывания исходной заготовки, число повторных нагревов слитка при
его ковке ограничивается тремя—пятью, степень укова слитка не должна-
быть меньше предусмотренной, например двух или трех.
На поверхностях поковок зубчатых колес неизбежно возникают де-
фекты, глубина залегания которых не должна превышать половины сум-
марного припуска на операции механической обработки данной поверх-
ности. На чертеже исходной заготовки в наиболее неблагоприятных
местах предусматривается схема вырезки проб - образцов для
механических испытаний материала на разрыв и на ударную вязкость.
После неудовлетворительных результатов заготовка проходит допол-
нительную термообработку и испытания повторяют. Заготовки под-
вергают испытанию на твердость по Бринелю, контролю на флоке-
ны, снятию серных отпечатков и визуальному, в том числе эндоско-
пическому осмотру.
Для большой группы зубчатых колес ответственного назначения тре-
буется получать высокую поверхностную твердость зубьев и посадочных
рабочих поверхностей HRC 50-60. В таких случаях на первом этапе за-
готовки подвергают предварительной термической обработке на микро-
структуру и твердость, обеспечивающей оптимальную обрабатываемость
резанием при точении и нарезании зубьев, а на втором этапе заготовки
проходят химико-термическую и термическую обработку на высокую
твердость с последующей отделкой зубьев и посадочных поверхностей
шлифованием.
348
В тех случаях, когда заданная твердость колес невелика -
НВ 350—400, т. е. HRC < 35, окончательную обработку зубьев и даже
окончательное обтачивание проводят после окончательной термообра-
ботки заготовки.
Предварительная термообработка выравнивает структуру в крупных
заготовках и используется для снятия остаточных технологических на-
пряжений, возникающих на предыдущих операциях. В большинстве слу-
чаев оптимальная обрабатываемость достигается термообработкой на
структуру пластинчатого перлита с сеткой хорошо дифференцирован-
ного феррита бесполосчатого строения. Таким образом, для углероди-
стых сталей необходима нормализация, для сталей 12Х2Н4А, 18Х2Н4ВА
и других - нормализация с последующим высоким отпуском.
Высокие показатели прочности при динамических нагрузках, твер-
дость и износостойкость обеспечиваются при окончательной термической
обработке. Во многих случаях требуется изменить физико-механические
свойства только поверхностного слоя без изменения свойств сердцеви-
ны детали. Применяются поверхностная закалка с индукционным нагре-
вом ТВЧ, газопламенная и др. Для крупных зубчатых колес возможны
последовательный нагрев и закалка каждого зуба в отдельности - „зуб
за зубом”. Для поверхностной закалки используют стали, хорошо вос-
принимающие закалку, в частности марок 45, 40Х. Метод должен обеспе-
чить равномерную закалку профиля зуба по всему контуру с обязатель-
ной закалкой галтели и перехода во впадине зубьев.
Значительное повышение стойкости зубчатого колеса достигается
методами химико-термической обработки: цементацией с последующей
закалкой, азотированием и др.
При химико-термической обработке поверхностей усложняется весь
технологический процесс, в частности появляются дополнительные опе-
рации по предохранению от насыщения углеродом или азотом поверх-
ностей, которые не должны приобретать высокую твердость. Наиболее
надежным, но сложным и дорогим методом защиты служит назначение
защитного припуска, удаляемого после цементации. Величина такого
припуска на неупрочняемые поверхности назначается в 1,5-2 раза боль-
ше глубины цементированного слоя. Применяются также гальваническое
омеднение поверхностей слоем 0,01-0,03 мм, который препятствует на-
сыщению поверхности углеродом при цементации. С мест, подлежащих
цементации и закалке, этот слой удаляют дополнительной механической
обработкой, например полирова-
нием.
При твердости зубьев НВ 350-400
зубчатые колеса подвергают объ-
емной закалке с высоким отпуском
на структуру троостита, а при твер-
дости НВ < 200 ограничиваются нор-
мализацией заготовки.
В качестве исходных заготовок
для стальных зубчатых колес
Рис. 7.2. Штампованная заготовка
зубчатого колеса
349
используют поковки, штамповки и прокат. Чугунные, реже стальные де-
тали изготовляют из отливок. Характер исходной заготовки зубчатого
колеса зависит от размеров детали, ее конфигурации, технических требо-
ваний к материалу колеса, а также от масштабов производства.
В зависимости от серийности производства применяют различные
способы обработки давлением: свободную ковку, штамповку в под-
кладных штампах, штамповку в закрытых штампах и др. Штампованная
заготовка без прошитого отверстия и формообразованного диска колеса
показана на рис. 7.2. Изготовление заготовок свободной ковкой широко
используется для крупных зубчатых колес. В судовом машиностроении
кованые заготовки имеют повышенные припуски на механическую обра-
ботку, так как величина припуска назначается с учетом удаления слоя
с дефектной структурой и пороков поверхности, образующихся при
ковке и термообработке. Из-за невысокой точности операции свободной
ковки приходится предусматривать припуски на механическую обработ-
ку и на неответственных нерабочих поверхностях зубчатого колеса.
Отливки из серого чугуна и стали наиболее близко воспроизводят
форму зубчатого колеса, поэтому ряд поверхностей не подлежит после-
дующей механической обработке и окончательно формируется непосред-
ственно в отливке.
При получении исходной заготовки отрезкой из прутка используют
отрезные, токарные и револьверные станки, а также многошпиндельные
автоматы л автоматы продольного точения. Колеса-диски и секторы мо-
гут быть изготовлены листовой штамповкой с последующей механиче-
ской обработкой.
Известно, что при получении заготовок ковкой важное значение для
прочности детали имеет расположение волокон в заготовке: зуб с ради-
ально расположенными волокнами в направлении по высоте зуба значи-
тельно прочнее, чем зуб, у которого волокна располагаются вдоль длины
зуба. Радиальное расположение волокон обеспечивается большими де-
формациями поковки с ее торцов, а заготовки-прутки имеют продоль-
ное направление волокон, образующееся при прокатке с большими
радиальными деформациями.
При изготовлении высокоточных зубчатых колес 5—6-й степени точ-
ности к исходным заготовкам предъявляется ряд дополнительных специ-
фических требований: повышенная стабильность размеров во времени,
минимальная разнотвердость материала по участкам заготовки, техно-
логичность конструкции зубчатого венца для его отделки, повышенная
жесткость заготовки на операции зубонарезания и др. Нестабильность
размеров во времени проявляется у высокоточных колес в результате
релаксации остаточных технологических напряжений, ползучести и неста-
бильности структуры металла. К методам стабилизирующей обработки
материала относятся отжиг заготовки, стабилизирующий отпуск для сня-
тия напряжений, искусственное и естественное старение.
35U
7.3. ТРЕБОВАНИЯ К ОБРАБОТКЕ И СБОРКЕ
Технические требования к материалу, исходной заготовке, термооб-
работке, обработке резанием и к сборке определяются назначением и ус-
ловиями эксплуатации зубчатых колес, производственными возможно-
стями конкретного завода-изготовителя зубчатой передачи и современ-
ным уровнем развития технологии машиностроения.
Для судовых редукторов ответственного назначения характерны
зубчатые колеса минимальных габаритов и массы, работающие при боль-
ших удельных нагрузках и с высокими скоростями скольжения. Судо-
вые зубчатые колеса не должны разрушаться под действием контакт-
ных и изгибных нагрузок, сильно изнашиваться и создавать высокий
уровень шума. Эти требования приводят к применению специальных
методов отделки зубьев, таких как притирка, шевингование, зубошли-
фоварие, а также к большому количеству внутри- и межоперационных
проверок параметров точности и качества материала.
Используемые в технологическом процессе методы зубообработки
и окончательной обработки базирующих поверхностей должны гаранти-
ровать необходимую точность зубьев и правильное их расположение
в координатах эксплуатационных баз колеса.
К ответственным зубчатым колесам предъявляются следующие тре-
бования:
- концентричность делительного цилиндра и рабочих шеек колеса
или его посадочного отверстия; допускаемое биение не более
30—50 мкм в зависимости от степени точности и размеров колеса;
— равномерность шага зубьев, правильность направления зубьев
относительно направления базы, точность профиля эвольвенты зуба на
участке зацепления; допускаемые отклонения задаются в зависимости
от требуемой степени точности по действующим системам стандартов;
диаметры сборочных баз — рабочих шеек или посадочного отвер-
стия— выполняются по 6—8-му квалитетам точности при отклонении от
цилиндричности не более 60 % допуска на диаметр и соответственно
30 % допуска для параметров нецилиндричности отнесенных к радиусу
поверхности;
— шероховатость поверхностей скольжения зубьев, посадочных по-
верхностей и упорных буртов назначают наибольшей экономически до-
стижимой в пределах 0,3—0,6 мкм; шероховатость базовых поверхно-
стей ограничивается 1,2-2,5 мкм, переходы от боковой поверхности зу-
ба к основанию впадины, галтели, скругления и другие важные элементы
выполняют с шероховатостью не ниже 2,5 мкм (подробнее см. табл. 7.1).
При изготовлении зубчатых колес используются не только конструк-
торские, но и технологические допуски на промежуточных этапах обра-
ботки. Например, технологический допуск назначают на неперпендику-
лярность одного из торцов, выбранного за базу при зубообработке, к оси
колеса с целью уменьшения суммарной погрешности установки загото-
вок на станке.
351
Рис. 7.3. Виды сопряжений зубчаты*
колес
/пт1п - наименьший гарантирован-
ный боковой зазор; Tjn — допуск
В системе стандартов на точность
зубчатых передач предусмотрены 12
степеней точности изготовления зуб-
чатых передач и зубчатых колес,
обозначаемые в порядке понижения
точности: 1, 2, 3, 4, 10, И, 12.
Для каждой степени точности уста-
новлены нормы: кинематической
точности, плавности работы и кон-
такта зубьев в передаче. Кроме того,
определены пять видов сопряжений
колес в передаче (рис. 7.3) и четыре
вида допуска на боковой зазор,
обозначаемые в порядке возрастания
буквами h, g, f е.
Для нерегулируемых передач
установлено пять классов отклоне-
ний межосевого расстояния, обозна-
чаемых римскими цифрами от II до VI в порядке понижения точности.
Гарантированный боковой зазор в зубчатой передаче обеспечивается при
назначении классов отклонений межосевого расстояния, соответствую-
щих следующим видам сопряжений: для сопряжения Я — II, для G — III,
для Я- IV, дляЯ - Vh дляЯ - VI.
Система допусков на зубчатые передачи использует условное обозна-
чение норм точности, в котором первая цифра показывает степень кине-
матической точности, вторая - степень точности по нормам плавности ра-
боты, третья — степень по нормам контакта зубьев; далее следует бук-
вы, йервая соответствует виду сопряжения, а вторая — виду допуска на
боковой зазор. Пример обозначения: 7-8-8-Fg СТ СЭВ 642- 77. Если
назначенная степень точности кинематической плавности и контакта оди-
накова (Например, 7), а вид сопряжения (например, Я) имеет соответст-
вующий ему одноименный допуск на боковой зазор (например, f), то
условное обозначение значительно упрощается: 7-F СТ СЭВ 642- 77.
Степень точности зубьев контролируется как у отдельных зубчатых
колес в процессе их изготовления, так и при сборке зубчатой передачи.
Например, допуск кинематической погрешности передачи принимается
равным сумме допусков кинематических погрешностей входящих в нее
зубчатых колес.
При назначении требований к точности изготовления и к шерохова-
тости все поверхности зубчатых колес могут быть разделены на три ха-
рактерные группы: 1) поверхности, определяющие положение колеса
в передаче и выполняющие роль сборочных и эксплуатационных баз -
шейки колеса, центрирующие отверстия и упорные бурты, а также рабо-
чие поверхности зубьев; 2) технологические базы при изготовлении зуб-
чатого колеса - центрирующее отверстие, шейки, цилиндр выступов
зубьев, центровые гнезда, упорные торцы ступицы и зубчатого венца;
3) поверхности, не используемые при эксплуатации и при изготовлении
зубчатого колеса, - так называемые „свободные поверхности”.
352
Требования к точности поверхностей первой группы назначаются
в соответствии с заданной степенью точности колеса. Например, предель-
ные отклонения диаметров центрирующих отверстий или шеек назнача-
ются по степени кинематической точности:
Степень точности Колеса Квалитет
отверстия вала
6.....................................
7.....................................
8.....................................
6
7
7; 8
8; 9
Аналогично устанавливаются стандартные нормы на ограничение бие-
ния опорных торцов и радиальное биение центрирующих шеек.
Точность технологических баз необходима в связи с требованиями
к точности поверхностей первой группы, поэтому базы выполняют по
минимальным технологическим допускам. Высокие требования к точно-
сти поверхностей двух первых групп должны обязательно сочетаться
с расширенными экономически легко достижимыми требованиями
к точности „свободных поверхностей” зубчатого колеса.
Если оценивают толщину зуба по длине общей нормали, отклонения
диаметра вершин зубьев не влияют на точность измерений, поскольку
измерительной базой служит сама контролируемая боковая поверхность
зуба. При измерении толщины единичного зуба в качестве измерительной
базы используются цилиндр вершин, поэтому приходится ужесточать
требования к точности диаметра вершин зубьев приблизительно на один
квалитет.
Допускаемое торцевое биение опорного базирующего и прижимного
торцов зависит от требуемой степени точности зацепления, от ширины
зубчатого венца и от диаметра колеса. При выборе базового торца учи-
тывается не только точность используемой теоретической схемы базиро-
вания, но и необходимая жесткость технологической системы после уста-
новки заготовки в приспособлении. Базовым торцом может быть выбран
Рис. 7.4 Поверхности с заданной шероховатостью
12 Зак. 2165
353
Таблица 7.1. Рекомендуемая шероховатость r-'cepyEcsi-». с
реек и черзяков
Поверхности зубчатых колес (см. рис. 7.4) Степень точности колеса 1>’ ,
Боковые поверхности зубьев А 4 ОС'
5
6
7 осл
8 1,25- > , ,
Центрирующие отверстия Б и вал В 4-6 0,16-0.63
7 0,32 -1,25
8 ..53 ' '
Опорный Г и прижимной Д торцы 4-о 0,08-0,63
7: 8 0,63 — 2,50
Поверхность вершин зубьев Е 4 3,16-0,32 0,37 0,63 -2,50
торец ступицы колеса, ограничивающий од»у степень свободы, л 'С
рец зубчатого венца, имеющий значительно больший диаметр и
вающий более устойчивый контакт по трем опорным точкам, 'О ~
ветствует ограничению трех степеней свободь Выбор »а" i
образом влияет на структуру операций не только зубообрабст
токарной обработки и шлифования всех наружных поверх кл г
того колеса: центрирующих поверхностей отверстия и вала, гв.о;л - —
прижимного торцов, поверхности вершин зубьев.
Значения шероховатости поверхностей зубчатых колес 1 Л
определяемые СТ СЭВ 638-77, приведены в в.,д,, рг. : г/- ,
табл. 7.1.
7.4. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС МЗГОТОЗЛ£ИЬ№
ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС
7.4.1. Основный этаиы техиологичаетт ярда-,'
Технологический процесс проектируется на основании к' нал
зубчатого колеса и технических условий на его изготовчелг0 с •’ -—м
имеющегося на предприятии станочного оборудования и -р ' ~
изводства. Структура маршрутного технологического прои-г---
несколько крупных этапов обработки заготовки от исходил
до готового изделия.
При разработке технологии прежде всего решают, какими техиоло
гическими методами будет обеспечено качество зубчатых колес в рамках
экономической эффективности и организационной целесообразности
сопоставляемых вариантов. Спецификой зуборезных работ является
354
хсмплекс требований к геометрическим параметрам зацепления, вклю
чая размеры и форму поверхностей элементов колеса, взаимную коор-
динацию его поверхностей и требования к шероховатости. Не менее
важным фактором, определяющим качество зубчатых колес, являются
физико-механические характеристики материала и особенно, поверхно
стного слоя рабочих поверхностей: зубьев, шеек, упорных буртов и
других элементов
В табл. 7 2 показано, каким образом разнообразные конструктив
не:?, признаки зубчатого колеса влияют на решения по элементам проек
тируемого технологического процесса изготовления
Технологичность конструкции зубчатого колеса отражает влияние
условий конкретного производства на выбор конструктивных решений
Например, на цементируемых колесах должно быть минимальное коли-
чество поверхностей защищаемых от цементации, поскольку защита по
верхности от цементации требует дополнительных операций и услож
няет маршрут Применение высокоточных колес с отделкой их зубе
шлифованием допустимо лишь при невозможности другого, более де
шевого решения
На первых токарных операциях заготовки закрепляют и базируют
по необработанным поверхностям, например в кулачковых патронах
Решается задача обработки баз для большинства последующих операций
подрезают и зацентровывают торцы, а также обтачивают посадочные по-
верхности шеек, наружный диаметр колеса и растачивают центральное
отверстие
До термической обработки, состоящей из закалки или нормализации
и высокого отпуска, стремятся окончательно обработать все вспомога-
тельные поверхности На чистовом этапе обработки повторно обрабаты-
вают лишь основные рабочие поверхности зубьев и сборочные базы
а также технологические базы, используемые для зубообработки При
изготовлении цементируемых колес на этих закаливаемых поверхностях
предусматривается припуск для шлифования. Величина припуска
Таблица 7.2. Влияние конструкции зубчатого колеса на технологический
процесс механической обработки
Конструктивные признаки Элементы технологического процесса
Геометрическая форма колеса Установочные базы, конструкция технологи- ческой оснастки, типы станков
Габариты и масса Установочные базы, типы станков
Степень точности, квалитеты точности, шероховатость по- верхности Структура технологического процесса, до- полнительная отделка баз и зубьев, режимы резания, конструкции оснастки, типы стан-
Требование термообработки Структура технологического процесса, допол- нительная механическая обработка
12*
355
назначается минимально по соображениям трудоемкости шлифования и,
кроме того, для сохранения упрочненного слоя на готовой детали.
Припуски на обрабатываемых поверхностях должны быть достаточными,
чтобы удалить дефектный поверхностный слой заготовки и исправить
форму поверхностей. На конечных операциях необходимо устранить
погрешности предшествующей обработки.
Таблица 7.3. Технологический процесс изготовлении венцового зубчатого
колеса с шейками (см. рис. 7.5)
Операция Оборудование
Проверка поковки, разметка под зацентровку (рис. 7.5, а) Фрезерование торцов и зацентровка Предварительное обтачивание и подрезка за два установа (рис. 7,5, б, в) Термическая обработка: нормализация при 940-960 °C на воздухе; отпуск при 630-650 °C; дробеструйная очистка Обтачивание и подрезка колеса с шерохова- тостью 2,5 мкм, сверление и растачивание от- верстия за два установа (7.5, г) Проверка отсутствия микротрещнн и других дефектов сплошности металла методами ультра- звуковой и люминесцентной дефектоскопии Обтачивание и подрезка под цементацию с за- щитным припуском на нецементируемых по- верхностях (рис. 7.5, д) Сверление отверстий в диске колеса (рис. 7.5, е) Разметочная плита Расточный станок Токарный станок, четырехку- лачковый патрон, задний центр Печь, камера для очистки Токарный станок, трехкулачко- вый патрон, люнет, задний центр Ультразвуковой дефектоскоп, оборудование люминесцентного контроля Токарный станок, трехкулачко- вый патрон Радиально-сверлильный станок, подставка
Нарезание зубьев под цементацию Химико-термическая обработка, цементация при 910-920 °C; отпуск при 630-650 °C; дро- беструйная очистка Рассверливание отверстий в диске, сверление смазочных отверстий в шейках Обтачивание, подрезка и растачивание для уда- ления защитного припуска перед закалкой за два установа (рис. 7.5, ж) Закалка при 770-790 °C в масле, низкий от- пуск при 160-180 °C до HRC до 58 ± 2: дробе- струйная очистка Растачивание карманов в диске за два установа (рис. 7.5, з) Шлифование рабочих шеек и упорных буртов Долбление шлицев на наконечнике колеса Предварительное шлифование зубьев Стабилизирующий отпуск при 140-160 °C Окончательное шлифование зубьев Окончательный контроль элементов колеса Проверка на отсутствие прижогов и микро- трещин Зубофрезерный станок Шахтная печь, подставка, камера для очистки Радиально-сверлильный ставок, подставки Токарный станок, трехкулачко- вый патрон, люнет Шахтная печь, подставка, масля- ная ванна, камера для очистки Токарный станок, трехкулачко- вый патрон, люнет Круглошлифовальный станок Зубодолбежный станок То же Масляная ванна Зубошлифовальный станок Комплект приборов Ванны для травления, дефекте-
356
Вид исходной заготовки (прокат, поковка, штамповка, отливка)
особенно сильно влияет на содержание черновых операций. Состав и пос-
ледовательность выполнения отделочных операций после термообработ-
ки выбирают в соответствии с требуемой точностью зубчатого венца,
конструкцией и материалом зубчатого колеса и способом его термообра-
ботки.
В технологический маршрут термически упрочняемых цилиндриче-
ских зубчатых колес входят следующие основные операции: получение
исходной заготовки; отжиг заготовки для улучшения обработки резани-
ем и подготовки структуры для операций последующей термической об-
работки; предварительная механическая обработка заготовки по конту-
ру с припуском под окончательную обработку; упрочняющая термооб-
работка (цементация, нитроцементация, азотирование); чистовая меха-
ническая обработка с припуском под отделку зубьев и технологических
баз; операции отделки по контуру колеса включая зубошлифование или
зубо притирку.
На этапах технологического маршрута термически неупрочняемых
цилиндрических зубчатых колес предусмотрены следующие основные
операции: получение исходной заготовки; нормализация или отжиг;
предварительная механическая обработка по контуру для удаления ос-
новной массы припуска (оставляют припуск под окончательную обра-
ботку) ; стабилизирующий отпуск для снятия наклепа и снижения тех-
нологических остаточных напряжений после предварительной механиче-
ской обработки; чистовая механическая обработка с припуском на от-
делочные операции главных поверхностей; второй стабилизирующий от-
пуск после чистовой механической обработки заготовки; отделочная ме-
ханическая обработка заготовки; зуборезная и зубоотделочная опера-
ции; антикоррозионная обработка.
357
На этапе окончательной обработки выполняются строгие требования
к точности взаимного расположения поверхностей, их форме и разме
рам. Необходимо учитывать, что точность сборочных и эксплуатацией
ных баз колеса так же важна, как и точность зубьев, поэтому посадочные
поверхности, шлицы, шпоночные пазы и резьбы обрабатываются после
окончательной термообработки
В качестве примера в табл 7 3 и на рис 7 5 приведен технологиче
ский процесс изготовления зенцового зубчатого колеса с шейками в ус
ловиях мелкосерийного производства Колесо имеет следующие пара
метры: диаметр 500-700 мм, модуль 6-8 В качестве заготовки исполь
зована поковка из стали 18Х2Н4МА Требуемая точность изготовления -
5-6-я степень точности
7.4.2. Технологические базы и установочные приспособления
Важнейшим элементом разработки технологического процесса изго
товления зубчатых колес служит анализ баз и выбор базовых поверхно
стей. Рациональный выбор баз обеспечивает правильность геометриче
ской связи между обрабатываемыми поверхностями точность выполняв
мых размеров, точность формы, а также повышает производительность
за счет сокращения вспомогательного времени при установке заготовки
на станке Вначале анализируют конструкторские базы и выбирают базы
для контроля зубчатого колеса, затем устанавливают базы для операций
окончательной обработки и проектируют сами операции Далее последо-
вательно проектируют базы для этапов предварительной и начальной об
дировочной обработки - так называемые черновые базы
Следует стремиться к использованию для большинства промежуточ
ных операций тех же баз, что и для окончательных операций, соблюдая
в наибольшей мере принцип постоянства баз Смена баз вносит дополни
тельную погрешность во взаимное расположение поверхностей, обрабо
тайных при различных базах.
Анализ баз колеса выполняется по его конструкции. В качестве
конструкторской базы при проектировании (рис. 7.6) служат ось 2,
по отношению к которой задано расположение зубьев колеса. Устано-
вочная база при черновой токарной обработке - торец и внутренняя
поверхность венца 1, которая может использоваться как сопрягаемая,
Рис. 7.6 Базирующие поверхности
зубчатого колеса
358
а при неточной заготовке-поковке —
как проверочная база. Установочной
базой при нарезании зубьев служат
торец венца, обеспечивающий высо
кую жесткость системы станок -
приспособление — инструмент — де
таль, и отверстие 3, а при зубошлифо-
вании — торец ступицы и ось 4, мате-
риализуемая в разжимной самоцентри-
рующей оправке. За сборочную базу
зубчатого колеса в редукторе прини-
мают отверстие и торец ступицы 5, эту же базу используют и как изме-
рительную при контроле колеса.
На рис.7.7 рассмотрены некоторые из возможных вариантов теоре-
тических схем базирования при обработке зубьев зубчатых колес и схе-
мы установки. В первом случае (рис. 7-7, а) выбрана неустойчивая в от-
ношении угловых координат база, а также неудачная схема закрепления
с возможностью деформирования венца. При таком варианте зубья мо-
гут Приобрести конусообразную форму в продольном направлении.
Использование отверстия как двойной направляющей, а торца сту-
пицы как упорной базирующей поверхности (рис. 7-7, б) повышает точ-
ность схемы базирования и улучшает схему закрепления. В этой схеме
сборочная и установочная базы совмещены. Это позволяет избавиться
от погрешности базирования. Однако при зубофрезеровании, а также
еще в большей мере при зубострогании и при зубодолблении эта схема
приводит к повышенной податливости заготовки под действием сил
резания.
Отступая от принципа совмещения установочной, измерительной
и сборочной баз, на практике часто используют схему (рис. 7.6, в), при
которой погрешность базирования приводит к непараллельности зубьев
по отношению к оси заготовки в пределах координации торца венца
и отверстия заготовки. К преимуществу схемы можно отнести высокою
жесткость заготовки в координатной системе зуборезного станка.
По способу базирования заготовки при механической обработке
можно выделить три типа зубчатых колес:
— венцовые колеса со ступицей и шейками; в качестве установочной
базы предусматривается поверхность отверстия или шеек в сочетании
с торцом или упорным буртом;
— колеса типа дисков и венцов; установочная база — торец венца
с поверхностью отверстия или наружным цилиндром;
— валы-шестерни устанавливаются по центровым углублениям или
по отверстию, а иногда по поверхности шеек и упорному торцу.
Рис. 7 7 Варианты теоретических схем базирования и схем установки
заготовки при зубообработке
359
При нарезании зубьев на плоских колесах оиверстие служит в качест-
ве направляющей базы с ограничением лишь двух степеней свободы.
Ориентирующим элементом приспособления должен быть короткий
центрирующий палец. В таких заготовках использование сильно развитой
торцевой поверхности как главной базирующей с ориентировкой по
плоской подставке ограничивает три степени свободы.
При обработке зубчатых колес большого размера деформации после
термообработки могут заметно нарушить координацию поверхностей. В
этом случае при повторной чистовой обработке базовых поверхностей
в качестве поверочной базы может быть использована обрабатываемая
поверхность зубьев. Такое базирование уменьшает погрешность зубьев
относительно оси колеса и обеспечивает минимальные припуски на опе-
рации окончательной обработки включая зубошлифование. Начиная об-
работку после термической операции с центрального отверстия, затем
используют это отверстие как единую базу при отделке посадочных ше-
ек, шлицевых поверхностей и зубьев.
При обработке узких колес типа дисков и венцов их устанавливают
на зуборезной операции пакетом по несколько штук одновременно, что
требует высокой точности по параметру параллельности базирующих
торцов.
Валы-шестерни нарезают в люнетах, ориентирующих заготовку по на-
ружным посадочным шейкам. После закалки до высокой твердости
шейки шлифуют в центрах, а при наличии центрального отверстия заго-
товку устанавливают на оправку или на центровые пробки. Для этого
после термообработки центровые углубления исправляют, а отверстия
растачивают концентрично с посадочными шейками.
В технологическом процессе необходимо на большинстве операций
стремиться к совмещению установочных технологических баз с кон-
структорскими и измерительными. Весьма часто заготовка колеса пред-
ставляет собой податливую в осевом направлении конструкцию диска,
поэтому для повышения жесткости системы станок—приспособление—ин-
струмент—деталь в направлении сил, возникающих при зубонарезании,
заготовку базируют с установкой на один из двух торцов зубчатого
венца. При этом нарушается принцип совмещения баз, поскольку торец
в работе колеса не участвует и конструкторской базой не является. Как
следствие этого, появляется погрешность базирования, равная неперпен-
дикулярности торца по отношению к конструкторской базе - центриру-
ющему отверстию или шейкам колеса. Для уменьшения погрешности
баризования используемый в качестве базы торец обрабатывают за одну
установку с отверстием или шейками колеса, что обеспечивает точность
их взаимного расположения.
При изготовлении прецизионных колес 3, 4 и 5-й степеней точности
этап отделочных операций начинают со шлифования или даже притирки
торца, используемого в качестве базы при зубоотделке. Далее следует
окончательное расстачивание или внутреннее шлифование отверстия
с установкой на подготовленную базу торца и лишь затем — окончатель-
ная обработка зубьев.
360
Для небольших по размерам колес центральное отверстие может слу-
жить и в качестве двойной направляющей базы с дополнительным упо-
ром в торец ступицы, а не зубчатого венца При этом повышенная точ-
ность установки достигается путем ограничения нецилиндричности отвер-
стия в пределах 12-20 % допуска на диаметр, выполняемый по 6-му
квалитету. Для беззазорной посадки заготовки используют либо комп-
лект цилиндрических оправок различного диаметра, либо различные по
конструкции разжимные цилиндрические оправки- цанговые, с разрез-
ной тонкостенной втулкой, с шариковыми ориентирующими элемента-
ми (рис. 7.8). В таких оправках предусматривается небольшой гаранти-
рованный натяг между заготовкой и оправкой, который компенсируется
упругими деформациями в сопряжениях шариков с заготовкой и стерж-
нем оправки Сопротивление осевому перемещению заготовки по оправ-
ке при наличии натяга уменьшается, поскольку трение скольжения за-
меняется трением качения ориентирующих шариков.
Если в технологическом процессе используют стабилизирующий от-
пуск для снятия напряжений, после этой операции точность установочной
базы восстанавливают, например растачивают, шлифуют или притирают
центральное отверстие При изготовлении валов-шестерен восстанавлива-
ют центровые отверстия заготовки или опорные базовые шейки. Иногда
заготовку устанавливают на центрирующие пробки 2 оправки 1 (рис. 7.9),
на которой проводят все отделочные операции шеек и зубьев, не снимая
заготовку даже при низкотемпературном отпуске в течение 1-2 ч при
температуре 150—160°C, выполняемом между операциями зубошлифо-
вания цементированных и закаленных колес. Используют селективный
подбор пробок к базирующему отверстию или па отверстии и пробке
предусматривают коническую фаску. Радиальное биение заготовки на
оправке влияет лишь на точность припуска, но не на взаимное располо-
жение зубьев и опорных шеек колеса, окончательно изготовленных при
одной установке
Рис 7 8. Центрирующая без зазора
шариковая оправка для установки
затотоякн зубчатого колеса
Рис 7.9. Установка заготовки
закаленного зубчатого колеса
на отделочных операциях
361
Установочные приспособления зубчатых колес центрируют по оси
станка: цилиндрическим выступом по выточке в столе; конусным хво-
стовиком по конусному центральному отверстию стола; установкой
в центрах станка. Для крупных зубчатых колес высокая точность центри-
рования (5—10 мкм) достигается выверкой приспособления по оси стан-
ка с помощью индикатора с ценой деления 1 мкм.
Обычно обрабатываемая заготовка центрируется автоматически за
счет сопряжения с ориентирующими элементами приспособления, однако
используется и более точная установка с непосредственной выверкой заго-
товки по индикатору. В этом случае проверочной базой служит не опорная,
а сопрягаемая с ножкой индикатора поверхность заготовки. Процесс бази-
рования при этом выполняется в два этапа: предварительное по сопрягае-
мым базам и окончательное точное базирование по проверочным базам.
При конструировании приспособлений для установки заготовок на
зуборезных и зубоотделочных станках стараются выполнить комплекс
иногда противоречивых требований:
— приспособление должно быть точным и жестким, исключающим
деформации и вибрации при обработке заготовок;
— опорные поверхности приспособления стремяться располагать
вблизи зоны приложения силы резания, а усилия закрепления приклады-
вать на опорные поверхности, что исключает изгибные деформации;
- приспособление конструируют переналаживаемым за счет замены
его отдельных деталей, обеспечивая групповые операции.
7.4.3. Методы нарезания зубьев
Для нарезания зубьев зубчатых колес используют различные методы
(табл. 7.4).
При фрезеровании по методу копирования дисковыми профилиро-
ванными^ модульными фрезами (рис. 7.10) зубья нарезают на зубофре-
зерных станках с применением единичного деления. При этом заготовка
Таблица 7.4. Методы нарезания зубьев зубчатых колес
Метод Область использования Деление
Фрезерование диско- выми модульными фрезами Эвольвентные колеса невысокой точности, колеса внутреннего зацеп- ления, рейки Единичное
Фрезерование пальце- выми модульными фрезами Шевронные колеса без канавки для инструмента; колеса внутреннего зацепления, рейки Единичное
Фрезерование червяч- ными фрезами Колеса внешнего зацепления вклю- чая шевронные с канавкой для ин- струмента Непрерывное
Зубодолбление Колеса внешнего и внутреннего за- цепления, с буртами, блочные ко- леса Непрерывное
362
поворачивается дискретно на шаг зуба. По мере перемещения фрезерно
го суппорта вдоль оси заготовки колеса модульная фреза воспроизводит
профиль впадины зубьев, затем после полной обработки всей впадины
инструмент выводится вдоль оси заготовки, и заготовка поворачивается
на один зуб для фрезерования следующей впадины. Изготовленные дис-
ковыми модульными фрезами колеса имеют невысокую точность про-
филя и шага, поэтому этот метод применяется ограниченно.
Дисковые фрезы используют и для предварительного нарезания
зубьев средних и больших модулей с припуском под окончательную об
работку.
Пальцевыми модульными фрезами нарезают крупные цилиндриче
ские и конические колеса, крупномодульные червяки, рейки.
Наиболее универсально, производительно и точно нарезание зубьев
червячными фрезами по методу обката (рис. 7.11). Эвольвентная форма
нарезаемого зуба обеспечивается тем, что режущие профили червячной
фрезы воспроизводят профиль зубьев рейки, обкатываемой цилиндриче
ской заготовкой. Фреза представляет собой червяк с режущими зубьями,
имеющими передний у и задний а углы Передний угол у чистовых фрез
равен нулю, а у черновых 5—7°, задний угол уменьшает трение по заго
товке и составляет 10—12° на вершине зуба. Задние боковые углы зата-
чивают на 2—4° .
При зубофрезеровании червячными фрезами (рис. 7.12) фрезе 5 со-
общаются два движения: вращение относительно собственной оси и по
ступательное перемещение вдоль образующей нарезаемого зубчатого ко-
леса 3. Вращение фрезы согласуют с вращением заготовки колеса по-
средством червяка 1, колеса 2 и зубчатой передачи 4. Одной и той же
червячной фрезой
можно нарезать коле -
со с необходимым
числом зубьев данно-
ного модуля, настра-
ивая станок на соот-
ношение частоты
Рис 7.11. Червячная фреза, а - общий
вид, б - режущий зуб
Рис 7.10 Дисковая
модульная фреза
363
Рис. 7.12. Зубофрезерование чер-
вячной фрезой
вращения фрезы Пф и заготовки «з,
равное отношению числа зубьев z
обрабатываемого колеса к числу захо-
дов к червячной фрезы: Пф/Пз =z/k.
Значительную долю времени, осо-
бенно при применении фрез боль-
ших диаметров, составляет время
подвода и врезания инструмента. По-
этому дисковые заготовки и даже
заготовки колес с односторонней сту-
пицей устанавливают пакетом на одну
оправку и производят их совмест-
ную обработку (рис. 7.13). При
удлиненной в одном направлении
ступице удается обрабатывать по две
заготовки в пакете. Из рисунка видно,
что схема базирования заготовок в
пакете усложняется, так как верх-
ний торец расположенной ниже на
оправке заготовки служит ориентирующим элементом устанавливаемой
на него заготовки. Поэтому необходима строгая параллельность торцов.
При нарезании высоконагруженных зубчатых колес из цементиру-
емых сталей учитывают, чтр на изгибную прочность зуба значительное
влияние оказывает галтель, соединяющая активный участок профиля
с дном впадины. В результате разнообразных повреждений при шлифова-
нии галтели (микротрещины, прижоги, растягивающие напряжения
поверхностном слое, микрориски) усталостная прочность зуба снижа-
ется. Этцму способствует также то, что при шлифовании галтели с при-
пуском удаляется упрочненный цементированный закаленный поверхно-
стный слой. Чтобы не шлифовать впадину, на головке зуба фрезы преду-
сматривают специальные закругленные выступы. Это придает впадине
Рис. 7 13. Установка зубчатых колес на зубофрезерном (а) и на зубодолбежном
(б) станках
364
требуемую форму с припу-
ском на шлифование только
по эвольвентному профилю
зуба (рис. 7.14).
После чернового фрезе-
рования — прорезания зубь-
ев — целесообразно переза-
крепить заготовку, так как
перераспределение напряже-
ний при удалении большого
объема металла может при-
вести К микродеформациям Рис. 7 14 Форма контура переходной кривой
заготовки. Окончательное во впадине зубьев колес из цементируемой
зубофрезерование выполни- стали (г ~ припуск на шлифование)
ют на станках повышенной
жесткости, используются режимы, исключающие вибрацию узлов станка
и обеспечивающие повышенную стойкость ‘ инструмента. Обработка
ведется непрерывно, для крупных колес необходимо постоянство тем-
пературы окружающего воздуха в пределах + (0,5 -г 1,0) ° С.
На зубодолбежных станках, работающих по методу обкатки, вос-
производится зацепление пары цилиндрических колес, одно из которых
инструмент — долбяк, а второе — заготовка. В процессе работы шпин-
дель с долбяком совершают быстрое возвратно-поступательное движе-
ние, кроме того, шпиндель и заготовка синхронно медленно вращаются
с помощью зубчатой пары. При обратном ходе долбяк отводится от за-
готовки в радиальном направлении, при этом исключается трение его
задних граней по обрабатываемой поверхности. Врезание зубьев долбяка
в заготовку осуществляется в радиальном направлении. Производитель-
ность зубодолбления меньше, чем зубофрезерования, но оно более уни-
версально и применяется для нарезания зубьев внутреннего зацепления
и зубьев на ступенчатых колесах.
На зубодолбежных станках пользуются различного рода оправками
и приспособлениями. Оправку, долбяк и заготовку после установки
следует проверить на радиальное биение. Особенно важно обеспечить по-
вышенную жесткость закрепления долбяка и заготовки и конструктив-
ными мерами разгрузить оправку от действия на нее сил резания при эу-
бодолблении. Например, оправка снабжена обратным конусом и при
центрировании затягивается снизу вверх (см. рис. 7.13, б), поэтому
усилие долбления воспринимается столом станка, а оправка находится
под действием постоянных растягивающих напряжений от усилия за-
крепления. При зубодолблении не рекомендуется одновременно обраба-
тывать несколько заготовок, устанавливая их пакетом, так как податли-
вость стыков заготовок снижает жесткость системы станок—приспособ-
ление— инструмент—деталь.
Наряду с зубодолблением применяют зубострогание гребенками,
основанное на зацеплении зубчатого колеса с рейкой. При нарезании
зубьев гребенка, закрепленная на суппорте станка, совершает быстрое
365
возвратно-поступательное движение в направлении нарезаемого зуба, а
на обратном ходу гребенка отводится от заготовки для уменьшения из
нашивания инструмента. При обработке небольших колес мелких моду
лей удается использовать гребенки по длине равные или большие длины
делительной окружности, что позволяет выполнить нарезание при непре
рывном обкатывании инструмента без потери времени на деления.
При зубодолблении погрешности шага нарезаемых зубьев включают
шаговые ошибки и биение инструмента —долбяка, которые суммируют-
ся с кинематическими погрешностями станка. При зубофрезеровании
погрешности инструмента и его установки на станке влияют на точность
профиля зубьев, а точность шага нарезаемых зубьев полностью опреде
ляется точностью прецизионного делительного механизма станка.
Прецизионные зубофрезерные станки, используемые, например, для
нарезания зубьев в турбинных зубчатых передачах, подразделяются на
вертикальные для нарезания зубчатых колес и горизонтальные для на-
резания шестерен.
Вертикальные станки имеют колонну, которая перемещается по на-
правляющим и несет на себе фрезерный суппорт. Такие станки позволя-
ют нарезать зубья на колесах диаметром до 5000 мм. Крупные верти-
кальные зубофрезерные станки снабжены делительным механизмом по-
вышенной точности с приводом стола посредством двух червяков и
подпятником стола с механизмом разгрузки, обеспечивающим постоян-
ное усилие на направляющие независимо от массы заготовки обрабаты-
ваемого зубчатого колеса.
На горизонтальных станках заготовку устанавливают в люнетах
на направляющих, а фрезерный суппорт перемещается по другим направ-
ляющим, расположенным параллельно оси заготовки. Поперечные на-
правляюрще на суппорте позволяют установить фрезу в направлении,
перпендикулярном оСи изделия, например, на необходимую глубину
резания.
Зубофрезерные станки проверяют как по геометрической точности
элементов, так и по кинематической точности перемещений зуборезного
инструмента по отношению к нарезаемой заготовке. Полный перечень
проверок прецизионного зубофрезерного станка включает несколько
десятков требований к точности и соответствующих им допускаемых
отклонений, сопоставляемых на частичных и полных регламентирован-
ных проверках станка на точность.
Зуборезные станки обычно не встраивают в предметные линии об-
работки, а устанавливают на специальном зуборезном участке цеха.
Группирование оборудования по признаку однородности операций
зубообработки является вынужденной мерой и объясняется спецификой
работ. Например, на зуборезном участке требуется постоянный темпе-
ратурный режим, так как один ход окончательной обработки может
длиться более смены. Зуборезные участки служат хорошей базой для
организации группового производства по групповой технологии на
групповых переналаживаемых приспособлениях и с помощью групповых
наладок станков.
366
7.4.4. Методы отделки зубьев
Этап окончательной обработки зубчатого колеса включает отделку
его базирующих поверхностей — тонкое точение или шлифование, а так-
же отделку зубьев. Метод отделки зависит от требований к точности
элементов зубчатого венца, к шероховатости поверхности зубьев и от
физико-механических характеристик поверхностного слоя.
Зубошлифование. Применяют для окончательной обработки зака-
ленных цементированных колес и, реже, термо улучшаемых колес повы-
шенной точности вплоть до 4—5-й степени точности. В процессе цемента-
ции и закалки происходит коробление заготовки, а зубошлифованием
удаляют неравномерный припуск, обеспечивая заданную точность венца
На практике используют различные методы зубошлифования. Наибо-
лее распространены и универсальны станки, работающие по методу об-
нажи. Для получения эвольвентной формы зуба режущая часть круга
воспроизводит профиль рейки, находящейся в зацеплении со шлифуе-
мым колесом (рис 7.15, а). Иногда колесо обкатывается сразу двумя
абразивными кругами тарельчатой формы, благодаря чему одновремен-
но образуются две боковые стороны зубьев (рис. 7 15, б). Движение,
приводящее к образованию эвольвенты зуба, образуется при сложении
яозвпатно-вращательного движения заготовки по стрелке т и попереч-
ного возвратно-поступательного движения по стрелке п.
Более производительны зубошлифовальные станки, работающие по
методу копирования абразивным кругом, спрофилированным с по-
мощью алмазного инструмента на полный профиль впадины (рис.7.15,в).
Однако этот метод уступает предыдущим в точности, которая зависит
от точности специальных прецизионных копиров. Кроме того, копирное
зубэшлифование характеризуется большим тепловыделением и прижо-
гами в зоне резания Наиболее производительная схема зубошлифования
основана на использовании червячных абразивных кругов (рис. 7.15, г),
ио их применение ограничивается лишь малыми размерами зубчатых
колес.
Кри шлифовании закаленной стали выделяющееся в зоне резания
"епло вызывает мгновенный разогрев, достаточный для отпуска, а иног-
да даже для вторичной закалки и отпуска металла зубьев в тонком ра-
бочем поверхностном слое. На практике внешнее проявление такого
Рис 7 15 Схемы зубошлифования а, б - методом обкатки; в - методом ко-
пирования; г - червячным абразивным кругом
367
Рис. 7 16 Шлифование зубьев двумя
тарельчатыми кругами на станке с
обкатным барабаном
разогрева в виде потемнения поверх-
ности называют прижогами Для ка-
чества зубьев опасны поврежденные
структуры поверхностного слоя, ко-
торые представляют собой у поверх-
ности мартенсит вторичной закал-
ки с большим количеством остаточ-
ного аустенита и далее, вглубь, —
троостомартенсит и троостит, залега-
ющие на неповрежденном от нагрева
при шлифовании слое мартенсита
отпуска с карбидами. Поскольку
удельные объемы образующихся
микроструктур отпуска меньше, чем
удельный объем исходной микро-
структуры мартенсита, в поверхно-
стном слое возникают растягиваю-
щие напряжения, снижающие вынос-
ливость зубьев при эксплуатации
Необходимо выбирать такие ус-
ловия зубошлифования, при которых глубина образующегося дефектно-
го поверхностного слоя была бы наименьшей Для этого предваритель-
ное зубошлифование выполняют на интенсивных производительных
режимах, оставляя припуск на окончательное шлифование, превышаю-
щий глубину разупрочненного слоя, а окончательное зубошлифование
ведут на очень ограниченных режимах. Для упрочнения зубьев иногда
после зубошлифования предусматривается упрочняющая обработка
дробеструйным наклепом либо удаление тонкого разупрочненного слоя
притиркой, зубохонингованием или обкаткой зубьев
Для уменьшения дефектов поверхностного слоя при зубошлифова-
нии зубчатых колес увеличивают число проходов, соответственно умень-
шая глубину резания. Трудоемкость процесса зубошлифования достига-
ет десятков и сотен часов машинного времени и быстро возрастает при
увеличении диаметра колеса и припуска на обработку Основным спосо-
бом уменьшения припуска при зубошлифовании крупногабаритных за
каленных колес является уменьшение деформации заготовки при цемен-
тации и при закалке.
На рис. 7.16 представлен станок, работающий двумя тарельчатыми
кругами 5 по методу обката. Согласование движений обката достигает-
ся тец, что на одной оси с обрабатываемым колесом 4 находится обкат-
ной цилиндрический барабан 1, который обкатывается по натянутой
стальной ленте 2 Диаметр барабана равен диаметру основной окружно-
сти колеса, поэтому лента реализует обкатку барабана, обеспечивая
эвольвентную форму зуба Для того чтобы зуб был прошлифован по
всей длине, колесо 4 со столом 6 совершает еще и возвратно-поступатель-
ное движение вдоль оси станка. После обработки зуба по всей длине про-
дольная подача прекращается и делительный механизм, расположенный в
368
корпусе 3, разворачивает заготовку колеса на один зуб. Все эти элемен-
ты движения выполняются в автоматическом режиме и повторяются для
всех зубьев колеса, после чего станок останавливается При износе
шлифовальных кругов всего на 1—2 мкм компенсирующее устрой
сто возвращает круги в исходное положение Благодаря этому ни естест-
венный износ кругов, ни их износ в процессе периодической правки ал-
мазным инструментом не оказывают влияния на точность изготовления
зубьев. После каждого полного оборота колеса осуществляется подача
абразивных кругов на врезание, обеспечивающая глубину резания при
следующем проходе. Шлифование обычно заканчивается проходами
„выхаживания” без подачи абразивных кругов на врезание
Шевингование. Применяется при окончательной обработке прямозу
бых и косозубых цилиндрических колес невысокой до HRC 30-40 твер
дости Процесс шевингования основан на плотном зацеплении зубьев за-
готовки 2 с зубьями инструмента-шевера 1, который выполняют или
в виде рейки с наклонно расположенными зубьями, или в виде косозу-
бого колеса (рис. 7.17). На поверхности зубьев шевера имеются канав
ки, направленные от головки к ножке и образующие режущие кромки
При совместном вращении инструмента и заготовки благодаря скрещи-
ванию их осей под углом 10—20° возникает продольная составляющая
скорости скольжения вдоль зуба, поэтому острые кромки канавок
срезают с зубьев заготовки тончайшие стружки. В результате шевин-
гования шероховатость поверхности, погрешности эвольвентного про-
филя и радиальное биение венца уменьшаются.
Процесс шевингования производителен, он повы-
шает точность колес до 5—6-й степени, значительно
дешевле зубошлифования и весьма прост в реализации.
На шевингование оставляют минимальные припуски
порядка 0,05—0,15 мм. Однако зубошевингование не
может быть применено для закаленных или азотиро-
ванных колес из-за высокой поверхностной твердости
заготовок.
Зубохонингование. Называют иногда абразивным
шевингованием, поскольку инструмент — хон — в этом
процессе представляет собой цилиндрическую шестер-
ню, состоящую из металлической ступицы и абра-
зивного венца с зубьями Хонингование применяется
как отделочная обработка цилиндрических колес, в
том числе и после термообработки на высокую твер-
дость. Процесс осуществляется по одной из двух схем:
либо при беззазорном зацеплении зубьев заготовки
колеса и хона - „в распор”, либо при наличии боко-
вого зазора с торможением вращения заготовки для
создания усилия в зоне резания. В результате обработ-
ки снимается незначительный припуск (10—20 мкм) и
в несколько раз уменьшается' шероховатость поверх-
ности, например от 0.63 до 0,16 мкм
Рис 717 Зубо-
шевингование
369
Притирка. Используют для окончательной обработки зубьев заготоБ
ки. Притирку выполняют чугунным зубчатым колесом — притиром. При-
тир вращается и возвратно-поступательно перемещается вдоль оси обра
батываемого зубчатого колеса. Между зубьями притира и заготовки зуб
чатого колеса вводят абразивный элекгрокорундовый порошок зерни
стостью М10—М28, алмазную пасту или пасту ГОИ. Притиры изт отселя-
ют из мягкого материала, поэтому резание осуществляется как свобод
ным абразивом, так и зернами, закрепленными в поверхности притира
Дия остальных колес используются притиры из серого чугуна СЧ 15—32
или СЧ 21-40 твердостью НВ 163-2^1, реже медные притиры. Для тоге
чтобы погрешности притира не передавались на профиль обрабатываема
го колеса, числа зубьев придира и заготовки не должны иметь общих
множителей.
Притирка, как и зубохонингование, может выполняться по схеме
двухпрофильного или однопрофильного зацепления Кратковременная
в течение 3—5 мин притирка уменьшает погрешности, зубчатою венца,
увеличивает поверхности контакта и снижает шероховатость поверхно
сти зубьев.
Обкатка. Производится в плотном зацеплении с закаленным эталон
ным колесом. В процессе обкатки припуск не предусматривается, проис
ходит лишь микропластическая деформация гребешков микронероьно
стей, остающихся после зубонарезания. Закаленные эталонные колеса
для обкатки изготовляют из инструментальных легированных сталей
9ХС, ХВГ, с твердостью после термообработки HRC 58-62 'Гагой ин-
струмент имеет высокую стойкость до перешлифовки, измеряемую сот-
нями и даже тысячами обработанных колес Зубооб/гтывэн”е v г
поверхностный слой, уменьшает шероховатость поверхности до
0,08 мкм, повышает плавность зацепления.
7.4.5. Каитраяь зубчатых кэлес
Большое число требований к зубчатым колесам, зависящих от уело
вий эксплуатации и технологических приемов их изготовления, создает
необходимость многократно проверять заготовки на специальных конт
рольных операциях. Основные этапы контроля:
- контроль материала и размеров исходных заготовок, режимов на
грева заготовки и испытания материала после термообработки;
- контроль размеров после предварительной механической обработ-
ки и контроль зубьев после операции зубонарезания;
— наблюдения и контроль промежуточных и окончательных термиче-
ских операций, анализ качества материала, проверка величины деформа-
ции зубчатого венца при термообработке;
— контроль окончательных размеров зубчатого колеса включал
контроль элементов зубчатого зацепления.
Прогрессивная технология включаем не только окончательный конт-
роль, фиксирующий качество .готового зубчатою колеса, но и другие
виды контроля. Так, технологический межоперашюнный контроль
370
позволяет проследить наследственность свойств заготовки; профилакти-
ческий контроль оборудования обеспечивает точность зуборезных опера-
ций; находит применение активный контроль во время выполнения опе-
рации
Специфика контроля зубчатых колес проявляется в контроле эле-
ментов зубчатого зацепления Остальные контролируемые параметры
зубчатых колес мало отличаются от аналогичных параметров деталей
типа „валы” и „диски”
Ддя каждой степени точности зубчатых колес установлены нормы
кинематической точности, плавности работы, контакта зубьев в передаче.
Кроме того, определены различные виды сопряжений колес в передаче.
Ддя определения степени точности зубчатых колес конструктор преду-
сматривает комплексные и поэлементные показатели по нормам точно-
сти и по виду сопряжения, образующие стандартный комплекс контро-
ля. Из многочисленных вариантов выбирается комплекс, соответствую-
щйй назначению, размерам и точности колеса, наиболее удобный для
конкретных условий производства.
Полную проверку норм точности производят по комплексным пока-
зателям: кинематической точности — по кинематической погрешности
колеса; плавности работы — по циклической погрешности; контакту
зубьев - по пятну контакта. Комплексным показателем при контроле
вида сопряжения служит величина бокового зазора. На практике часто
удобнее пользоваться не одним комплексным показателем, а равно-
правным с ним комплексом, состоящим из двух-трех показателей конт-
ролируемых элементов.
Кинематическая точность. Определяется путем сравнения углов по-
ворота контролируемого и эталонного колес. Ддя контроля использу-
ется прибор (рис. 7.18), Эталонное колесо 3 и контролируемое коле-
со 2 вращаются вокруг общей оси составного шпинделя. На внутреннем
шпинделе 4 закреплено контролируемое колесо 2, а на полом внешнем
шпинделем 5 — эталонное колесо 3. Число зубьев и модули у эталонного
и контролируемого колес одинаковы При вращении широкого проме-
жуточного колеса 1 выявляется величина несогласования между враще-
нием валов составного шпинделя, которая затем воспринимается круго-
вым индуктивным датчиком и регистрируется.
Промежуточное колесо 1 в приборе не является
измерительным, оно должно иметь точные по-
стоянные параметры лишь по длине зуба.
Кинематическая погрешность возникает в
результате непостоянства расстояния между осями
заготовки зубчатого колеса и инструмента, по-
этому такая погрешность выявляется при контроле
радиального биения зубчатого венца. Ддя контроля
радиального биения зубчатое колесо устанавливают
сборочными базами - шейками или отверстием - на
ориентирующие элементы биениемера. Затем заме-
чают положение стрелки индикатора, касающегося
Рис. 7.18 Контроль
кинематической точ-
ности
371
Рис. 7 19. Контроль длины общей нормали (а) и основного шага (б)
образующей цилиндрического ролика-калибра, помещенного во впадину
между зубьями. Поворачивая контролируемое колесо и перекладывая
калибр через два-три зуба, определяют разницу в показаниях индикато-
ра, которая и характеризует радиальное биение начальной окружности
колеса относительно его оси.
Погрешности обката инструмента, возникающие в различных угло-
вых положениях заготовки колеса, вызывают колебания длины общей
нормали. Скобу для измерения колебаний длины общей нормали
(рис. 7.19, а), упирают неподвижной губкой 1 в боковую поверхность
зуба 2, а подвижную губку 4, связанную с индикатором 5, вводят в кон-
такт с боковой поверхностью зуба 3. Таким образом обходят по окруж-
ности все колесо. Достоинство этого метода заключается в его высокой
точности из-за отсутствия промежуточной измерительной базы: измери-
тельной базой служит сама контролируемая боковая поверхность зуба.
Кроме измерения колебаний длины общей нормали часто определя-
ет и саму длину общей нормали. Такой контроль выполняется для на-
хождения величины припуска при зубообработке, например при зубо-
шлифова^ии, а также для контроля толщины зуба.
Плавность работы. Проверяется контролем равномерности шага по
основной окружности А, который представляет собой расстояние между
двумя взаимно параллельными касательными к двум соседним одно-
Рис. 7.20. Контроль с помощью
звольвентомера
именным профилям зубьев (рис 7.19, б).
Погрешности отклонения профиля
от заданной эвольвенты вызываются
обычно погрешностями геометрии режу-
щего инструмента и вибрациями станка.
Контроль выполняется на специальных
приборах — эвольвентомерах (рис. 7.20).
Эвольвентная кривая воспроизводится с
помощью сменного диска 1, диаметр
которого равен диаметру основной ок-
ружности контролируемого колеса 8. По
вращающемуся диску 1 катится без
скольжения линейка 2. Диск 1 распо-
ложен на одной оси с контролируе-
мым зубчатым колесом 8, поэтому
372
наконечник 7 рычага 3, свободно надетого на ось 6 линейки 2, переме-
щается по боковой поверхности зуба, оставаясь все время на основной
окружности колеса. При правильной эвольвенте рычаг 3 не должен
изменять своего углового положения во время обката, и тогда перо 4
вычерчивает на движущейся ленте 5 прямую линию. Волнистость линии
характеризует отклонения от эвольвенты, которые записываются с
большим масштабом увеличения, например 1000 : 1.
Контакт зубьев. Проверяют по полноте пятна контакта, которое
нормируется относительными размерами в процентах по длине и по вы-
соте зуба. Проверка осуществляется чаще всего в собранной передаче
либо на обкаточном станке при зацеплении контролируемого колеса
с измерительным колесом. Для контроля поверхности зубьев обезжири-
вают и покрывают тонким (не более 4-6 мкм) слоем краски, после чего
колеса вращают при легком торможении. При проверке по краске кони-
ческих колес выявляемое пятно контакта должно располагаться ближе
к тонкому концу зуба, несколько не доходя до края. При работе под на-
грузкой в связи с большей податливостью тонкого конца зуба пятно
контакта распространится на всю боковую поверхность зуба.
Вид сопряжения. Определяется зазором в зацеплении зубьев, кото-
рый находят с помощью щупа либо путем обжатия свинцовой прово-
локи диаметром до 1 мм. Толщину сплющенного свинца измеряют
микрометром. Равномерность бокового зазора и отсутствие перекоса
зубьев проверяют, устанавливая две-три проволочки по длине зуба. Для
измерения бокового зазора одно из колес закрепляют неподвижно, а
другое поворачивают в одну и в другую стороны и определяют воз-
можное перемещение с помощью индикатора, упирающегося в зуб
подвижного колеса.
Комплексы контрольных показателей устанавливаются в соответст-
вии с рекомендациями стандартов. При выборе методов контроля учи-
тывают следующие соображения.
Предпочтительнее пользоваться комплексными показателями точно-
сти зубчатого колеса, так как они характеризуют суммарную погреш-
ность, а не отклонения отдельных элементов, которые взаимодействуя,
могут как складываться, так и взаимно компенсироваться. Для оценкй
точности колеса как элемента будущей передачи при окончательном
контроле измерительная база должна быть совмещена со сборочной и
эксплуатационной базами. Использование несовмещенных баз вносит
дополнительную погрешность базирования, что требует сокращения
допуска на контролируемый параметр.
Окончательному приемочному контролю подвергают все зубчатые
колеса лишь в том случае, если система профилактического контроля
средств производства и технологического межоперационного контроля
не гарантирует выполнения заданных норм точности.
Профилактический контроль станка, приспособления и заготовки
выполняют до зуборезной операции. Проверяют геометрическую и ки-
нематическую точность зуборезного станка, точность зуборезного инст-
румента (как нового, так и после каждой переточки), точность ориенти-
рующих элементов приспособлений, точность наладки и настройки
373
станка, размеры и твердость заготовки. В хорошо налаженном произ
водстве профилактический контроль позволяет сократить окончатель
ный приемочный контроль до проверки первого зубчатого колеса,
нарезанного после смены инструмента.
В отличие от окончательного контроля при технологическом конт
роле заготовки можно проверить правильность наладки операции непо
средственно в процессе работы станка и при необходимости произвести
подналадку процесса.
Контроль зубчатых колес обеспечивает плавность работы, равномер-
ное распределение нагрузки на боковые поверхности зубьев, высокий
КПД передачи, минимальный уровень шума и надежность при эксплуа-
тации.
ГЛАВА 8
ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ТРУБОПРОВОДОВ
СУДОВЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ
8.1. КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
ТРУБОПРОВОДОВ
Трубообрабатывающее производство относится к одной из сложных
и трудоемких областей судового машиностроения. Для него характерны
значительный объем ручных пригоночных операций, трудность механиза-
ции и автоматизации процессов. Удельный вес трубопроводных работ
достигает 8—12 % трудоемкости постройки судна.
Системы подразделяются на судовые и системы судовых энергети-
ческих установок. На судах применяют сварные и бесшовные трубы
из различных материалов: металлических - стальные, медные, медно-
никелевые, латунные, алюминиевые; неметаллических — полиэтилено-
вые, а также биметаллические и футерованные пластмассой. Трубы име-
ют диаметр от нескольких миллиметров (манометровые) до метра и бо-
лее, например трубы грузовых систем. Протяженность трубопроводов
чрезвычайно велика и составляет десятки километров, а на крупных су-
дах — сотни километров труб.
Такое многоплановое трубопроводное хозяйство должно быть точно
установлено в насыщенных помещениях и надежно функционировать на
судне. Трубопроводы транспортируют газообразные и жидкие среды, ко-
торые часто оказывают агрессивное влияние на материал труб, вызывая
коррозию и отказы в эксплуатации. Поэтому трубопроводы, например,
охлаждающий, лимитируют ресурс главной энергетической установки
и проблема повышения долговечности труб приобретает исключительную
актуальность.
374
К особенностям трубообрабатывающего производства можно отне
сти зависимость работ от готовности корпуса судна и использование мон-
тажных схем, в которых, как правило, отсутствуют окончательные раз
меры и координаты труб. Это затрудняет взаимозаменяемость труб на
серийных судах и предопределяет выполнение большого объема приго
ночных операций на судне.
Повышение технического уровня трубообрабатывающего производ-
ства достигается коренным изменением методов проектирования распо-
ложения трубопроводов на судне. Широкое применение масштабного ма-
кетирования насыщенных энергетических, машинных, насосных и других
помещений судна позволяет отрабатывать рациональные формы и разме-
щение трубопроводов, группировать трубы в панели, агрегаты, монтаж-
ные и зональные блоки, выпускать сборочные чертежи трубопроводов
с координатами трасс и эскизы труб, по которым трубы изготовляют
в цехе независимо от готовности корпуса судна.
Трубопроводы состоят из ряда конструктивных элементов: труб,
подвесок, компенсаторов, арматуры, приводов управления и изоляции.
С целью унификации размеров труб и оснастки для их гибки из всего
многообразия типоразмеров труб, выпускаемых металлургическими за-
водами, в судостроении применяют лишь небольшую часть, регламенти-
руемую ограничительной нормалью.
Соединения труб должны обеспечивать их быстрые сборку и демон-
таж на судне, герметичность при изменении температурных условий экс-
плуатации трубопровода. Конструкции соединений выбирают в зависи-
мости от транспортируемой среды и ее параметров. Герметичность соеди-
нения зависит от его конструкции и качества обработки сопрягаемых
поверхностей, упругости материала и формы прокладки, усилия обжа-
тия прокладок.
Фланцевые соединения, широко используемые на трубах диаметром
32—1400 мм, могут быть свободно сидящим поворотными и приварны-
ми неподвижными. Поворотные фланцы 2 (рис 8 1,о) удерживаются на
с плоской прокладкой;
б - с неподвижными фланцами со спирально
навитой прокладкой
375
трубе 1 с помощью приварных колец 3, между которыми находится
плоская прокладка 4. Поворотные фланцы позволяют свободно совме-
щать отверстия под болты 5 при сборке труб на судне.
Неподвижные фланцы 6 (рис. 8.1,6) недостаточно технологичны при
сборке соединения, поэтому один из сопрягаемых фланцев целесообраз-
но изготовлять поворотным.
Материал и конструкция прокладок зависят от транспортируемой
среды и ее параметров. Во фланцевых соединениях большие трудности
возникают при уплотнении трубопроводов с высокими параметрами
пара. Плоские стальные и паронитовые прокладки в этих соединениях
имеют ряд недостатков: большие усилия обжатия; малую упругость и
низкое сопротивление ползучести; высокие требования к обработке уп-
лотнительных поверхностей фланцев; нарушение герметичности соедине-
ния при резком изменении температурных условий. Применение зубчи-
ковых стальных прокладок, нанесение на уплотняемые поверхности
кольцевых рисок или выполнение сопряжений типа „шип-паз” незначи
тельно повышают герметичность фланцевых соединений.
Усилие обжатия, необходимое для создания герметичности фланце
вого соединения с плоской прокладкой, превышает предел текучести ма
териала примерно в четыре раза. Так, например, критическое давление
для обжатия прокладки из мягкого железа типа „Армко” (от =150 МПа)
равно qKp = 4от =600 МПа.
Для обеспечения герметичности фланцевых соединений при парамет-
рах пара Р = 8 МПа и t - 500 ° С для неподвижных фланцев 6 разработаны
спирально навитые прокладки 7 (см. рис. 8.1, 6), которые обладают уп-
ругостью в 80 раз большей, чем стальные зубчиковые, тогда как требуе-
мое критическое давление обжатия в 10 15 раз меньше.
Прокладка состоит из наружного 8 и внутреннего 11 ограничитель-
ных колец, между которыми находятся профилированная лента 9 из нержа-
веющей стали и лента-наполнитель 10 из асбестового материала. Высокие
упругие свойства прокладке придает V-образная форма стальной ленты.
Бесфланцевые соединения труб более технологичны и надежны при
резком изменении температуры рабочей среды К ним относятся
S)
Рис 8.2. Бесфланцевые соединения труб: а - бугельные с про-
кладкой-кольцом; б - сварные на подкладном кольце
376
принципиально новые конструкции — бугельные соединения труб
(рис. 8.2, а), в которых герметичность при Р=25~35 МПа и t = 250 4-
4-500 °C обеспечивается с помощью кольца-прокладки 1. Разъем уплот-
нен в основном за счет упругой деформации конической части кольца-
прокладки в отличие от плоской прокладки, которую необходимо об-
жимать большим усилием до пластической деформации. Замена соеди-
нительных болтов бугелем 2, стягиваемым болтами 3, уменьшает разме-
ры соединения в два, а массу в семь раз.
Сварные соединения (рис. 8*2, б) применяют для труб из нержавею-
щих аустенитных коррозионно-стойких сталей, транспортирующих воду
высокой чистоты и расположенных в труднодоступных для контроля
при эксплуатации помещениях судна. Конусные приварные кольца 5 по-
зволяют исключить образование грата и наплывов на внутренней поверх-
ности сварного шва 4 труб.
.Штуцерно-торцевые соединения, используемые для труб небольших
диаметров, сложны при изготовлении и их применение связано с такими
трудоемкими операциями, как сварка, пайка и отбортовка, которые
снижают надежность труб. Традиционное соединение (рис. 8.3, а) состо-
ит из штуцера 1, накидной гайки 2, плоской прокладки 3 и ниппеля 4,
припаянного к трубе 5.
Штуцерные соединения с врезающимся кольцом (рис. 8.3, б) лише-
ны многих недостатков традиционных соединений и применимы для
больших давлений, например в системах гидравлики. Соединение состо-
ит из штуцера, накидной гайки и вращающегося стального кольца 6. По
мере навинчивания гайки кольцо упирается в клиновой зазор между
штуцером и трубой 7 и начинает врезаться в последнюю, обеспечивая
герметичность соединения.
Известны также соединения, в которых герметичность достигается
за счет обжатия трубы стальным кольцом. Штуцерные соединения с круг-
лым уплотнительным кольцом позволяют собирать трубы, излом осей
которых достигает нескольких градусов, что обеспечивается наличием
конических поверхностей на металлических кольцах и накидной гайке.
Для соединения амортизированных механизмов, например дизель-
генераторов электрического тока, с трубопроводами (масляным, топ-
ливным и другими) применяют дюритовые соединения, представляющие
собой отрезок резинового или резинотканевого шланга, плотно надевае-
мый на концы соединяемых труб и закрепляемый хомутиками.
377
Трубы конденсатной и питательной систем соединяют резинометал-
лгческими патрубками. Эффективно также использование гибких ме-
таллических шлангов для соединения труб с амортизированными ме-
ханизмами, сильфонных и шланговых компенсаторов для трубопрово-
дов пара.
Трубы к корпусным конструкциям крепят при помощи жестких
или регулируемых пружинных подвесок, которые обеспечивают подвиж-
ность трубопроводов пара при эксплуатации.
8.2. ИЗГОТОВЛЕНИЕ СИЛЬФОННЫХ КОМПЕНСАТОРОВ
Сильфонные компенсаторы служат для компенсации линейных и уг-
ловых перемещений трубопроводов, вызванных проходящей рабочей
средой или условиями эксплуатации.
В судостроении применяют многослойные сильфонные компенсато-
ры (рис 8.4), рабочий элемент которых - сильфон 2 - крепится к тру-
бопроводу фланцами 1. Для уменьшения гидравлического сопротивле-
ния компенсатора внутри сильфона имеется направляющий патрубок 3.
Кожух 4 защищает сильфон от повреждений.
В зависимости от давления проводимой среды компенсаторы подраз-
деляются на низко-, средне- и высоконапорные.
Сильфонные компенсаторы должны обладать вибростойкостью при
амплитуде колебаний 0,3 мм, обеспечивать перепад общих уровней зву-
ковых вибраций 10-20 дБ, а также допускать деформации сжатия от на-
грузки- статической - 15 мм, динамической - 25 мм и изгиба-3°.
Материалы, применяемые для изготовления сильфонов, имеют высо-
кую прочность при больших давлениях, коррозионную стойкость и жаро-
стойкость Сильфоны изготовляют из стали марок 08Х18Н10Т,
12Х18Н10Т, 12X13, 20Х, а также из титанового сплава
Многослойные сильфоны получают гидропрессовым способом из
тонколистового материала толщиной 0,3-0,5 мм. Сильфоны гофрируют
из многослойной цилиндрической трубы-заготовки, состоящей из не-
скольких вставленных одна в другую обечаек. Каждая обечайка сварива-
Рис. 8 4 Сильфонный компен-
ется контактной роликовой сваркой из
свернутого в цилиндр листа. Сваренные
обечайки обезжиривают и вставляют
одна в другую так, чтобы сварные швы
были равномерно разнесены по всей
окружности.
Гофрирование сильфонов осущест-
вляется на вертикальном или горизон-
тальном гидравлическом прессе Для
сильфонов определенного типоразмера
на прессе устанавливают соответствую-
щую оснастку (заглушки, кассеты,
валики)
378
Распорное усилие, возникающее в многослойной заготовке от внут-
реннего гидравлического давления гофрирования,
Люфр =360oTs/d,
где от — предел текучести материала заготовки, МПа; s — суммарная
толщина заготовки, мм; d - внутренний диаметр заготовки, мм.
Гофрирование сильфона выполняют следующим образом На заго-
товку устанавливают и фиксируют на определенном расстоянии по длине
разъемные кассеты, которые представляют собой временные поперечные
ребра жесткости. Внутри заготовки создается гидравлическое давление
гофрирования, под действием которого участок заготовки между кассе-
тами деформируется Осевое усилие пресса сжимает и гофрирует заго-
товку. Кассеты раскрывают, и сильфон снимают с пресса.
• Процесс изготовления сильфона, осуществляется полуавтоматиче-
ски, исключая операции установки на пресс оснастки и заготовки, а так-
же снятия сильфона.
Сборка компенсатора состоит в следующем. На сильфон устанавли-
вают фланцы и намечают линии отрезания технологических припусков.
Приварка фланцев без прокатки цилиндрических концов осуществ-
ляется аргонодуговой сваркой, а с прокаткой — контактной шовной
сваркой с перекрытием линии отрезания. Режимы сварки проверяют на
образцах технологических проб.
Компенсатор после изготовления испытывают на прочность, герме-
тичность и жесткость. Головные компенсаторы проверяют на наработку
до заданного ресурса при деформациях сжатия-растяжения.
Проверка компенсатора на прочность (рис. 8.5, а) производится
внутренним гидравлическим давлением Рпр =1,5 Рр (Рр — рабочее дав-
ление, МПа) с помощью приспособления 1, воспринимающего усилие
растяжения компенсатора. В заполненном водой компенсаторе не долж-
но быть воздуха. Падение давления по манометру, протечки, изменение
формы и размеров гофр не допускаются.
Герметичность компенсатора проверяют способом гелиевого щупа
(рис. 8.5, б). Компенсатор заполняют гелием (Не) до давления выше
атмосферного, после чего наружную поверхность его контролируют
Рис. 8.5 Испытания компенсатора- а - на прочность, б - на гер-
метичность
379
Рис 8.6. Испытания компенсатора нажесткость.а — сжатие — растяжение;
б - сдвиг; в - изгиб
специальным щупом 2, соединенным шлангом с течеискателем. В резуль-
тате перепада давления гелий проникает через возможные микроскопиче-
ские дефекты и улавливается щупом, из которого через шланг попадает
в камеру масс-спектрометра течеискателя.
Осевую жесткость компенсатора (рис. 8.6, а) определяют без внут-
реннего давления. Через каждый миллиметр перемещения замеряют уси-
лие Р и находят деформацию х.
Для определения жесткости компенсатора на сдвиг к верхнему
фланцу крепится шарнирная тяга, обеспечивающая перемещение у
одного фланца относительно другого (рис. 8.6, б).
Жесткость компенсатора на изгиб проверяют прикладывая силу
к верхнему фланцу (рис. 86, в). Усилие Р и деформацию измеря-
ют через каждый градус поворота.
Наработку головного компенсатора до заданного ресурса проверяют
при внутреннем гидравлическом давлении, падение которого при испыта-
нии не допускается. Сведения о жесткости заносят в формуляр компен-
сатора.
8.3. ТРАССИРОВКА ТРУБОПРОВОДОВ НА СУДНЕ
При монтаже труб в общую базу входят концевые точки (фланцы
приемных и отливных патрубков механизмов, приварыши и наклепы-
ши, расположенные на плоских секциях и блоках корпуса судна), к ко-
торым крепят трубопровод. Погрешности сборки корпуса и неточности
установки механизмов и арматуры изменяют положение этих точек.
При отсутствии сборочно-монтажных чертежей используют монтажные
схемы, которые допускают различную конфигурацию труб между кон-
цевыми точками трубопровода.
Монтаж труб на судне затрудняют насыщение корпуса, ранее уста-
новленные трубопроводы и корпусные конструкции. Для собираемости
труб необходимо, чтобы между ними и насыщением корпуса имелись
зазоры.
Трассировка должна обеспечивать технологичность изготовления
и монтажа трубопроводов. Для модульно-агрегатного монтажа механи-
ческого оборудования необходимо при компоновке оборудования груп-
пировать возможно большее количество труб в сборочные единицы -
380
агрегаты и блоки, арматуру - в
монтажные узлы, магистральные
трубопроводы - в панели труб.
К трассировке трубопроводов
предъявляют следующие требова-
ния, которые исключают произ-
вольную форму труб:
- использование труб типовой
конфигурации с унифицирован-
ными радиусами и углами поги-
бов (рис. 8.7), гибку которых
можно выполнять на станках;
«) в)
Рис. 8 7 Типовые формы труб а -
прямая; б - изогнутая под углом 90 ;
в - с двойным изгибом в одной пло-
скости; г - с изгибом в перпендику-
лярных плоскостях
- спрямление трасс магист-
ральных трубопроводов с обеспечением минимального количества
погибов, соединений и возможно меньших длин труб;
— взаимозаменяемость и повторяемость труб с одинаковыми геомет-
рическими размерами;
- расположение соединений труб в местах, удобных для сборки и
демонтажа.
Пробивку трассы трубопровода выполняют бесшаблонным и шаб-
лонным методами. Выбор метода зависит от затесненности помещений
и серийности постройки судов.
При бесшаблонном методе трассу будущего трубопровода представ-
ляют эскизами труб в конструкторско-технологических картах и запи-
сями в карточках. Эскизы труб составляют непосредственно по масштаб-
ному макету, сборочно-монтажному чертежу с координатами трасс
или совмещенному монтажному чертежу. Количество размеров на эски-
зе должно быть достаточным для расчета программы гибки либо изго-
товления гибочного шаблона по разметке с плаза. При этом обеспечива-
ется окончательное изготовление магистральных труб без пригоночных
операций на судне.
В малонасыщенных помещениях при серийной постройке судов
трассу фиксируют, записывая размеры и координаты труб. Трассировку
трубопроводов на судах единичной постройки и длину забойных труб се-
рийных судов определяют при помощи шаблонов по месту.
Изготовление шаблонов - наиболее трудоемкий метод фиксирова-
ния оси будущего трубопровода на месте, связанный со значительными
погрешностями, и его следует избегать. В случае необходимости для се-
рийных судов шаблоны целесообразно снимать одновременно для всех
труб нескольких рядом расположенных трубопроводов с фиксировани-
ем по месту присоединительных деталей арматуры. Шаблоны, изготов-
ленные для головного судна, позволяют составить карточки и для после-
дующих судов серии пользоваться бесшаблонным методом.
Для отработки трассы трубопроводов и согласования расположения
механизмов, электрооборудования и другого насыщения применяют
объемно-макетное проектирование машинных, насосных и других насы-
щенных помещений судна. Процесс объемно-макетного проектирования
(рис. 8.8) включает:
381
Рис. 8 8 Конструкторско-технологическая документация при объемно-макетном
проектировании трубопроводов
— изготовление макета помещения в масштабе 1 : 5 или 1:10;
— выпуск сборочно-монтажных чертежей трубопроводов по макету
с указанием координат трасс;
— разработку рабочих чертежей или конструкторско-технологиче-
ских карт на трубы с эскизами и программой гибки труб.
Используя макеты, вначале разрабатывают совмещенные чертежи
следов набора и корпусных конструкций по плоскостям корпуса, на ко-
торые проектируют трубопроводы’ настила второго дна, платформ
палуб, переборок и бортов. После нанесения на совмещенный чертеж
трубопроводов и арматуры он становится сборочно-монтажным
(рис. 8.9). На этом чертеже координацию труб выполняют относительно
следов набора и корпусных конструкций одновременно по группам
труб, образующим законченные взаимосвязанные узлы, например панель
магистральных труб. Координаты служат для расчета геометрических
382
Т} а 1 г ы
> * 1 ке U 'и J. чГ 3 -
Я, - J -
г- п.',алб.| - -t -
-'сростка и участки труб ограни
.иые стандартными погабамл и
сочетаниями. На стдельигсе
<'ы могут быть выпущены
^.очие чертежи которые со
-ат данные, необходимые дл*
И . оорки труб
К технологической проработ
е чертежей относится работы
- хр,..’ СЭВ ла
,?ов труб на чертежах с координат
— определение геометрически/
-к/Ь,
- оформление конструкторе/
15 '-.г з очно-монтажный чертеж
j ! "><-_ с координатами трасс
.-.i.-ые части с указанием разме-
ре lx гев и составление эскизов
'•пегических карт на эскизы
- составление программы гибки го -с ч? станках.
Программа ?лг -ч и - нп:л’ог размеры, расположение
- r/'атуры и погибов согласно схемам типовых форм труб. Радиусы, углы
-„танин пОх ибов труб должны соответствовать требованиям унифи-
ии. Правильность размеров труб проверяют, составляя и анализируя
'I транствекные размерные г.спи. F. ~г тав цепей входят размеры труб
'српусных конструкций. В результате расчета выбирают метод ком-
••• -,и трубопроводов, который обеспечивает взаимозаменяемость
з на серийных судах.
Конструкторско-технологические карты с эскизами труб служат
с?нъ i'i документом, по которому трубы изготовляют в цехе. Эскизы
•'б разрабатывают в процессе выпуска сборочао-монтажных чертежей
^ординатами трасс трубопроводов и заносят з бланки карт труб.
Автоматизация проектирования трубопроводов насыщенных поме-
хи л -побрах.еяие трубопроводов на чертежах с координатами трасс
очяют изготовлять трубы независимо от готовности корпуса судна,
’ w о рабочие чертежи на отдельные трубы, точно соответствующие
снижению оборудования на судне, а также улучшают трассировку
' шроводов При использовании ЭВМ для проектирования трубопро-
поб вся информация, необходимая для изготовления труб в цехе:
-кчз программа гибки трубы, исходные данные для заказа материала
я соединений труб, виды дополнительной обработки (изоляция, очистка,
защитные покрытия) - содержится в конструкторско-технологической
карте Карты печатаются на алфавитно-цифровом печатающем уст-
ройстве.
Программу гибки составляют согласно эскизу трубы с помощью
таблиц унификации. В программе представлены данные о длинах прямых
участков, углах погибов и углах между плоскостями, а также последо-
вательность гибки на станке.
383
Программу гибки труб составляют вручную или с использованием
ЭВМ. Для этой цели в программу включают расчетные параметры о тру-
богибочном оборудовании и технологической оснастке.
8.4. ГИБКА ТРУБ
Для придания трубе требуемой геометрической формы, соответству-
ющей эскизу, чертежу или конфигурации шаблона выполняют гибку в
холодном или горячем состоянии. После гибки возникают погрешности
геометрических размеров и формы поперечного сечения трубы.
Требования к геометрическим размерам изогнутых труб следующие
— отклонение монтажных размеров труб от величин, указанных
на эскизах или чертеже, не должно превышать 2 мм;
- радиусы погибов не должны отличаться от номинальных размеров
более чем на 4 %;
- отклонение углов погибов и между плоскостями погибов допуска-
ется 0,2°.
В процессе гибки трубы материал испытывает сложное напряженное
состояние. На внешней части погиба возникают растягивающие усилия,
вызывающие утонение стенки трубы, а на внутренней части погиба -
сжимающие усилия (стесненный изгиб), которые приводят к ее утол-
щению и волнистости. В результате действия равнодействующих усилий
поперечное сечение трубы получает овальную форму.
Требования к форме поперечного сечения изогнутых труб сле-
дующие:
— овальность труб в местах погибов не должна превышать 8—12 %
наруяЕного диаметра в зависимости от способа гибки, диаметра и тол-
щины стенки трубы;
- высота складок (волнистости) на внутренней части погибов труб
и глубина отдельных вмятин разрешаются до 3% диаметра трубы;
— утонение стенки трубы допускается 20—30 % номинальной толщи-
ны трубы в зависимости от радиуса погиба.
При гибке происходят также пружинение и удлинение трубы в мес-
тах погиба
Радиус гибочного диска назначают с учетом упругой деформации
трубы:
/?д=/?п(1- Ф/а),
где Rn — заданный радиус погиба грубы, мм; i// - угол погиба, град; а -
угол пружинения, град
Выбор метода гибки зависит от марки материала, диаметра и отно-
сительной толщины стенки трубы, сложности геометрической формы.
Холодная гибка — наиболее распространенный метод изготовления
труб на трубогибочных станках Осуществляется наматыванием трубы
на гибочный диск, который поворачивается вокруг своей оси. Она
384
экономически целесообразна при ог- /2 3
раниченном количестве типоразмеров
и унификации элементов и формы труб.
Для сохранения формы трубы при-
меняют калибрующую пробку-дорн
ложкообразной или шарообразной фор-
мы. Величина опережения дорна и-
= y/2Rnr (г - зазор между трубой и
дорном, мм).
Минимальный радиус погиба уста-
навливают из условия обеспечения до-
пускаемого утонения стенки трубы. Рис 8 10 Холодная гибка трубы
Обычно этот радиус принимают не
менее двух диаметров трубы. Трубу 4 (рис. 8.10) заводят на дорн 2,
который неподвижно укреплен на штанге 5, и прижимают к гибочному
диску 6 ползуном 3. Конец трубы закрепляют на диске башмаком 1. При
вращении диска труба наматывается на него и изгибается на заданный
угол.
Трубогибочный станок СТГП-2 с программным управлением
(рис. 8.11) позволяет производить гибку труб автоматически по перфо-
карте и полуавтоматически по эскизу.
Техническая характеристика станка
Диаметр и толщина стенки изгибаемых труб, мм’
стальных.................................... (32-89) х 4
медных и медно-никелевых................... (35-110) х 2,5
Длина трубы-заготовки, мм........................... 6000
Радиус погиба, мм................................ 75-250
Время гибки трубы, мин................................ 3
Количество рабочих, занятых на станке.......
Станок состоит из станины 8 и главного пульта управления 7 с
электроаппаратурой и считывающим устройством. В станине смонтирова-
ны насосная станция и система гидравлики, с помощью которой осуще-
ствляются захват и гибка труб, перемещения ползуна, подвод и отвод
дорна и другие операции.
Главный привод станка включает гидромотор 1, на вале которого
закреплены планшайба 2 и гибочный диск 3. На планшайбе установлен
механизм захвата трубы 4, осуществляющий крепление трубы перед на-
чалом и в процессе гибки. Втаскивание трубы-заготовки на станок и по-
дача ее в процессе гибки производятся кареткой 6. Механизм перемеще-
ния 5 служит для подвода дорна в зону погиба и отвода после гибки.
Обычно в холодном состоянии на станках изгибают трубы стальные
диаметром da =38 = 219 мм и из цветных сплавов диаметром dn =38 =
-г 270 мм, имеющие радиус более двух диаметров трубы.
Гибку труб меньших диаметров выполняют с помощью ручных ги-
бочных приспособлений.
Качество гибки труб из коррозионно-стойких материалов обеспечи-
вается применением дорнов специальной конструкции или наполнителя.
1/2 13 Зак. 2165 385
Трубы из аустенитных нержавеющих сталей с электрополированной
поверхностью и трубы из титановых сплавов, к внутренней поверхности
которых предъявляют высокие требования по чистоте, изгибают на стан-
ках, используя дорн текстолитовый или обрезиненный для сохранения
исходной шероховатости внутренней поверхности трубы. Для гибки тон-
костенных труб в качестве наполнителя применяют пластинчатый лед.
Трубы из меди и медных сплавов, имеющие радиус погиба Rn <2dH,
изгибают, используя шарнирный дорн. Трубы, футерованные полиэтиле-
ном, изгибают на радиус Rn^3dH. Дорн должен иметь закруг-
ление на затылочной части, что исключает продольное протягивание поли-
этилена в процессе гибки трубы. Отсутствие местных вздутий и гофр
полиэтилена на внутренней поверхности трубы контролируют прокаты-
ванием трубы деревянными шариками.
Стальные трубы диаметром dn = 57 =426 мм, имеющие крутые поги-
бы сложной формы с радиусами менее 1,5 диаметра трубы, отличными
от унифицированных, изгибают на станке с применением индукционного
нагрева ТВЧ (см. рис. 3.13).
Высокое качество гибки достигается локальным нагревом узкого
участка трубы до температуры 900-1000 ° С за счет взаимодействия
электромагнитного поля кольцевого индуктора и наведенных токов
на поверхности трубы. При выходе из индуктора тока высокой частоты
труба охлаждается водой из спрейера, вмонтированного в кольцо индук-
тора.
Скорость продольной подачи трубы и перемещения нажимного ро-
лика определяют по графикам в зависимости от площади поперечного
сечения изгибаемой трубы и установочных размеров станка.
386
Для получения погибов радиусом Апт1П = (1,21,3) dH вместо на-
жимных роликов применяют специальное приспособление — водило,
которое обеспечивает деформацию изгиба трубы на заданный радиус
только за счет усилия продольной подачи.
Трубы из полиэтилена перед гибкой набивают песком и после нагре-
ва в электропечи или паром до 140—160 °C изгибают с помощью ручного
приспособления, состоящего из деревянных роликов с ручьями. Благо-
даря большой эластичности полиэтилена возможна гибка труб на радиус
яп = (03 -1,0) dH.
К работе на трубогибочных станках допускаются только специально
обученные рабочие. Все станки должны иметь исправное заземление,
пусковые приборы электропривода следует располагать в непосредствен-
ной близости от рабочего места. Во время гибки труб необходимо соблю-
дать установленные приемы работ. При освобождении согнутой трубы
из- зажима надлежит удалить всех работающих рядом на безопасное рас-
стояние, так как в результате остаточного пружинения освобожденная
труба может резко сдвинуться.
8.5. СБОРКА ТРУБ
Сборка труб после гибки состоит в приварке и проточке фланцев,
фиксировании положения патрубков и штуцеров с последующими гид-
равлическими испытаниями
труб на прочность.
Магистральные трубы со- Рис 8 12 Стенд для сборки
бирают на специальном сбо- магистральных труб
рочном стенде по рабочим
чертежам, как принято в
машиностроении Концевые
участки трубопроводов —
забойные трубы—изготовля-
ют по шаблонам-макетам,
размеры которых уточняют
на судне по месту, и собира-
ют на макетировочном
стенде.
Сборочный стенд
(рис. 8.12) состоит из взаим-
но перпендикулярных гори-
зонтальной 6 и вертикальной
4 плит, на которых имеется
размерная сетка В основу
конструкции стенда положен
принцип сборки труб по
взаимно параллельным или
перпендикулярным плоско-
стям. Изогнутую трубу 1
387
1/2 13*
I । укладывают на призмы 5 горизонтальной
Г
плиты. С помощью размерной сетки плиты
и масштабных линеек проверяют размеры
труб. Положение трубы регулируют таким
образом, чтобы оно соответствовало одной
из проекций эскиза по технологической
карте.
Для сборки труб, концы которых
расположены в перпендикулярных плос-
Рис. 8.13 Сборка патрубка костях, используют вертикальную плиту с
из секторов
пантографом — приспособлением для пе-
ренесения линий. Разметку и прихватку
фланцев 2 и 7 производят с помощью угольника 8 пантографа, настраи-
ваемого по трубе, и переносного угольника 3, базируемого по вертикаль-
ной плите стенда.
Ответвительная арматура и заготовки отростков поступают на сбор-
ку с приваренными фланцами, с обработанными уплотнительной и сопря-
гаемой поверхностями конца отростка. При установке отростка в верти-
кальной плоскости труба должна лежать на плите, а если отростки нахо-
дятся в горизонтальной плоскости — трубу укладывают на призмы. В
этом положении на трубу насаживают фланцы, контролируя их перпен-
дикулярность специальной скобой. После прихватки арматуры и флан-
цев труба поступает на сварку, растачивание и другие операции механиче-
ской обработки.
Сборка и пригонка под сварку забойных труб производятся по же-
стким осевым и каркасным шаблонам или макетам на макетировочном
стенде^ оснащенном двумя магнитными позиционерами. Позиционеры
могут поворачиваться по взаимно перпендикулярным плоскостям, что
позволяет фиксировать макеты и забойные трубы в различных простран-
ственных положениях. По шаблону-макету, снятому по месту и имити-
рующему забойную трубу, позиционеры регулируют и устанавливают
временные фланцы. Затем вместо временных фланцев ставят штатные
концевые соединения и к ним пригоняют предварительно изогнутую и
изготовленную с припуском трубу.
Механизированный стенд для пригонки забойных труб имеет позици-
онеры, которые перемещаются клиновыми механизмами, приводимыми
в действие пневмоцилиндрами. Стенд настраивают по универсальным
шарнирным макетам, которые на судне регулируются по длине и поло-
жению фланцев в зависимости от конфигурации труб. Шарнирные маке-
ты в отличие от жестких могут быть использованы неоднократно.
Трубы стальные и из медно-никелевых сплавов диаметром более
426 мм, имеющие крутые погибы радиусом менее двух диаметров тру-
бы, сваривают из секторов. Сварку секторов выполняют на плите 2 на
призмах 1 (рис. 8.13). Для приварки фланцев 3 трубу устанавливают
в положение, указанное на рисунке.
Макетирование позволяет произвести окончательную сборку значи-
тельного количества труб в цехе. Погрешности монтажа трубопроводов
388
компенсируют конструктивными средствами или с помощью забойных
труб.
8.6. КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТРУБ
Качество труб характеризуется правильными геометрическими раз-
мерами и формой изогнутых труб, отсутствием поверхностных и внут-
ренних дефектов, прочностью и герметичностью труб и сварных соеди-
нений.
Входной контроль труб-заготовок в цехе состоит в проверке серти-
фикатов, в которых указываются размеры труб, марка материала, хими-
ческий состав, вид термообработки и результаты механических испыта-
ний. Овальность поперечного сечения, разностенность труб и кривизна
лдобого участка трубы не должны превышать значений, указанных в стан-
дартах на поставку труб.
После сборки труб в цехе проверяют соответствие конфигурации
трубы шаблону,чертежу или эскизу; качество погибов труб (овальность,
утонение , гофры), правильность наложения и качество сварных швов.
Изогнутые забойные трубы контролируют по контурному шаблону,
который должен прилегать к трубе на прямых участках и погибах по
всей ее длине. Магистральные трубы, изогнутые по эскизам и рабочим
чертежам, проверяют на сборочном стенде с помощью угольников, раз-
мерной сетки плиты стенда и масштабных линеек или по плазовой раз-
метке.
Наружную поверхность труб осматривают визуально, применяя лу-
пу 5-10-кратного увеличения. Труднодоступные места внутренней по-
верхности труб контролируют с помощью низковольтной лампочки
и зеркала или перископических труб. Особое внимание обращают на со-
стояние внутренней поверхности электрополированных труб Поверх-
ность изогнутых труб не должна иметь трещин, надрывов, рисок, рако-
вин, расслоений и других дефектов
Утонение стенки на наружной части погиба трубы измеряют ультра-
звуковыми толщиномерами типа „Кварц-6”, ТУК6 и др
Прочность труб проверяют в цехе путем гидравлических испытаний
на специальном стенде давлением воды Рпр = (1,5 з-2,5)Рр, которое вы-
бирают в зависимости от параметров среды и назначения трубопроводов.
Трубы считаются выдержавшими испытания, если давление по контроль-
ному манометру не падает и каплеобразование воды на стенках трубы
отсутствует
Трубы ответственных энергетических систем, имеющие сварные со-
единения и транспортирующие радиоактивную среду, подвергают кроме
указанных ранее расширенным испытаниям.
Форму и размеры сварных швов контролируют по шаблонам, прохо-
димость труб проверяют прогонкой шарика, отсутствие макро- и микро-
дефектов швов — радиофизическими методами, герметичность швов -
путем вакуумирования труб.
13 Зак. 2165 389
Поверхностные дефекты сварных швов труб из магнитных мате-
риалов выявляют люминесцентным способом. Проверяемый шов обма-
зывают специальным составом - люминофором, который затем удаля-
ют Сварной шов в затемненном месте освещают ртутной лампой с
фильтром, пропускающим ультрафиолетовые лучи. Если на поверхности
шва имеются риски, трещины, поры и непровары, проникающий в них
люминофор начинает светиться, фиксируя дефекты
Цветная дефектоскопия применяется для труб из любых материа-
лов В ней вместо люминофоров используют специальную яркую краску,
разведенную на керосине и проникающую в поверхностные дефекты.
Внутренние дефекты сварных швов выявляют рентгенографировани-
ем швов, основанном на различном поглощении 7-лучей нормальным
и дефектным сечениями шва. Метод позволяет обнаружить и зафиксиро-
вать на рентгенограмме трещины, раковины, рыхлости, включения, яз-
венные поражения и другие дефекты.
Качество сварных соединений оценивают по трехбалльной шкале. Со-
единения считаются годными, если имеют балл 3 или 2 в зависимости от
размеров и количества дефектов.
Герметичность труб проверяют путем вакуумных испытаний мето-
дом гелиевого щупа.
Коррозионную стойкость труб контролируют по их склонности
к межкристаллитной коррозии. Испытания состоят в кипячении образ-
цов сварных соединений труб в агрессивной жидкости и последующем
деформировании их загибом, сплющиванием и растяжением. На каж-
дую трубу оформляют паспорт, который содержит результаты контроля
и подписи лиц, ответственных за изготовление трубы.
8.7. МОНТАЖ ТРУБОПРОВОДОВ НА СУДНЕ
Технологичность монтажа трубопроводов зависит от вида поставки
труб на судно и конструкции соединений. ЦКБ — проектант стремится
увязать наибольшее количество труб в агрегаты и блоки механического
оборудования. Прямолинейные участки магистральных труб группируют
в панели, которые устанавливают совместно с обрешетником. Крупную
арматуру собирают с трубами в монтажные узлы.
Требования к монтажу трубопроводов:
— трубы должны проходить по возможности параллельно одна дру-
гой, не образуя участки, в которых может скапливаться жидкость;
— арматуру и разъемные соединения не следует располагать над при-
борами и электроаппаратурой, необходимо чтобы к ним имелся доступ
для сборки и обслуживания;
- подвески должны быть надежно прикреплены к судовым конст-
рукциям, располагаться в местах действия наибольших нагрузок на тру-
бопровод и исключать вибрации труб;
- прокладки должны быть равномерно обжаты и не должны пере-
крывать отверстие трубы;
390
— раскрытие фланцевых соединений труб допускается 2—4 мм в за-
висимости от диаметра труб и 4,0 мм у труб с погибами;
- между изолированными трубами и корпусными конструкциями
судна должно быть расстояние не менее 10 мм, а от паропроводов до
электрокабелей - не менее 100 мм.
Монтаж труб выполняется в два этапа. На первом устанавливают
трубы предварительно (,дафальшиво”) для проверки согласованности
геометрических размеров изготовленных труб и определения длины
забойной трубы На втором собирают фланцевые соединения, крепят
трубы на подвесках к судовым конструкциям и испытывают трубо-
проводы на плотность.
Конструкции подвесок зависят от назначения трубопроводов. Горя-
чие трубопроводы с температурой среды до 480 ° С имеют подвижные
подвески с пружинными и талрепными тягами, которые обеспечивают
температурные перемещения труб.
При сборке соединений равномерно обжимают прокладки и надеж-
но затягивают болты или шпильки. Усилие затягивания шпилек ответ-
ственных трубопроводов проверяют ключами с градуированным усили-
ем, динамометрическими ключами или микрометрической скобой,
по которой определяют удлинение каждой шпильки. Некоторые трубо-
проводы устанавливают с применением резиновых и резинометалли-
ческих патрубков, которые одновременно служат амортизаторами.
После сборки соединений трубопроводы подвергают испытаниям
на плотность водой или воздухом. Для этого трубы отсоединяют от кон-
цевой арматуры, цистерн, механизмов и ставят на их концы заглушки.
Падение пробного давления, наблюдаемое по контрольному манометру,
не допускается. Пробное гидравлическое давление РПр = 1,25Рр.
Испытания водой связаны с выполнением таких трудоемких опера-
ций, как заполнение трубопровода водой, слив и подогрев ее в зимнее
время. Более целесообразны воздушные испытания на плотность, кото-
рым подвергают трубопроводы, работающие под давлением Рр <1,6 МПа
Проникающая способность воздуха значительно выше, чем воды, поэто-
му пробное давление РПр = О,35Рр, но не менее 0,10 МПа. Фланцевые со-
единения труб обмыливают, и неплотность определяют по наличию
пузырьков воздуха на соединениях.
Перед испытанием трубопровода необходимо проверить исправность
пневмогидравлического пресса, арматуры и манометров Давление воды
надо поднимать постепенно. Категорически запрещается во время испы-
тания устранять дефекты труб, подтягивать гайки и фланцевые соеди-
нения.
Погрузку и выгрузку труб, соединений и крепежных изделий следу-
ет производить в специальных контейнерах При снятии шаблонов и при-
гонке труб на судне должны быть предусмотрены ограждения платформ,
настилов и установлены леса для удобства и безопасности работы.
Во время работы в закрытых отсеках судна должен находиться на-
блюдающий. Отсек следует периодически проветривать естественным
способом или с помощью переносных вытяжных вентиляторов.
13*
391
При монтаже трубопроводов следят за надежным закреплением каж-
дого участка на кронштейнах и подвесках. При сборке иразборке фланце-
вых соединений учитывают упругие свойства труб, так как при снятии
болтов труба может спружинить и нанести травму Подниматься или
спускаться по трубопроводам не разрешается.
Монтаж заканчивают изоляцией и окраской труб, нанесением отли-
чительных знаков и планок, облегчающих определение назначения тру-
бопровода.
Монтаж трубопроводов свежего пара. Пар имеет высокую температу-
ру, при которой наблюдаются значительные удлинения труб, вызываю-
щие напряжения выше предела текучести материала. При этом на перебо-
рочные стаканы действуют большие осевые нагрузки, которые наруша-
ют положение баз и требуют увеличения жесткости переборок.
Чтобы снизить опасные температурные напряжения, трубопроводы
пара выполняют самокомпенсирующимися за счет введения в конструк-
цию нескольких колен, радиусы погибов которых рассчитаны в пределах
допускаемых напряжений. Для обеспечения подвижного крепления
трубопровода к переборкам применяют сильфонные компенсаторы, ко-
торые устанавливают таким образом, чтобы в холодном состоянии они
были растянуты, а в горячем — сжаты.
Монтаж трубопроводов пара выполняют в холодном состоянии
с предварительным натягом, который принимают равным 50—100 % ве-
личины температурных удлинений. В соединениях, где предусмотрен на-
тяг, устанавливают временные кольца, толщина которых равна величине
монтажного натяга. Натяг осуществляют при помощи удлиненных бол-
тов, установленных на фланцах вместо штатных, после закрепления тру-
бопровода в базовых точках.
П|ронитовые прокладки и крепежные детали смазывают графитом,
разведенным на керосине, а металлические прокладки покрывают масти-
кой для предотвращения пригорания прокладок к фланцам. Обжатие
гаек при сборке соединений производят равномерно динамометрическим
или градуированным ключом. Удлинение шпилек, измеренное микро-
метрической скобой, не должно превышать 0,10 мм
При сборке на судне обычно контролируют смещение и раскрытие
фланцев труб, а также осевой зазор между ними. Такой метод-контроля
несовершенен, так как не отражает физических явлений, происходящих
при стягивании фланцев труб.
В процессе сборки и при температурном расширении трубопровода
фланцы подвергаются в общем случае изгибу и скручиванию. Правиль-
ность сборки фланцев целесообразно оценивать по возникающему от не-
точности сборки суммарному изгибающему моменту, который не дол-
жен превышать допускаемого значения, определяемого из условия проч-
ности фланцевого соединения. При суммировании изгибающий момент
складывается из трех составляющих, которые необходимы для устране-
ния осевого зазора между фланцами, ликвидации смещения и раскры-
тия фланцев. При этом учитываются не только абсолютные величины
смещения и раскрытия фланцев, но и их направления. Это позволяет
392
варьировать составляющими момента при соблюдении условия, что
суммарный изгибающий момент не превышает допускаемого значения.
Контроль по изгибающему моменту исключает нежелательные много-
кратные пригонки труб на судне и уменьшает трубоемкость их монтажа
Изоляция труб. Большинство судовых трубопроводов подлежит
изоляции. Трубы, устанавливаемые в наружных и неотапливаемых час-
тях судна, изолируют для предотвращения замерзания. Трубопроводы
пара и горячих газов изолируют для уменьшения потерь тепла лучеиспус-
канием и предохранения личного состава от ожогов
Наиболее распространенные материалы для изоляции холодных
труб — войлок и пеньковый шнур. Выбор материала и конструкции
изоляции горячих трубопроводов зависит от размеров труб и температу-
ры рабочей среды. Так, ньювель и совелит применяют при температуре
среды не выше 375 °C, асбестовые материалы (асбестовый шнур, асбо-
картон, асболента, асботкань) -притемпературедо400°С,стекловойлок
и другие стекломатериалы - при температуре 450 ° С; термаль или алю-
миниевую фольгу - при температуре 500 °C; минеральную вату, зонолит
и вермикулит — при температуре 600—800 ° С
Изоляция должна иметь минимальную массу и низкий коэффициент
теплопроводности Эти свойства в большей степени присущи стекломате-
риалам и термали. Однако стеклоткани и стекловата при разрезании и
сшивании выделяют мельчайшие частицы стекла, которые попадают в
дыхательные органы и поры кожи, что требует предосторожности при ра-
боте. Термаль применяет толщиной 0,10 мм в мятом виде или гладкими
листами при многослойной изоляции.
Изоляция - последняя трудоемкая операция монтажа трубопрово-
дов, которую стремятся перенести в цех и механизировать Так, из сове-
лита и вермикулита изготовляют скорлупы, которые закрепляют на тру-
бах до монтажа на судне. Для повышения прочности скорлупы покрыва-
ют магнезиальным цементом.
8.8. ПОВЫШЕНИЕ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ТРУБОПРОВОДОВ
Основной причиной отказов труб служат коррозионные разрушения
Широко распространена язвенная коррозия, которая превышает ско-
рость общей коррозии стальных труб в 10—15 раз и труб из медных
сплавов в 20—25 раз. Наиболее часты разрушения трубопроводов охлаж-
дения забортной водой, противопожарных, паровых и других. В особен-
но тяжелых условиях находятся системы танкеров - грузовая, обогрева
груза и зачистная, трубы которых подвергаются переменному воздейст-
вию нефтепродуктов и морской воды, а при очистке — горячей морской
воды и моющего раствора.
Проектирование - наиболее важный этап обеспечения надежности
трубопроводов, на котором выбирают материал и рациональную форму
труб, технологию изготовления и режимы эксплуатации.
393
Долговечность труб в значительной степени определяется антикор-
розионными свойствами материала. Трубы изготовляют в основном из
углеродистых сталей и цветных сплавов на медной основе. Повышение
ресурса достигается применением материалов, более стойких в коррози-
онном отношении (например, титан, алюминий, полиэтилен), заменой
труб систем морской воды из меди МЗр трубами из медно-никелевого
сплава МНЖ-5-1 (91-93 % Си; 5-6,6 % N1 + Со ; 1-1,4 % Fe; 0,2-0,3 %
Мп) и внедрением труб из стали, футерованной полиэтиленом.
Коррозионно-эрозионные разрушения труб локализуются на так на-
зываемых „слабых” участках трубопроводов: ответвлениях, погибах,
районах фланцевых и резьбовых соединений, переходах по диаметру
и в местах контактов разнородных металлов. Например, после четырех
лет эксплуатации судовых трубопроводов из медно-никелевого сплава
обнаружено 23 сквозных коррозионных разрушения; из них 52 % в
районе разделения и слияния потоков, 26 % во фланцевых соединениях
и 22 % в погибах.
В районе ответвлений наиболее интенсивная коррозия возникает
в местах, прилегающих непосредственно к сварному шву. Это объяс-
няется тем, что применяемые в настоящее время соединения с маги-
стралью не обеспечивают плавности потока. При нарушении технологии
изготовления - „провале” отростков в сечении магистрали, перекрытии
сечения труб или отростка выступающими кромками, соединении трубы
с магистралью без учета направления потока морской воды - узлы от-
ветвления подвергаются усиленной струевой коррозии и быстро разру-
шаются.
На погибах труб сквозные коррозионные разрушения возникают
в основном за вершиной погиба в районе выхода потока воды на пря-
мой участок. Коррозия имеет характер отдельных язв, перерастающих
со временем в сплошное разрушение стенок трубы. Особенно интенсивно
развиваются коррозионные разрушения при сопряжении магистрали
с отростком, переходящим в погиб.
Основной причиной сквозных коррозионных разрушений служит на-
рушение плавности гидродинамического потока морской воды из-за не-
качественного изготовления погибов- увеличения овальности труб и на-
личия гофров больше допустимых пределов, некачественной сварки сег-
ментов, нерациональной трассировки трубопроводов, допускающей раз-
мещение погибов непосредственно после арматуры и отростков.
Соединения труб на приварных фланцах подвергаются струевой кор-
розии в местах их отбортовки и на расстоянии двух-трех диаметров от
фланцев.
ДлЯ фланцевых соединений появление коррозионных разрушений
обусловлено процессом струевой коррозии вследствие повышенной тур-
булентности гидродинамического потока из-за нарушения технологии
сборки соединений, несоосности фланцев, нарушения технологии присо-
единения их или приварных колец к трубам. Применение штампосвар-
ных прокладок позволяет уменьшить интенсивность коррозионных раз-
рушений труб в районе фланцевых соединений.
394
Резьбовые соединения стальных оцинкованных водогазопроводных
труб подвергаются коррозии, как правило, в местах нарушения целост-
ности цинкового покрытия на внутренней поверхности трубы, утонения
или сквозного прорезания стенок при нарезании резьбы. Улучшение тех-
нологии достигается запрещением пайки труб из цветных сплавов и отка-
зом от использования соединений на отбортовке, утоняющей стенки труб.
Как показал опыт эксплуатации, повреждения труб располагаются
главным образом в местах ответвлений, крутых погибов, переходов по
диаметрам и в зонах других местных гидравлических сопротивлений.
Они являются следствием струевой коррозии и зависят от конструктор-
ско-технологического исполнения этих узлов. Повысить коррозионную
стойкость трубопроводов можно, ограничив скорость потока морской
воды, например, для труб из меди МЗр до 1,2 м/с, из сплава МНЖ-5-1
до 3 м/с. Весьма эффективно улучшение технологии изготовления фа-
сонных частей труб и ответвлений. Для этой цели применяют литые,
штампованные и сварные гидравлически рациональные ответвления
в виде тройников, узлов погибов и фасонных частей.
Антикоррозионные покрытия повышают долговечность судовых
трубопроводов Трубы из углеродистой стали подвергают горячему
цинкованию с толщиной покрытия 250—300 мкм. Локальную защиту
слабых узлов трубопроводов выполняют нанесением тонкого слоя по-
лимерного покрытия, например эпоксидного клея марки К-153. Для
трубопроводов, транспортирующих агрессивные жидкости, разработаны
защитные покрытия силикатными эмалями.
Контактная коррозия металлов в морской воде зависит от значений
их электродных потенциалов. При этом разрушение металлов с более
электроотрицательным потенциалом усиливается, а коррозия более
электроположительного металла уменьшается и даже .прекращается
На танкерах трубопроводы системы обогрева груза из стали 10 под-
вергаются интенсивной питтинговой коррозии, приводящей через 2—2,5
года к массовому образованию свищей. При замене материала этих
трубопроводов на алюминиевую бронзу коррозионное разрушение труб
прекратилось, но наблюдалась интенсивная язвенная коррозия стальной
обшивки корпуса в районе змеевиков. Уменьшение контактной корро-
зии трубопроводов достигается электрической изоляцией труб из разно-
родных металлов вместе их контакта, применением протекторной защи-
ты, а также стальной и чугунной арматуры на стальных трубах вместо
цветной.
Материал протектора влияет на эффективность местной защиты
трубопроводов морской воды. Например, для медных и медно-никеле-
вых труб наиболее целесообразны протекторы из углеродистой стали,
срок службы которых в четыре-шесть раз больше, чем цинковых.
Существенное влияние на коррозионную стойкость материала труб
оказывают застойные зоны, наличие которых увеличивает возможность
возникновения коррозии за счет макропар неравномерной аэрации. Об-
следования показали, что образование сквозных коррозионных разру-
шений в застойных зонах медных и стальных труб происходит за первые
395
годы эксплуатации Рациональное проектирование систем и установка
осушительных устройств предотвращают разрушение труб на этих
участках.
ГЛАВА 9
ГИБКИЕ ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ СИСТЕМЫ
В СУДОВОМ МАШИНОСТРОЕНИИ
9.1. АВТОМАТИЗАЦИЯ И ГИБКОСТЬ ПРОИЗВОДСТВ
РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ
Одна из главных задач экономики в 12-й пятилетке и на период
до 2000 г. — интенсификация общественного производства на основе ши-
рокого использования в народном хозяйстве достижений науки, техники
и передового опыта В постановлениях ЦК КПСС и СМ СССР большое
внимание уделяется внедрению принципиально новой техники и техноло-
гических процессов, способных резко повысить производительность тру-
да, снизить себестоимость и улучшить качество продукции, сделать груд
более содержательным, интересным и творческим. Важное направление
этой работы — внедрение гибких технологий и создание гибких произ-
водственных систем (ГПС), основой которых являются промышленные
роботы, ЭВМ и современное технологическое оборудование с ЧПУ.
Создание ГПС в различных отраслях народного хозяйства позволяет
- повышать производительность труда в процессе изготовления еди-
ничной и мелкосерийной продукции, что особенно важно в условиях
дефицита рабочей силы:
- осуществлять быструю переналадку технологического оборудова-
ния на выпуск новых изделий;
— уменьшать объем необходимой технической документации за счет
комплексной автоматизации конструкторской и технологической подго-
товки производства;
— сокращать объемтяжелого ручного и неквалифицированного труда
В полной мере преимущества ГПС проявляются в интегрированном
производственном комплексе (ИПК), объединяющем автоматизирован-
ную систему управления производством (АСУП), автоматизированную
систему научных исследований (АСНИ'), систему автоматизированного
проектирования изделий (САПР), автоматизированную систему техноло-
гической подготовки производства (АСТПП) и гибкие производствен-
ные подразделения в комплексную систему проектирования и производ-
ства Создание ИПК позволяет сократить численность работающих и от-
странить человека от непосредственного участия в технологическом про-
цессе, т е. перейти к так называемой безлюдной технологии
396
Специфика предприятий судового машиностроения (большая номен-
клатура изделий, частая сменяемость объектов производства, высокая
трудоемкость изготовления и т п.) обусловливает целесообразность соз-
дания ГПС на этих предприятиях в различных видах производства
и прежде всего в механообрабатывающем.
Работа в области механизации и автоматизации производства в СССР
началась в годы первой пятилетки. В 1933 г Экспериментальный научно-
исследовательский институт металлорежущих станков (ЭНИМС) начал
работы по созданию агрегатных станков В 1935 г был разработан техни-
ческий проект автоматической линии обработки блока цилиндров авто-
мобильного двигателя для Горьковского автомобильного завода. В
1939 г на Сталинградском тракторном заводе была пущена первая ав-
томатическая линия (пять станков) для обработки и сборки ступицы
поддерживающего ролика тракторной гусеницы
. Наибольший размах эти работы получили в послевоенные годы Зна-
чительное внимание стало уделяться комплексной автоматизации произ-
водства. В 1950 г. был построен полностью автоматизированный завод
изготовления поршней автомобильных двигателей, на котором были
автоматизированы все процессы производства поршней, начиная с за-
грузки литейных агрегатов и кончая упаковкой готовой продукции.
В 50-е гг проектируются многономенклатурные переналаживаемые
поточно-автоматизированные и автоматические линии механической об-
работки и сборки в условиях массового и крупносерийного производств.
Такие автоматические линии принято называть жесткими, так как они
созданы на базе станков-автоматов, специальных загрузочно-разгрузоч-
ных и транспортных устройств, позволяющих обрабатывать какую-то
одну деталь или, в лучшем случае, определенную, достаточно малочис-
ленную номенклатуру деталей Перестройка таких линий на выпуск но-
вой продукции требует значительных затрат времени и замены средств
технологического оснащения например, в автомобильной промышлен-
ности ФРГ при переходе на обработку новой детали в традиционных ав-
томатических линиях используется только 5—40 % старого оборудова-
ния Следовательно, традиционные жесткие средства автоматизации ха-
рактеризуются малой степенью гибкости и эффективны только в мас-
совом и крупносерийном производствах, где они обеспечивают уровень
автоматизации 60-80 %, а по отдельным видам работ - близкий к 100 %
(рис. 9 1).
Однако в промышленно развитых странах объем массового и круп-
носерийного производств составляет лишь 15-20 % и занято в этих типах
производств примерно 10 % работающих. Доля таких производств не-
уклонно сокращается, так как общей экономически обусловленной тен-
денцией современной промышленности является увеличение мобильно-
сти выпускаемой продукции. Так. например, за последние 20 лет в СССР
количество ежегодно осваиваемых изделий машино- и приборостроения
увеличилось более чем в 15 раз и составляет в настоящее время более
4000 машин и приборов в год, при этом время сменяемости изделий
в производстве сократилось с 10—15 до 3- 5 пет.
397
Главные отличительные особенности ГПС - способность функцио-
нирования в автоматическом режиме и свойство автоматизированной
переналадки при производстве изделий произвольной номенклатуры. До-
стигается это объединением в ИПК информационных автоматизирован-
ных систем научных исследований, проектирования и технологической
подготовки производства (АСНИ, САПР, АСТПП), получивших за рубе-
жом название Computer aided desing (CAD), и автоматизированных или
автоматических производственных подразделений на базе технологиче-
ского оборудования с ЧПУ и промышленных роботов, управляемых
ЭВМ и называемых за рубежом Computer aided manufacturing (САМ).
Структура и основные связи ИПК представлены на рис 9.2.
Значительным вкладом в автоматизацию серийного производства
явилось создание в середине 50-х гг технологического оборудования,
оснащенного системами ЧПУ типа NC (numerical control), которые позво-
лили сравнительно быстро налаживать оборудование на выпуск новой
продукции путем замены одной управляющей программы другой.
Однако вплоть до начала 70-х гг. темпы автоматизации среднесе-
рийного и особенно мелкосерийного и единичного производств, к ко-
торым относятся предприятия судового машиностроения и механообра-
398
батывающие цеха судостроительных заводов, оставались крайне медлен-
ными. Здесь использовалось главным образом универсальное технологи-
ческое оборудование, благодаря этому обеспечивалась высокая степень
гибкости производства, а уровень а.,10матиоадии не превышал 30 %.
С 1970 г. ситуация резко изменилась после создания нового поколе-
ния систем ЧПУ типа CNC (computer numerical control) - так называемо-
го компьютерного ЧПУ, т. е. устройств ЧПУ, построенных на базе микро-
и мини-ЭВМ. Характерной особенностью новых систем ЧПУ является
использование проблемно-ориентированных языков в сочетании с систе-
мами автоматизации программирования, что позволяет реализовать
принцип программирования в цехе и существенно сократить время разра-
ботки управляющих программ. Так, программирование механообработки
Подразделения
н ау чно-произв одств енного
объединения (НПО)
Элементы цикла
„Исследование -
производство”
Автоматизированные
системы ГПС
Административно- |Управление НПО
управленческий I
аппарат НПО |
Ъ-------1 асуп |-
[Научно-исследо-__________J Научно-исследова-
вательский отдел | | тельские работы
Отдел главного
| конструктора
Отдел главного
I______технолога
АСНИ |_
Технологическая подго-
товка производства
Опытно-конструкторски
________работы_______
| УВК ГАП
Производственные
I подразделения
Производство
I Складское хозяйство
И Материально-техническое
_____________снабжение_______
| Транспортное хозяйство)- —< Транспортные операции
Участки технологи-
ческого оборудования
"I__. J Обработка и сборка
J I___________изделий______
I Отдел технического
| I контроля
1 J Контроль i
j I - изд
ь и испытание
изделий_______
АСИО
АСУТП
АСУО
Рис. 9 2 Структура и основные связи интегрированного производственного комп-
УВК ГАП — управляющий вычислительный комплекс гибкого автоматизирован-
ного производства; АТСС, АСИО, АСУТП, АСУО, САК — автоматизированные
системы транспортно-складская, инструментального обеспечения, управления
технологическими процессами, удаление отходов, контроля
399
корпусной детали на станке с ЧПУ типа NC составляет 15 ч при времени
отладки программы 7 ч, а для современного обрабатывающего центра с
управляющими устройствами типа CNC это время составляет соответст-
венно 45 и 16 мин. При этом нет необходимости в высокой квалифика-
ции оператора-программиста.
Отечественные устройства ЧПУ типа CNC создаются, как правило,
на базе микроЭВМ типа „Электроника 60”. В сочетании с новыми устрой-
ствами ЧПУ получили распространение системы типа DNC (direct numerical
control), т. е. централизованное групповое управление технологическим
оборудованием от ЭВМ, использующие в качестве центральной ЭВМ
либо микроЭВМ, либо мини-ЭВМ типа СМ. Новые системы ЧПУ типов
CNC и DNC существенно расширили технологические возможности стан-
ков с ЧПУ и упростили подготовку управляющих программ. Одновре-
менно повысилась надежность систем ЧПУ, а стоимость их снизилась
в среднем с 50 до 20 % стоимости технологического оборудования.
В середине 70-х гг. наступил качественно новый этап комплексной
автоматизации производства — переход от использования отдельных
станков и машин с ЧПУ к внедрению автоматических участков и цехов,
управляемых ЭВМ и получивших у нас в стране название гибких автома-
тизированных производств (ГАП), а за рубежом - Flexible manufacturing
system (FMS).
Новые возможности в автоматизации серийного и единичного произ-
водств обусловлены стремительным развитием ЭВМ и технологического
оборудования с ЧПУ, а также широким внедрением в производство ма-
шин нового класса — промышленных роботов. К 1980 г. были разработа-
ны аппаратные и программные средства систем автоматизации проекти-
рования и производства, а также технологическое оборудование и про-
мышленные роботы, которые позволили автоматизировать все эти этапы
создания изделия - от научных исследований до контроля и испытания
нового изделия и создать интегрированные производственные комплек-
сы, соединяющие производительность и безлюдность жесткой автомати-
ческой линии с гибкостью, ранее обеспечиваемой трудом человека на
универсальном оборудовании. За рубежом такие комплексы называ-
ют Computer integrated manufacturing (CIM).
9.2. ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГПС
В соответствии с ГОСТ 26228—85 „Системы производственные гиб-
кие” ГПС — это совокупность в различных сочетаниях оборудования
с ЧПУ, роботизированных технологических комплексов, гибких произ-
водственных модулей, отдельных единиц технологического оборудо-
вания и систем обеспечения их функционирования в автоматическом
режиме в течение заданного интервала времени, обладающая свойством
автоматизированной переналадки при производстве изделий произволь-
ной номенклатуры в установленных пределах значений их характе-
ристик.
400
По организационным признакам ГОСТ 26228-85 выделяет три вида
ГПС: гибкая автоматизированная линия (ГАЛ), гибкий автоматизиро-
ванный участок (ГАУ) и гибкий автоматизированный цех (ГАЦ). ГАЛ -
это ГПС, в которой технологическое оборудование расположено в при-
нятой последовательности технологических операций. ГАУ - это ГПС,
функционирующая по технологическому маршруту, в котором
По организационным признакам
По комплексности изготовления изделий
Рис 9.3. Классификация ГПС по ГОСТ 26962-86
401
предусмотрена возможность изменения последовательности использова-
ния технологического оборудования. ГАЦ —это ГПС, представляющая
собой в различных сочетаниях совокупность ГАЛ, роботизированных
технологических линий, ГАУ, роботизированных технологических
участков для изготовления изделий заданной номенклатуры. Подробная
классификация ГПС, устанавливаемая ГОСТ 26962—86, представлена
на рис. 9.3.
Основной компонент ГПС-гибкий производственный модуль
(ГПМ). ГПМ-это единица технологического оборудования для произ-
водства изделий произвольной номенклатуры в установленных пределах
значений их характеристик с программным управлением, автономно
функционирующая, автоматически осуществляющая все функции, свя-
занные с их изготовлением и имеющая возможность встраивания в гиб-
кую производственную систему. Составной частью ГПС может также
быть роботизированный технологический комплекс (РТК), представ-
ляющий собой совокупность единицы технологического оборудования,
промышленного робота и средств оснащения, автономно функциони-
рующий и осуществляющий многократные циклы. РТК, предназначенные
для работы в составе ГПС, должны иметь автоматизированную перена-
ладку и возможность встраивания в ГПС. Средствами оснащения РТК
могут быть устройства накопления, ориентации и поштучной выдачи
объектов производства, а также другие устройства, обеспечивающие
функционирование РТК. Схемы РТК механической обработки деталей
представлены на рис. 9.4.
Производство, создаваемое на базе ГПМ и РТК, обслуживаемых об-
щей автоматической транспортно-складской системой и системой управ-
ления, называют гибким автоматизированным производством. Отличи-
тельной чертой ГАП является согласованное программное управление
от ЭВИ всеми производственными компонентами, что значительно
уменьшает объем технологической и сопроводительной документации
по сравнению с традиционным производством. Доля участия человека
в непосредственном выполнении технологических процессов в ГАП не-
значительна и в идеале равна нулю. Поэтому говорят, что ГАП функцио-
нирует на принципах безлюдной и безбумажной технологии.
Понятие гибкости производственной системы пока не стандартизи-
ровано. В отечественной и зарубежной научно-технической литературе
это понятие широко обсуждается, и в настоящее время рассматривают-
ся несколько видов гибкости, основными из которых являются:
Станок с. ЧПУ I I Станок с ЧПУ I
Рис 9 4. Схемы РТК механической обработки деталей а - с напольным или
подвесным промышленным роботом (ПР) и раздельными накопителями заго-
товок и деталей; б - с промышленным роботом, установленным на станке,
и совмещенным накопителем заготовок и деталей
402
— производственная гибкость, характеризуемая способностью изго-
товлять различные конструктивно-технологические группы изделий;
— машинная гибкость, или гибкость технологического оборудова-
ния, характеризуемая способностью технологического оборудования
автоматически переналаживаться на производство любого изделия в
пределах освоенной производственной номенклатуры;
— маршрутная гибкость, или гибкость технологической последова-
тельности, характеризуемая способностью осуществлять технологиче-
ский процесс в произвольной последовательности использования техно-
логического оборудования;
- гибкость смены продукции, или гибкость изменения конструкции,
характеризуемая способностью быстро и экономично переходить на про-
изводство новых изделий;
— гибкость по объему продукции, характеризуемая способностью
сохранять экономическую эффективность при изменении объема выпус-
каемой продукции;
— гибкость по расширению, характеризуемая способностью системы
к наращиванию за счет включения нового технологического обору-
дования.
Обеспечение высокой степени гибкости сопряжено с увеличением за-
трат и может привести к существенному росту стоимости ГПС, а недоста-
точная степень гибкости может явиться причиной низкой эффективно-
сти ГПС из-за сложностей, связанных с загрузкой оборудования в усло-
виях серийного и единичного производств. Поэтому необходимая сте-
пень гибкости должна определяться при проектировании ГПС на основа-
нии технико-экономического анализа конкретных производственных ус-
ловий предприятия.
Основными характерными чертами ИПК являются переход от „ост-
ровной” автоматизации элементов цикла „исследование- производство”
к комплексной путем реализации информационных каналов связи меж-
ду АСУП, АСНИ, САПР, АСТПП и автоматизированными производствен-
ными системами (АТСС, АСИО, АСУТП, АСУО,САК и др.), создания ло-
кальной вычислительной сети, связывающей все автоматизированные
системы, и единого банка данных — информационной основы ИПК.
Каждая информационная автоматизированная система (АСУП,
АСНИ, САПР, АСТПП) — человеко-машинная система, в которой наибо-
лее трудоемкие функции выполняют ЭВМ, входящие в состав систем,
а творческие задачи решают организаторы производства, исследователи,
проектировщики-конструкторы, технологи, работающие на автоматизи-
рованных рабочих местах (АРМ). Анализ затрат труда на разработку
конструкторско-технологической документации по результатам обследо-
вания, проведенного Институтом машиноведения АН СССР, показал, что
около 50 % времени проектирования тратится на создание нормативно-
технической документации. Одна из наиболее распространенных опера-
ций при проектировании - поиск необходимых справочных данных по
проектируемому изделию, что, например, при разработке документации
по технологической подготовке производства занимает до 35 % рабочего
403
времени В целом получается, что в настоящее время только 10 % време-
ни, затрачиваемого на проектирование, приходится на решение творче-
ских задач, а остальные 90 % - это поиск информации, выполнение стан-
дартных расчетов, оформление результатов и т. п,, т. е работа, которая
в значительной степени уже сейчас может быть переложена на вычисли-
тельную технику и различные автоматические устройства обработки сим-
вольной и графической информации Применение ЭВМ позволяет сущест-
венно сократить нетворческие затраты времени, что особенно важно в ус-
ловиях научно-технического прогресса
В последние годы объем научно-технической информации удваивает-
ся каждые 8 лет, разнообразие технических объектов — каждые 10 лет,
а их сложность по числу составляющих элементов - каждые 15 лет.
В результате объем проектно-конструкторских работ возрастает в 10 раз
каждые 10 лет. Сегодня проект среднего по сложности судна — это 103
листов черетежей, 104 листов текста, 105 листов технологической доку-
ментации, 103 управляющих программ для газорезательных машин
с ЧПУ. Развитие АСНИ и САПР судостроения позволило пока отдельным
конструкторским бюро выполнять с помощью ЭВМ около 60 % проект-
ных работ на ранних стадиях проектирования судов и до 50 % работ по
подготовке рабочей документации.
Программные средства АРМ, за исключением программного обеспе-
чения графики и операционных систем, обычно ориентированы на част-
ные задачи локального пользователя Это приводит к тому, что проекти-
рование нового изделия и разработка конструкторской документации
ведутся с широким использованием ЭВМ, а технолог получает исходную
информацию для технологической подготовки производства в виде тра-
диционных рабочих чертежей, правда, выполненных с помощью ЭВМ.
В результате работа на АРМ-технолога начинается с кодирования рабо-
чих чертежей и ввода в ЭВМ информации, необходимой для разработки
технологического процесса Разработка технологического процесса с по-
мощью ЭВМ заканчивается распечаткой маршрутной и операционной тех-
нологии изготовления изделия, а подготовка управляющих программ
для станков с ЧПУ требует еще одного выполняемого вручную этапа ко-
дирования и ввода необходимой информации в следующую ЭВМ, кото-
рая, как правило, не может транслировать подготовленные программы
в устройство ЧПУ станка
Непосредственное участие человека в преобразовании и вводе инфор-
мации в ЭВМ не только снижаеэ эффективность автоматизированных
систем, но и приводит к многочисленным дополнительным ошибкам. По-
этому, пр и создании ИПК особое внимание уделяют вопросам информа-
ционного единства как на уровне данных, так и языков программирова-
ния, а также разработке интерфейсов между автоматизированными сис-
темами.
Кроме информационных систем, предназначенных для автоматизиро-
ванного решения задач конструкторской и технологической подготовки
производства, ГПС включает также системы, обеспечивающие автоматиче-
ское или автоматизированное выполнение различных производственных
404
Таблица 9.1. Основные функции ГПС и уровень их автоматизации
(по ГОСТ 26962-86)
Выполняемые функции Уровень автоматы-
1 2 3
Накопление материалов, заготовок и изделий (на складе) + +
Накопление оснастки, инструмента + +
Транспортировка материалов, заготовок и изделий по + + +
маршрутам склад - рабочее место и рабочее место — склад Транспортировка оснастки и инструмента по маршрутам 4. + а.
склад - рабочее место и рабочее место - склад Управление технологическими процессами + +
Управление производственным процессом (планирова- (+) (+) (+)
ние, диспетчеризация и т. п.) Защита от аварийных ситуаций +
Смена управляющих программ (+)
Загрузка-разгрузка материалов, заготовок и изделий —
Подача вспомогательных материалов к рабочим местам —
Удаление отходов производства от рабочих мест — +
Установка и закрепление заготовок в приспособлениях- — — (+)
спутниках Контроль качества изготовления - - +
Технологическая подготовка производства — — (+)
Проектирование изделий (+)
Примечание. + , (+), — — автоматическое, автоматизированное, неавто-
матическое выполнение функций.
функций, перечень и уровень автоматизации которых установлены
ГОСТ 26962—86 (табл. 9.1). К таким системам относятся: автоматизи-
рованная транспортно-складская система, автоматизированная система
инструментального обеспечения, система автоматизированного контро-
ля, автоматизированная система удаления отходов, автоматизированная
система управления технологическими процессами и управляющий
Рис 9 5 Схема информационных и материальных потоков в ГАП
------информационные потоки; ----iz — материальные потоки
405
вычислительный комплекс, координирующий работу всего производст-
венного подразделения.
АТСС — это система взаимосвязанных автоматизированных транс-
портных и складских устройств для укладки, хранения, временного на-
копления, разгрузки и доставки объектов производства и технологиче-
ской оснастки.
Обрабатываемые в ГАП заготовки поступают в автоматизированный
склад, входящий в состав АТСС (рис 9.5), при непосредственном уча-
стии человека — оператора склада. Оператор с местного пульта управле-
ния вводит в УВК необходимую информацию с поступившей детали: код
детали, марку материала, номер первой технологической операции
в ГАП и т. д. После этого по команде оператора автоматический кран-
штабелер помещает заготовку в свободную ячейку склада, номер кото-
рой запоминается УВК, В зависимости от размеров и формы заготовки
могут поступать в склад поштучно, в многоместной технологической
таре или установленными в специальные приспособления-спутники.
Транспортные средства ГАП — это различные типы контейнеров,
применяемые обычно в гибких автоматизированных линиях, а также
транспортные промышленные роботы (напольные или подвесные), ис-
пользуемые в ГАУ.
Если технологическое оборудование готово к обработке данной за-
готовки, т. е. станок укомплектован необходимым инструментом и в ус-
тройстве ЧПУ имеется соответствующая управляющая программа, то по
команде УВК заготовка из склада передается — как правило, без участия
оператора — на автоматический транспорт и доставляется к соответству-
ющему станку. Автоматический транспорт обеспечивает также доставку
от станков и передачу в автоматизированный склад обработанных дета-
лей и изношенного инструмента. Разгрузка автоматизированного склада
осуществляется по командам УВК при непосредственном участии опе-
ратора.
АСИО — это система взаимосвязанных элементов, включающая уча-
стки подготовки инструмента, его транспортирования, накопления, уст-
ройства смены и контроля качества инструмента, обеспечивающие под-
готовку, хранение, автоматическую установку и замену инструмента.
Подготовку инструмента (заточка, комплектование, настройка вне
станка на заданный размер) выполняют рабочие-операторы по запросам
УВК. Подготовленные комплекты инструмента затем поступают в авто-
матизированный склад, оператор которого передает в УВК соответству-
ющую информацию. Иногда в состав АСИО входит отдельный автомати-
зированный склад инструмента. Перед началом обработки заготовок
соответствующие комплексы инструмента автоматически передаются
на станок, где устанавливаются либо автоматически, либо с участием
оператора-наладчика станка с ЧПУ.
АСУО — это система, предназначенная для автоматического удаления
стружки и других отходов из ГПС. Удаление стружки в ГПС включает
эвакуацию стружки из рабочей зоны станкав приставочную тару, очистку от
стружки базовых поверхностей, обеспечивающих правильную установку
406
приспособления или заготовки на станке, транспортирование стружки в
общецеховые сборники и сортирование ее по маркам материала. К проб-
леме удаления стружки тесно примыкает проблема стружкодробления,
т. е. получения сегментированной, достаточно мелкой стружки, от кото-
рой рабочая зона станка легко очищается при обильной подаче смазочно-
охлаждающей жидкости или обдуве струей воздуха и которую удобно
удалять из рабочей зоны в пристаночную тару с помощью специальных
транспортеров. К основным направлениям решения проблемы струж-
кодробления относятся: подбор геометрии инструмента и режимов
резания, обработка с прерывистой подачей режущего инструмента,
выполнение специальных канавок на обрабатываемых поверхностях
перед обработкой их в ГПС, подача смазочно-охлаждающей жидкости в
зону резания под высоким давлением и др. Тем не менее для некоторых
конструкционных материалов эта проблема остается очень актуальной в
ГПС.
САК — это система, обеспечивающая контроль качества изготовле-
ния деталей и работоспособности оборудования, входящего в состав
ГПС. Кроме контроля параметров готовой продукции или заготовок
система контроля должна обеспечивать диагностику процессов и обору-
дования непосредственно при выполнении производственных операций
В САК широко используются математические модели процессов, про-
текающих в ГПС, причем контроль и диагностика заготовок, оборудо-
вания, процессов в ГПС осуществляются в реальном масштабе времени:
до, во время и после операции обработки.
Переход на гибкое производство связан с широкой компьютериза-
цией всех видов трудовой производственной деятельности. Это касается
Таблица 9.2. Примерное изменение состава производственного
и обслуживающего персонала при внедрении участков станков с ЧПУ и ГАУ
Профессии и должности Численность производствен- ного и обслуживающего пер- сонала, чел., при обработке на
универ- сальных станках станках ЬЧПУ ГАУ
Рабочие-станочники или операторы 90 26 4
Сменные и старшие мастера 7 2 2
Контролеры, мастера ОТК 10
Наладчики оборудования с ЧПУ — 6
Операторы по загрузке, разгрузке и подготовке — 2 6
оснастки
Транспортные рабочие и распределители работ 8 4 —
Инженеры по вычислительной технике — — 8
Программисты - 6 6
Итого работающих 115 50 34
407
как рабочих основного и вспомогательного производств, так и инже-
нерно-технических работников, специалистов по управлению, руко-
водителей. Необходимым условием эффективной работы персонала
в условиях ГПС становятся: знание основ вычислительной техники,
информатики, языков программирования, а также определенный уро-
вень математической подготовки специалистов. Как показывает опыт со-
здания и эксплуатации участков станков с ЧПУ и ГАУ, состав производ-
ственного обслуживающего персонала этих участков существенно изме-
няется по сравнению с традиционным производством (табл.9.2).
Интенсивность труда в ГПС возрастает в связи с появлением в боль-
ших объемах многостаночного обслуживания, центральных диспетчер-
ских постов, с повышением информационной нагрузки в результате
усложнения управления, увеличения объема задач творческого харак-
тера, необходимости коррекции отклонений в нестандартных ситуациях.
Напряженность труда возрастает и по причине использования более
сложных средств и способов контроля, диагностики техники и техноло-
гических процессов. Повышаются требования к квалификации новых
профессиональных категорий работников — операторов автоматизиро-
ванного производства.
9.3. ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ
ПРОИЗВОДСТВА В ГПС
Форма организации технологических процессов, зависит от установ-
ленного порядка выполнения операций, расположения оборудования,
количества изделий и направления их движения в процессе изготовления.
ГОСТ 14.312—74 устанавливает две формы организации технологиче-
ских процессов: поточную и групповую.
Поточная форма организации технологических процессов характери-
зуется: специализацией каждого рабочего места на определенной опера-
ции; согласованным и ритмичным выполнением всех операций техноло-
гического процесса на основе постоянства такта выпуска; размещением
рабочих мест в последовательности, строго соответствующей технологи-
ческому процессу. Эта форма организации применима в условиях массо-
вого и крупносерийного производств и, следовательно, редко встречает-
ся на предприятиях судового машиностроения.
Групповая форма организации технологических процессов характе-
ризуется однородностью конструктивно-технологических признаков из-
делий, единством средств технологического оснащения одной или не-
скольких технологических операций и специализацией рабочих мест.
Группо’вая форма целесообразна при изготовлении и сборке изделий
в условиях единичного, мелко- и среднесерийного производств и успеш-
но применяется на предприятиях судового машиностроения, обеспечи-
вая резкое сокращение производственных циклов, времени освоения
новых изделий, внутрицеховых перемещений и незавершенного произ-
водства за счет создания предметно-специализированных рабочих мест,
участков и цехов.
408
В основе групповой формы организации лежит группирование из-
делий по конструктивно-технологическим признакам. Группированию
изделий предшествует, как правило, кодирование объектов производ-
ства, т. е- присвоение каждому объекту производства соответствующе-
го кода, что позволяет механизировать и автоматизировать процесс
группирования.
В настоящее время существует несколько систем кодирования
и группирования деталей: классификатор единой системы конструк-
торской документации, технологический классификатор деталей, груп-
проект и др Структура конструкторско-технологического кода детали,
обрабатываемой резанием, представлена на рис. 9.6.
XX XXX X. XXX XX Х.ХХ XX X X XX
Конструкторский код
Класс I
Подкласс
Г руппа
Подгруппа
Вид
Постоянная часть
технологического кода
Размерная
характеристика
Группа материала
Вид детали по техноло-
гическому процессу
Переменная часть
технологического кода
Вид исходной заготовки
Точность размеров
Шсроховатост: поверхностей
Характеристика элементов
зубчатого зацепления
Характеристика термической обработки
Характеристика массы деталей
Рис 9 6 Структура конструкторско-технологического кода детали, обрабатыва-
емой резанием
14 Зак. 2165
409
Работа по кодированию деталей-^вевьм&тлрудоамка?-яооколысу на
предприятиях с единичным и мелкосерийным характером производства
изготовляются десятки, а порой и сотни тысяч деталей. Однако при
правильной организации эта работа может быть выполнена в короткие
сроки. Так например, фирма „Карл Цейс” закодировала и перевела на
перфоноситель 100 тыс. деталей за 6 мес, а на одной из фирм США группа
из трех человек закодировала 20 тыс. деталей за 14 недель, причем дли-
тельность кодирования одной детали не превышала 3 мин.
Для группирования деталей широко используют средства вычисли-
тельной техники и автоматизированные системы на базе ЭВМ. Напри-
мер, для группирования деталей по конструктивно-технологическим
признакам и отбора номенклатуры технологически однородных деталей
с целью организации подетально-специализированных участков и цехов
группового производства (включая ГАП) предназначена автоматизиро-
ванная система „Группроект 1Л”.
После кодирования деталей и их группирования приступают к раз-
работке группового технологического процесса, который позволяет об-
рабатывать любую деталь данной группы без значительных отклонений
от общей технологической схемы. В соответствии с ГОСТ 3.1109—82
групповой технологический процесс — это технологический процесс из-
готовления группы изделий с разными конструктивными, но общими
технологическими признаками. При групповом технологическом про-
цессе некоторые детали или их группы могут пропускать отдельные
операции или переходы. Подобного рода процессы являются основой
для создания участков с замкнутым циклом производства, специализи-
рованных участков и групповых (многономенклатурных) поточных ли-
ний. При разработке групповых технологических процессов необходимо
исходить из следующих основных положений-
— принятая в групповом маршруте последовательность технологи’-
ческих операций должна обеспечивать обработку любой детали группы
в соответствии с чертежом и техническими требованиями;
— технологическая оснастка должна быть групповой или универ-
сально переналаживаемой;
— оборудование должно обеспечивать высокопроизводительную об-
работку при минимальных затратах на его переналадку;
- технологическая документация должна быть простой по форме,
исчерпывающей по содержанию и удобной для пользования на рабочих
местах.
Выполняя работу по созданию наиболее рационального группового
технологического процесса, следует решить и ряд вопросов техническо-
го и организационного характера. К их числу относятся: технологичность
конструкции, унификация вида заготовок, установление производствен-
ных связей (маршрутов движения деталей на участке и в цехе), опре-
деление объема параллельных работ в различных подразделениях пред-
приятия, выявление возможностей специализации цехов или отдельных
участков, выбор всех видов оборудования Правила разработки груп-
повых технологических процессов изложены в ГОСТ 14.316—75.
410
ПрбекЧироваййё 'ТехноЛбгичеекйх процессов характеризуется высо-
кими сложностью и трудоемкостью. По данным ВПТИТяжмаша на
проектирование отдельных технологических задач в зависимости от
группы сложности изделия затрачивается следующее время, ч:
Разработка маршрутной технологии.......................... 1-22
Разработка операционной технологии........................ 3-70
Нормирование маршрутных карт..............................0,5—10
Конструирование приспособлений ........................... 3-140
Конструирование специального инструмента.................. 1-40
В условиях единичного и серийного производства часто разрабатывают
только маршрутную технологию, и тем не менее затраты на технологиче-
скую подготовку производства составляют 30 % и более от общих затрат
на выпуск изделия. В ГПС требуется детальная проработка всех логиче-
ских и расчетных элементов технологической подготовки производства.
‘Например, степень проработки технологического процесса должна быть
доведена до рабочих и вспомогательных ходов; надежность технологиче-
ского процесса должна прогнозироваться на стадии его проектирования
и т. д. В целом технологическая подготовка производства в условиях
ГПС становится на несколько порядков сложнее даже по сравнению с
традиционным массовым производством, следовательно, эффективность
эксплуатации ГПС в значительной степени определяется возможностями
АСТПП и, в частности, возможностью автоматизированного проектиро-
вания технологических процессов.
Используют два метода проектирования технологических процессов
с помощью ЭВМ: метод адресации к процессу-аналогу (единичному,
типовому или групповому) и метод синтеза новых процессов. При пер-
вом методе хранящиеся в памяти ЭВМ последовательность и структура
технологических операций процесса-аналога дорабатываются примени-
тельно к конкретной детали. Для реализации метода адресации необхо-
димо иметь только процедуры расчета и выбора решений из заранее
заданного их множества. Благодаря относительной простоте этот метод
широко используется в ГПС.
Проектирование технологического процесса (ТП) методом адреса-
ции можно разделить на три составные части, выполняемые последова-
тельно: проектирование маршрута, операции и перехода (рис. 9 7).
Компонентами системы являются унифицированные технологические
маршруты М, операции О и переходы Р, причем
mt = (oi, о2 ,. . .,о„) ,mt еМ;
Of = fa, Pi Oj&e-,
Pf = (*1, x2,...,xt,..., Xz),PiGP,
где m,-= (o i, o2, on), m^M означает,что является z-м элементом
массива М и представляет собой определенную последовательность из п
элементов массива О\ аналогично для о, крг, xt - рабочий (вспомога-
тельный) ход или кадр управляющей программы системы ЧПУ.
14* 411
При отсутствии процесса-аналога используют метод синтеза единич-
ного, типового или группового технологического процесса. Проектиро-
вание Технологического процесса по этому методу резко усложняется,
поскольку необходимо проектировать схему технологического про-
цесса, технологический маршрут и технологическую операцию, опираясь
на общие закономерности проектирования технологии и типовые элемен-
ты технологического процесса, такие как ход или переход. Метод син-
теза довольно сложен и мало формализован, поэтому к проектированию
технологического процесса привлекают технолога, который работает
с ЭВМ в режиме диалога.
412
В настоящее время известен ряд систем, которые позволяют проек-
тировать с помощью ЭВМ маршрутно-операционные технологические
процессы на определенный класс деталей или операционные технологи-
ческие процессы на отдельные виды оборудования. Однако такие систе-
мы недостаточно универсальны и практически не обладают адаптивными
свойствами, в связи с чем их трудно внедрять в действующем произ-
водстве.
9.4. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ
КАЧЕСТВА ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ В ГПС
Практика создания и эксплуатации ГПС для изготовления деталей
судового машиностроения показывает, что в условиях гибкого автома-
тизированного производства возрастает значение известных технологи-
ческих задач и прежде всего задачи обеспечения качества обработки де-
талей и надежности функционирования технологического оснащения
Точность обработки деталей является основной характеристикой каче-
ства продукции, поэтому обеспечение точности — основное условие вы-
сокой эффективности ГПС
Погрешности, связанные с установкой заготовки на станке. В отли-
чие от обработки деталей на универсальных станках, где размер, как
правило, выдерживается непосредственно от баз заготовки или ориен-
тирующих поверхностей приспособления, при обработке на станках
с ЧПУ первое позиционное перемещение инструмента связано с началом
отсчета координатной системы станка Таким образом, смещение заго-
товки от ее теоретического положения в координатах станках вызы-
вает смещение всего обрабатываемого контура относительно техноло-
гических баз, при этом погрешность настройки приспособления на
станке с ЧПУ достигает 60 % суммарной погрешности обработки.
Структура погрешности установки на станках типа „обрабатываю-
щий центр” усложняется еще и тем, что заготовки устанавливают на
столы-спутники, а спутники — на рабочий стол станка. Размерная цепь
обрабатываемая поверхность — начало координат станка удлиняется,
и соотйетственно увеличивается погрешность установки. Персонализа-
ция спутников (использование данного спутника только на определен-
ном станке) уменьшает эту погрешность Однако зта мера не всегда
обеспечивает требуемую точность, и тогда возникает необходимость
выверить положение заготовки непосредственно на станке Для авто-
матизации этого процесса необходима измерительная система, датчик
которой устанавливается в шпинделе станка и определяет действительное
положение заготовки в координатах станка В конструкции станка долж-
ны быть предусмотрены технические возможности, позволяющие кор-
ректировать положение заготовки по результатам измерения, а в устрой-
стве ЧПУ — программные средства, обеспечивающие выполнение изме-
рений и выработку управляющих воздействий для коррекции положения
заготовки
413
Погрешности, обусловленные яестабильностккг'физико'механиче-
ских свойств материала заготовок и разбросом припусков на обработку.
Как известно, рассеяние физико-механических свойств материала заго-
товок и припусков на обработку вызывает изменения сил резания
и упругих отжатий системы станок—приспособление—инструмент—заго-
товка, что увеличивает суммарную погрешность обработки. Для умень-
шения влияния этих факторов к заготовкам, обрабатываемым на тра-
диционных автоматических линиях, предъявляют повышенные требова-
ния, с учетом которых и проектируют автоматическую линию. В ГПС
серийного и единичного производств этот путь экономически нецелесо-
образен, так как существенно повышает себестоимость заготовки и ус-
ложняет заготовительное производство в целом.
Для уменьшения влияния указанных факторов в ГПС должен быть
организован входной контроль заготовок, задача которого - измерить
действительные значения параметров каждой заготовки, влияющие на ус-
ловия обработки- твердость материала, припуски и т. п. Эта информация
через УВК ГАП передается в устройство ЧПУ станка, на котором будет
обрабатываться конкретная заготовка, и режимы ее обработки (ско-
рость резания или подача) корректируются устройством ЧПУ в соответ-
ствии с математическими моделями, учитывающими влияние различных
параметров на точность и производительность процесса обработки.
В некоторых ГПС эта проблема решается с помощью систем адап-
тивного управления процессом резания, описание которых будет дано
ниже
Погрешности, обусловленные погрешностями настройки режущего
инструмента на заданный размер. Приборы, приспособления и методы
настройки инструмента для ГПС должны обеспечивать точную настройку
инструмента вне станка и последующую быструю установку настроенного
инструмента в рабочее положение без дополнительной регулировки и под-
наладки на станке после пробной обработки первой заготовки. Выполн-
нение этих требований особенно важно при настройке расточных резцов,
используемых на станках типа „обрабатывающий центр” , и других ин-
струментов, для которых не может быть предусмотрена программная
коррекция их настройки.
В процессе работы под влиянием изнашивания инструмента изменя-
ется его размерная настройка, поэтому целесообразно сместить настроеч-
ный размер относительно среднего значения выполняемого размера
с учетом направления износа инструмента. При настройке следует также
учитывать упругие отжатия инструмента, т. е. выполнять так называемую
динамическую настройку инструмента на заданный размер.
Погрешности, связанные с изнашиванием инструмента в процессе ре-
зания. Режущий инструмент является наиболее слабым звеном техноло-
гической системы станок-приспособление-инструмент-заготовка, ока-
зывающим существенное влияние на точность получения размеров обра-
батанных поверхностей. С целью исключения или своевременного обна-
ружения брака обработки в ГПС используют контроль.
— размеров заготовки после обработки;
414
- временирйботнгрежуще1Ротяктрумента или количества обработан-
ных заготовок;
— износа режущего инструмента после обработки каждой заготовки;
— износа режущего инструмента с применением систем адаптивного
управления.
Контроль размеров детали может проводиться на координатно-изме-
рительной машине (КИМ) с ЧПУ, которую встраивают в ГПС. После об-
работки на стайке заготовка автоматически транспортируется на КИМ,
где ее устанавливают на столе и с помощью измерительного устройства
с одним или несколькими щупами измеряют размеры обработанных по-
верхностей. Устройство ЧПУ типа CNC и специальное программное обес-
печение создают возможность проводить высокоточные линейные изме-
рения и не требуют точной установки детали в системе координат КИМ,
По результатам линейных измерений вычислительное устройство КИМ
определяет действительные линейные и угловые размеры поверхностей,
их взаимное положение, отклонения от заданной геометрической формы
и т. п. Окончательные результаты измерений используют для коррекции
траектории движения режущего инструмента в управляющей программе
системы ЧПУ станка. КИМ применяют как для межоперационного конт-
роля заготовок, так и для приемного контроля готовой детали. При из-
готовлении сложных деталей заготовка может поступать на КИМ не-
сколько раз.
Для сокращения транспортных операций и более быстрого получе-
ния информации о ходе технологического процесса применяют контроль
размера заготовки после обработки непосредственно на станке с по-
мощью измерительного устройства с датчиком контакта. Контроль мо-
жет быть выборочным и сплошным. Подобный внутриоперационный
контроль точности обработки на станке находит применение в ГПС. Од-
нако при обработке деталей сложной геометрической формы с большим
количеством обрабатываемых поверхностей, например корпусов судо-
вой арматуры, использование этого способа снижает производительность
ГПС, так как увеличивается вспомогательное время, поскольку на ста-
нок возлагаются функции КИМ. К недостаткам данного способа следу-
ет также отнести невозможность контролировать точность размеров
сложных профилей и элементов, удаленных от передней поверхности об-
рабатываемой заготовки.
Контроль времени работы инструмента или количества обработан-
ных заготовок для обеспечения точности размеров широко используют
в традиционных автоматических линиях и применяют в ГПС.*При этом
способе замена режущего инструмента осуществляется независимо от
его фактического состояния по истечении времени работы, равного рас-
четной стойкости инструмента, или после обработки расчетного количе-
ства заготовок. Точность полученных размеров зависит от правильности
определения расчетной стойкости инструмента. При значительном рассея-
нии физико-механических свойств материала и припусков заготовки
этот способ в ГПС оказывается малоэффективным и обычно применяет-
ся в сочетании с другими способами контроля.
415
Для повышения эффективности контроля времени работы инстру-
мента в ГПС внедрен в производство метод принудительной замены ин-
струмента. Этот метод позволяет на основании математической модели
изнашивания инструмента и результатов измерения на станке размеров
обработанных поверхностей рассчитывать запас точности размерного
износа инструмента и время или число деталей, которые еще могут быть
обработаны до замены инструмента. Алгоритм, реализующий этот метод,
представлен на рис. 9.8. Для использования метода следует заранее опре-
делить параметры математической модели изнашивания инструмента
при конкретных условиях обработки: марку обрабатываемого материа-
ла, марку материала и геометрию инструмента, состав смазочно-охлаж-
дающей жидкости и др. Математическая модель изнашивания представ-
ляет собой зависимость удельного (на одну деталь) износа инструмента
Д Up от режимов и пути резания-
Рис 9 8 Алгоритм принудительной замены режущего инструмента
416
AUp = f (V, t, s, L),
где V — скорость резания, м/мин; Г — глубина резания, мм; s — рабочая
подача на один оборот шпинделя, мм/об; L - путь резания при обработ-
ке одной детали, км. Вид зависимости и входящие в нее постоянные для
конкретных условий обработки коэффициенты определяются экспери-
метально в лабораторных или производственных условиях.
При применении данного метода в инструментальном магазине нахо-
дятся к одинаковых инструментов, которые по мере износа используют
последовательно. После обработки головной детали первым из к инстру-
ментов размер обработанной поверхности автоматически измеряют
и рассчитывают запас точности размерного износа инструмента
, Ддоп р = (РЯ1 — Апш)/2,
где £>д1 — действительный размер обработанной поверхности у первой
детали; Anin - наименьший (для обработки отверстий) допускаемый
размер данной поверхности.
Затем определяют число деталей, которые могут быть обработаны
этим инструментом до его замены:
т ~^ДОП р /
Если т > 1, то последующие детали обрабатывают этим же инстру-
ментом до тех пор, пока не будет выполнено условие т — п < 1, (и —
число деталей, обработанных первым из к инструментов).
При выполнении этого условия размер последней иэ обработанных
деталей £>д „ измеряют и вновь рассчитывают Ддоп р и т. Если вновь рас-
считанное т меньше единицы (т< 1), то вызывается второй из к инст-
рументов и весь цикл повторяют.
Следует отметить, что экспериментальное определение математиче-
ской модели изнашивания инструмента требует проведения достаточно
длительных и трудоемких опытов. Поэтому в мелкосерийном произ-
водстве при частой смене и обновлении выпускаемой продукции целе-
сообразно использовать метод динамического прогнозирования стойко-
сти инструмента (рис. 9.9).
Данный метод позволяет в производственных условиях автомати-
чески собирать информацию о стойкости инструмента, рассчитывать
статистические Параметры удельного износа инструмента (среднее ариф-
метическое значение, среднее квадратическое отклонение, доверительные
значения при заданном уровне значимости и т. п.) и определять время за-
мены инструмента на основании сравнения запаса точности размерного
износа Ддоп.р с верхним доверительным значением удельного износа ин-
струмента Д _ а при уровне значимости а. Полученную статистическую
информацию в дальнейшем можно использовать для разработки матема-
тической модели изнашивания инструмента с целью ее применения в пер-
417
Ориентировочное \
значение удельного '
износа A Uop
Рис 9' 9 Алгоритм динамического прогно-
зиоовяния стойкости режущего инстру-
мента
Вызов информации из УЧПУ
вом из рассмотренных алгоритмов принудительной замены инструмента,
который является более производительным, так как не требует измере-
ния каждой обработанной детали.
418
Размерный износ режущего инструмента на станке можно контроли-
ровать как после обработки заготовки, так и в процессе резания без пре-
рывания технологического процесса. В первом случае для определения
износа инструмента используют измерительные устройства с датчиком
контакта, устанавливаемые, как правило, непосредственно в рабочей
зоне станка. Для контроля износа инструмент в рабочем положении под-
водят к датчику измерительного устройства до начала и после оконча-
ния обработки заготовки. Разность между первоначальным и фактиче-
ским положениями режущей кромки определяет величину износа ин-
струмента. К сожалению, размещение датчиков таких измерительных
устройств уменьшает рабочую зону станка, а надежность работы датчи-
ков снижается из-за попадания на рабочие поверхности стружки и смаз-
зочно-охлаждающей жидкости, применяемой при обработке.
Во втором случае о степени затупления инструмента судят по измене-
нию таких параметров и характеристик процесса резания, как температу-
ра в зоне резания, сила резания, ток в главном приводе движения, крутя-
щий момент, вибрации системы станок—приспособление—инструмент—за-
готовка и т. п. Системы контроля износа инструмента по этим характери-
стикам перерабатывают непрерывно поступающую информацию о значе-
нии принятого критерия и при достижении им заданного значения подают
команду на замену инструмента.
Общий недостаток названных способов обеспечения точности получе-
ния размеров состоит в нерациональном использовании режущих свойств
инструмента, поскольку обработку ведут без корректировки режимов
резания на износ инструмента и на случайные изменения таких техноло-
гических параметров, как твердость металла заготовки, качество изго-
товления инструмента и др.
Этого недостатка лишен способ контроля точности размеров в про-
цессе обработки с помощью систем адаптивного управления (САУ) про-
цессом резания. В применяемых САУ предусматривается измерение од-
ного или нескольких параметров: температуры в зоне резания, силы или
крутящего момента резания, тока в главном приводе движения и др.
Использование САУ делает возможным поиск оптимального режима в
процессе резания, что позволяет исключить или уменьшить неблагоприят-
ное влияние нестабильности условий обработки на стойкость режущего
инструмента и точность размеров обрабатываемых поверхностей. Прин-
цип работы САУ основан на стабилизации контролируемых параметров
процесса резания путем автоматического изменения скорости резания
или подачи. Например, стабилизация температуры в зоне резания при по-
мощи автоматического регулирования скорости резания позволяет пре-
дотвратить ускорение износа, наблюдаемое при затуплении инструмента.
Применение САУ со стабилизацией силы резания за счет регулирования
подачи позволяет стабилизировать упругие деформации в системе ста-
нок—приспособление—инструмент—заготовка и уменьшить составляю-
щую погрешности обработки, вызываемую упругими отжатиями.
При этом несколько уменьшается и интенсивность изнашивания ин-
струмента. В САУ со стабилизацией температуры в зоне резания
419
кроме регулирования скорости резания может быть предусмотрено
также регулирование подачи.
Недостатком названных САУ является необходимость устанавливать
на станок специальные достаточно сложные датчики температуры или
силы резания, а малая универсальность этих датчиков существенно огра-
ничивает возможности использования данных систем на станках типа
„обрабатывающий центр”. Поэтому в ГПС широкое распространение
вследствие относительной простоты и универсальности нашли САУ со
стабилизацией тока или мощности главного привода станка за счет регу-
лирования скорости резания или подачи.
Замену инструмента производят при снижении подачи до значения,
при котором обработка становится экономически невыгодна, или при
увеличении тока свыше значения, определяемого уставкой. Система
позволяет также отключать станок при сколе режущей пластинки или по-
ломке инструмента, реагируя на падение тока в первоначальный момент
и резкое его возрастание при контакте сломаного инструмента с обраба-
тываемой поверхностью. Такие системы успешно используются на стан-
ках типа .обрабатывающий центр” при черновых операциях, а также для
сверления отверстий диаметром более 5 мм, нарезания резьб размером
более 6 мм.
Опыт эксплуатации ГПС и отдельных автоматических и полуавтома-
тических станков показывают, что САУ процессом резания увеличивают
в 1,5-2 раза стойкость инструмента и в 2-3 раза точность обработки.
Для повышения надежности технологического процесса обработки в
ГПС часто применяют сочетание нескольких способов контроля точности
обработки и состояния режущего инструмента. Например, подсчет коли-
чества обрабатанных заготовок или времени работы инструмента в соче-
тании с контролем тока главного привода и выборочным контролем об-
работанных поверхностей с помощью измерительного щупа
9.5. ОПЫТ СОЗДАНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ГПС
В СУДОВОМ МАШИНОСТРОЕНИИ
На предприятиях судового машиностроения ГПС создаются в различ-
ных видах производства, трубомедницком, механообрабатывающем и др.
Для судового машиностроения наиболее характерны ГПС механической
обработки деталей типа „тела вращения” и корпусных, например корпу-
сов судовой арматуры.
ГПС для изготовления деталей типа „тела вращения”. Для примера
рассмотрим участок, состоящий (рис. 9.10) из двенадцати РТК 3 и 4 на
базе модифицированных станков 16К20ФЗ(Т1) и 16Б16ФЗ (Т1), автома-
тизированного складского комплекса РСК-50 1, транспортного робота
МП-14Т 2 и управляющего вычислительного комплекса 5 ГАП на базе
мини-ЭВМ типа СМ-4. Станки доукомплектованы роботами модели
„Электроника НЦТМ-01” с позиционной системой управления на базе
микроЭВМ „Электроника НЦ-80”, средствами автоматического контроля
420
Рис 9 10 ГАУ обработки деталей типа „тела вращения”
процесса обработки на базе индикатора контакта модели БВ 4271,
транспортером для удаления стружки и приводом перемещения защитно-
го кожуха.
На основе групповой технологии детали распределены на 10 групп:
1) корпуса; 2) фланцы и кольца; 3) накладки, крышки, заглушки;
4) горловины; 5) валы, поршни, клапаны; 6) втулки, ввертыши;
7) гайки, пробки, штуцеры; 8) шестерни и червяки; 9) цилиндры, ста-
каны, обоймы; 10) прочие. Диаметр обрабатываемых на ГАУ деталей
8—150 мм, длина 20—150 мм, масса до 3,5 кг, годовая партионность
20-2000 шт.
Детали в каждой группе объединены по следующим признакам:
— разброс диаметров деталей не превышает 5—7 мм, что вызвано
особенностями наладки патрона станка и захвата робота;
— относительная близость физико-механических свойств обрабаты-
ваемого материала (углеродистые стали, нержавеющие стали, алюминие-
вые или цветные сплавы);
— постоянство инструментальной наладки;
- постоянство установочной базы (по наружному или внутреннему
диаметру заготовки);
— профиль заготовки (круглый, шестигранный и т. п.)
Кроме того, определены дополнительные требования к заготовкам,
обрабатываемым на станках с ЧПУ, которые обусловлены особенностя-
ми конструкции захватов роботов и кулачков патронов:
— заготовки должны быть штучными;
- заусенцы на обоих торцах заготовок должны быть сняты, кромки
притуплены;
421
— неперпендикулярность торцов заготовки к образующей не более
0,5 мм для заготовок диаметром до 100 мм и не более 1,0 мм для
заготовок диаметром свыше 100 мм;
- припуск по наружному диаметру заготовки не должен превышать
6 мм.
Заготовки предварительно обрабатывают вне участка ГАП, уклады-
вают в поддоны и передают в складской комплекс, состоящий из склад-
ского робота, двух стеллажей, поддонов и системы управления.
Транспортирование поддонов с заготовками из склада в РТК и с об-
работанными деталями от РТК в склад выполняется транспортным робо-
том. Робот построен по модульному принципу и включает подвижную на-
польную безрельсовую платформу, промышленный робот ПРЭМ-5, энер-
гетический модуль из четырех аккумуляторов 6СТ-132 и преобразовате-
лей напряжения, системы управления, обмена информацией, ориентации,
автоматического контроля и диагностики. Движение по трассе корректи-
руется от электронно-оптического датчика, работающего в инфракрас-
ном диапазоне и контролирующего светоотражающую полосу на полу
шириной около 15 мм.
Качество изготовления деталей в ГАП контролируется системой
активного контроля обрабатываемой детали и режущего инструмента
на станке с помощью индикаторов контакта типа БВ 4271. Принцип ра-
боты системы основан на получении электрического сигнала в датчике
в момент контакта измерительного наконечника с контролируемой по-
вехностью и преобразовании этого сигнала через электронный блок сис-
темы в логический сигнал для устройства ЧПУ станка. Датчики контакта
позволяют оценить погрешность размерной обработки и ввести по ре-
зультатам измерения необходимые корректировки в управляющую про-
граммуИэбработки детали.
Система планирования ГАП имеет многоуровневую структуру и по-
строена по иерархическому принципу. Планирование выполняется на сле-
дующих уровнях: непрерывного месячного планирования, оперативного
задания, выбора партии на обработку.
На уровне непрерывного месячного планирования решаются задачи:
формирования номенклатуры рабочей программы, пооперационного уче-
та хода производства, учета загрузки автоматического склада, учета со-
стояния цехового склада заготовок.
Рабочая программа позволяет решить задачу загрузки оборудования
ГАП исходя из фактического количества заготовок на цеховом складе
и сроков выполнения плановых заданий. В рабочую программу включа-
ют все .работы со сроком выполнения, попадающим в период расчета,
в том числе и часть полностью обеспеченных работ следующего месяца.
Программу рассчитывают ежедневно.
На уровне оперативного задания формируют план загрузки загото-
вок и инструмента в автоматический склад ГАП, при этом учитывают
фактическое состояние незавершенного производства, количество сво-
бодных ячеек склада, партии запуска, находящиеся в складе, загрузку
станков очередными согласно технологическому процессу операциями.
422
ОДё(&т,т¥вйЗё',5адайЙе ГА'П!'йредй'Гайляет собой определенным образом
ранжированный объем работ с учетом присвоенного партиям деталей
признака срочности.
Последний уровень планирования обеспечивает поиск очередей
партии на обработку из оперативного задания ГАП после поступления за
проса от оборудования.
Расширить номенклатуру обрабатываемых деталей позволяет интег-
рированный производственный комплекс в составе САПР/АСТПП/ГАП.
В основу САПР положен принцип опознания детали по ее конфигурации.
Исходной информацией для САПР детали является образ детали, синте-
зированный из элементарных поверхностей типа цилиндра, конуса,
сферы и производных от них фасок, канавок. В соответствии с образом
детали осуществляются поиск аналогичной детали, формирование вынос-
ных видов и сечений, размерной сетки, графического изображения и
компоновки чертежа, а также выполняются распечатка характеристик
детали, контроль на прочность и т. п. Проектирование производится в
интерактивном режиме конструктором и технологом. В отличие от
существующих систем не требуется заранее создавать архив типопредста-
вителей, так как он формируется автоматически в процессе эксплуата-
ции системы.
В системе АСТПП образ детали является ключом для выбора заго-
товки, оценки припуска, определения маршрутной и операционной тех-
нологии, выбора инструментов и режимов резания, формирования траек-
тории движения инструмента и расчета управляющей программы для уст-
ройства ЧПУ станка. В состав маршрутной технологии включены вспомо-
гательные операции транспортирования и хранения деталей.
Взаимодействие систем САПР/АСТПП/УВК ГАП/АСУТП/АТСС/САК
обеспечивается локальной вычислительной сетью.
ГПС для изготовления корпусных деталей. Корпусные детали судо-
вой арматуры характеризуются большим разнообразием и сложностью
геометрических форм поверхностей, требующих различных технологиче-
ких операций (фрезерование, сверление, растачивание, нарезание резьбы
и т. п.) , а следовательно, и большого числа инструментов, необходимых
для их обработки. ГПС для обработки таких деталей создаются на базе
многоцелевых сверлильно-фрезерно-расточных станков типа „обрабаты-
вающий центр”.
Типичный представитель этой группы станков — обрабатывающий
центр ИР500ПМФ4 Ивановского станкостроительного производственно-
го объединения, на базе которого создан ГПМ „Модуль-500”. Станок
предназначен для высокопроизводительной обработки корпусных дета-
лей из различных конструкционных материалов от легких сплавов до
высокопрочных сталей. Наибольшая масса обрабатываемых деталей
700 кг, размеры рабочей поверхности стола 500 х 500 мм. Станок ос-
нащен:
- бесконсольной шпиндельной бабкой с горизонтально расположен-
ным шпинделем, перемещающейся по вертикальным направляющим;
— поворотным индексируемым столом, перемещающимся по про-
дольным и поперечным горизонтальным направляющим;
423
— инструментальным магазином емкостью 30 инструментов, распо-
ложенным на верхнем торце портальной стойки вне рабочей зоны;
— устройством автоматической смены инструмента в шпинделе по
программе;
- устройством автоматического измерения положения заготовки на
столе станка и размеров обработанных поверхностей;
— приводами главного движения и подачи с бесступенчатым регули-
рованием частоты вращения шпинделя и скорости перемещения рабочих
органов;
- устройством уборки стружки из зоны обработки;
— устройством ЧПУ типа CNC.
„Модуль-500” дополнительно оснащен восьмипозиционным накопи-
телем столов-спутников, устройством автоматической смены столов-
спутников на столе станка и устройством автоматической замены ин-
струмента в магазине станка по программе.
ГАУ для обработки корпусных деталей судовой арматуры (рис. 9.11)
включает пять ГПМ „Модуль-500”; автоматическую транспортную сис-
тему на базе рельсового транспортного робота с устройством передачи
столов-спутников на станочные накопители; автоматизированный склад
стеллажного типа для хранения столов-спутников, заготовок, обрабо-
танных деталей и подготовленных заранее комплектов инструмента;
автоматическую систему удаления отходов (стружки) от станков на базе
подвесного монорельсового транспортного робота; управляющий
424
вычислительный комплекс ГАУ; участки подготовки и комплектации
инструмента, установки-снятия заготовок на столах-спутниках.
Работа ГАУ организована следующим образом. Предварительно об-
работанные в литейном цехе заготовки поступают в автоматизированный
склад. По команде УВК на участке подготовки инструмента оператор за-
тачивает и настраивает на заданные размеры комплект инструмента для
обработки данной заготовки. Подготовленный комплект устанавливает-
ся в устройство замены инструмента (УЗИ) и передается в автоматизи-
рованный склад. В соответствии с оперативным плановым заданием по
команде УВК на участок установки заготовок на столы-спутники из авто-
матизированного склада выдаются заготовка и соответствующий стол-
спутник. Оператор базирует и закрепляет заготовку на столе-спутнике
и передает его автоматической транспортной системе, которая передает
стол-спутник с заготовкой на накопитель одного из ГПМ. На этот же на-
копитель поступает УЗИ с комплектом инструмента. Из УЗИ инструмент
по программе устанавливается в гнезда инструментального магазина
станка. Стол-спутник с заготовкой автоматически устанавливается на
стол станка. Заранее подготовленная управляющая программа обработ-
ки хранится в запоминающем устройстве системы ЧПУ станка (одно-
временно в запоминающем устройстве может храниться до 200 управля-
ющих программ). По команде УВК или оператора-наладчика необходи-
мая управляющая программа вызывается из запоминающего устройства
и начинается обработка заготовки. После окончания обработки стол-
спутник передается на станочный накопитель, а оттуда — на транспорт-
ную тележку, которая доставляет его на участок установки-снятия заго-
товок. Оператор снимает деталь со стола-спутника и передает ее и сво-
бодный стол-спутник в автоматизированный склад.
На ГАУ детали, как правило, проходят черновую и получистовую
обработку, затем передаются на участок гидроиспытаний, откуда посту-
пают на слесарный участок для запрессовки бройзовых втулок или на
участок химико-термической обработки, после чего возвращаются на
ГАУ для окончательной обработки.
На базе описываемого ГАУ в настоящее время создается ГАЦ, в со-
став которого войдут ГАУ корпусных деталей и деталей типа „тела вра-
щения”, а также традиционные участки станков с ЧПУ для предваритель-
ной (подготовка технологических баз) и окончательной обработки де-
талей (если требуемая точность обработки не может быть обеспечена
в условиях безлюдной технологии).
ГПС для изготовления судовых трубопроводов. На многих судо-
строительных заводах обрабатывают в год около 30 т труб различных
диаметров и марок материала, 8—12 % трудоемкости постройки судна
приходится на трубообрабатывающее производство. Доля ручного труда
в этом производстве до настоящего времени остается высокой, так как
значительный объем работ выполняют непосредственно на судне. В связи
с этим автоматизация трубообрабатывающего производства, в том числе
создание ГПС, является актуальной проблемой. Технологический про-
цесс изготовления судовых трубопроводов состоит из двух групп
425
операций. К первой относятся операций','вьтстняСмЙге в-цеховых усло-
виях: подача труб-заготовок на линии обработки, отрезание, предвари-
тельная обработка концов труб, приварка концевой арматуры, обработ-
ка сварных швов и т. д. Во вторую группу входят операции по определе-
нию геометрической формы труб (изготовление шаблонов и макетов) и
установка труб на судне.
ГПС трубообрабатывающего производства строятся по модульному
принципу (рис. 9.12).
Прямые трубы-заготовки хранятся на цеховом складе в консольных
стеллажах. Оператор склада согласно сменно-суточному заданию и кар-
там раскроя с помощью крана-штабелера подает контейнер с трубами оп-
ределенных материала и типоразмера на устройство поштучной выдачи
труб. Здесь трубы поштучно подаются из контейнера на измерительный
конвейер, на котором длина трубы измеряется с целью учета Наличия
труб на складе и передачи информации оператору линии мерной резки
для рационального раскроя. После измерения труба направляется на по-
дающий рольганг линии мерной резки.
Модуль резки состоит из приемного рольганга, абразивно-отрезного
станка, маркировочного устройства, сбрасывателей и накопителей. При
абразивной резке абразивный круг внедряется во вращающуюся трубу
на величину, несколько большую ее стенки. Одновременно с резкой с по-
мощью цилиндрической иглофрезы может производиться зачистка кон-
цов труб под сварку на длине 40 мм по обе стороны реза.
Перспективной для использования в ГПС является автоматическая
линия плазменной резки труб диаметром 65—130 мм, состоящая из меха-
низированного стеллажа и станка для плазменной резки.
Из модуля резки трубы подаются на модуль сварки и сборки. К
зтомурке модулю из автоматизированного склада арматуры поступают
фланцы, ниппели и другая концевая арматура. 1
После установки и приварки концевой арматуры трубы передаются
в модули гибки на базе станков СТГ-2САФ и СТС-ЗСА. Эти станки могут
работать в ручном, полуавтоматическом и автоматическом режимах.
Точность трубогибочного оборудования достаточно высока, и поэтому
точность гибки труб в ГПС не контролируют.
Рис. 9 12. Схема ГПС трубообрабатывающего производства
426
- Управление -модулем осуществляется от системы типа CNC—Н—642,
имеющей интерфейс связи с ЭВМ верхнего уровня типа СМ1420.
Согнутые трубы снимают ’со станков, перегружают в контейнеры
и отправляют на последующие операции (испытание, изолирование, грун-
тование и т. д.).
ГПС изготовления гребных винтов. При создании ГПС изготовления
судовых винтов особое внимание следует уделять интеграции САПР
и АСТПП с робототехнологическими комплексами для обработки и
контроля винтов. Робототехнологические комплексы обработки греб-
ных винтов целесообразно создавать на базе специального станка типа
КУ-351 МФЗ (ЧПУ-УСУ99).
Диаметр обрабатываемого винта, мм .................. 1000-2500
Диаметр планшайбы,мм.................................. 2000
Наибольшая масса винта, кг............................ 4000
Число управляемых координат шпинделя..................... 6
На этом станке обрабатывают поверхности и контуры лопастей, гал-
/гельные переходы и ступицы гребного винта.
Высокая трудоемкость контроля точности обработки (несколько
сотен измерений с помощью реймуса, шаблонов и щупов при контроле
каждой лопасти) обусловливает необходимость включения в состав ГПС
системы автоматического контроля. Американская компания (RVSI)
разработала автоматизированную систему управления процессом обра-
ботки с помощью оптического измерительного датчика. До начала обра-
ботки эта система, сравнивая данные из САПР с результатами измерений,
оптимизирует размещение и ориентацию заготовок гребного винта с уче-
том припусков на обработку. Затем специальное устройство, смонтиро-
ванное на промышленном роботе, высверливает на заготовке отверстия
таким образом, что дно отверстия определяет поверхность лопасти в дан-
ной точке. ЭВМ, входящая в состав системы, по глубине отверстий рас-
считывает объем материала, который должен быть удален при последую-
щей механической обработке. При окончательной абразивной обработке
винта датчик технического зрения контролирует размеры и наличие лу-
нок (следов отверстий) на поверхности лопасти. Обработка заканчивает-
ся после удаления всех лунок, что свидетельствует о соответствии гео-
метрической формы и размеров лопасти чертежу. Данная система позво-
ляет отказаться от множества шаблонов, необходимых для измерения
лопастей вручную.
В настоящее время разрабатываются робототехнологические комп-
лексы изготовления гребных винтов малотоннажных судов диаметром
400-800 мм. Гибкий автоматизированный участок из трех таких комп-
лексов позволит увеличить производительность в 6—8 раз, высвободить
10 человек, сократить производственные площади на 60 % за счет умень-
шения количества станков с 10 до 3. Среднее время обработки одного
винта составит 222 мин.
427
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ':
Автоматические линии в машиностроении- Справ. В 3 т./Ред. совет: А. И. Да-
шенко (предс ) и др. М. Машиностроение, 1985. Т. 3 Комплексные автоматиче-
ские линии и участки/Под ред. А И Дашенко, Г. А. Навроцкого. 480 с.
Блинов И С Справочник технолога механического цеха судоремонтного за-
вода/М. Транспорт, 1979. 704 с.
ГАП в судовом машиностроении//Технология судостроения. 1984. №6.
С. 65-89.
Гибкое автоматическое производство/В. О. Азбель, В. А. Егоров. А. Ю. Зво-
ницкий и др. Под общ. ред. С. А. Майорова, Г. В. Орловского, С Н. Халкиопова.
Л. Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1985. 454 с.
Горелик Б А. Судовые трубопроводные работы. Л. Судостроение, 1984.
136 с.
Денисенко Н. И., Харченко В. Г. Безопасность и надежность судовых котлов
М. Транспорт, 1978. 192 с.
Дорошенко П. А Технология производства судовых парогенераторов и теп-
лообменных аппаратов. Л Судостроение, 1972. 360 с.
Елизаветин М. А., Сатель Э. А. Технологические способы повышения долговеч-
ности машин. М. Машиностроение, 1969. 400 с.
Зарайский Л. А. Групповая обработка деталей судового валопровода. Л. Су-
достроение, 1968. 183 с.
Зеленин В. А., Андреев В. А. Сварные соединения труб с трубными решетками
в судовых теплообменных аппаратах. Л. Судостроение, 1976. 84 с.
Зуев В. С., Баланденко В И., Артемьев А. М Изготовление труб по эскизам
и чертежам с координатами трасс трубопроводов. Л. - ЦНИИ „Румб”, 1982. 137 с.
Изготовление и монтаж судовых трубопроводов и систем/Э. В. Ганов,
А. Д. Ковтун и др. Л. Судостроение, 1975. 160 с.
Кабанов Е. В., Образцов Б. М, Протопопов В. Б Изготовление и монтаж
судовых паропроводов. Л.. Судостроение, 1977. 197 с.
Кауфман И. М., Клестов М. И., Богораз И. И. Совершенствование технологии
механической обработки гребных винтов. Л. ЦНИИ „Румб”, 1978 111 с.
Коррозия и защита судовых трубопроводов /К. Н. Яндушкин, К. В. Дризен и др.
Л,- Судостроение, 1978. 192 с.
Курзон А. Г Конструкция паровых турбин. Л,- Судпромгиз, 1950. 420, с.
Лысенков П М., Рубин М. Б , Простовалов Г. И. Технологичность судовых
валопроводов. Л. ЦНИИ „Румб”, 1982. 88 с.
Мазуровский Б. Я. Электрогидроимпульсная запрессовка труб в трубных
решетках теплообменных аппаратов. Киев Наукова думка, 1980 169 с
Манько П. А., Солоимский Б. Е. Производство судовых реакторов и пароге-
нераторов. Л. Судостроение, 1969. 219 с.
Многоцелевые системы ЧПУ гибкой механообработкой/В. Н. Алексеев и др.
Под общ. ред. проф. В. Г. Колосова. Л.. Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1984.
224 с.
Моисеев А. А Судовые паровые трубины. М. Морской флот, 1958. 464 с.
Молдаванов В. П., Пикман А. Р., Авербах В. X. Производство поршневых
колец двигателей внутреннего сгорания. М. Машиностроение, 1980. 196 с.
428
Невелъсон М. С. Автоматическое управление точностью обработки на металло-
режущих станках. Л.. Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1982. 184 с.
Николаев В. А. Конструирование и расчет судовых валопроводов. Л.: Суд-
промгиз, 1956. 358с.
Орехов А. В., Тевелев Л. Г., Клестов М. И. Технология и инструмент для креп-
ления труб в теплообменных аппаратах. М.. 1979. 107 с.
Рохлин А. Г. Конические прессовые посадки гребных винтов и муфт. Л.: Суд-
промгиз, 1960. 92 с.
Он же. Технология производства судовых дизелей. Л.‘ Судостроение, 1968.
343 с.
Рохлин А. Г., Балдаев В. А Изготовление зубчатых передач в дизелестроении.
Л. ЛКИ, 1970. 53 с.
Специальная технология судового машиностроения/С. Н. Соловьев, М. М. Си-
сюкин, Д. Д. Шевченко, В. Н. Шапошников. Л.: Судостроение, 1985. 360 с.
Справочник проектировщика автоматизированных систем управления техно-
логическими процессами/Под ред. Г. Л. Смилянского. М.' Машиностроение, 1983.
527 с.
Сумеркин Ю. В. Совершенствование судовых дизелей при ремонте. М. Транс-
порт, 1985.
Технология судового турбостроения/А. И. Попов,В. Д Речистер, И Б. Юдовин,
В. Г. Ващилин. Л. Судостроение, 1966. 372 с.
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
Алитирование 29
Базовая муфта 278
Балансировка:
гребных винтов 339
коленчатых валов 162
роторов турбин 237
Борирование 30
Гарантийный срок 12
Гибкое автоматизированное производство 396, 402
Гребной винт
заготовки 318
конструкция 313
материал 315
обработка лопастей и наружной поверхности ступицы 337
отрезка прибыли 333
разметка 330
растачивание 334
Групповой технологический процесс 408, 410
Дейдвудный подшипник 294, 297
Дизель
бпок цилиндров 110
вкпадыш подшипника 164
втулки цилиндров 112
кпапан 183
коленчатый вап 147
кулачные шайбы 174
остов 98
поршень 121
поршневые кольца 130
стенд для сборки 201
топливная аппаратура 188
узловая сборка 203
укладка коленчатого вала 205
фундаментная рама 101
шатун 141, 143
Днище коллектора 52
Дорнование 33
Дробеструйная обработка 31
Змеевик 61
Зубчатое копесо
зубохонингование 369
зубошлифование 367
контроль 370
нарезание зубьев 362
притирка зубьев 370
430
Иглофрезерование 44 л £ л Хромирование 35
Кодирование объектов производства 409 Центробежно-шариковый наклеп 32
Обечайка 47 Чеканка 33
Обкатывание 32
Отверстие в трубной решетке 55
Покрытия
металлические 34
неметаллические 35
Принудительная замена инструмента 416
Проектирование технологических процессов с помощью ЭВМ 411
Раскатывание 33
Расконсервация металла 41
Резервирование технологическое 79
Решетка трубная 55
Сертификат 14
Силицирование 30
Системы адаптивного управления 419
'Судовой вал
гребной 265
дейдвудный 265
промежуточный 265
проставочный 266
упорный 265
обработка 269
правка 276
насадка облицовок 283
защитное покрытие из стеклопластика 284
обработка болтовых отверстий во фланцах 286
сборка прессового соединения 288
градуирование 291
соединение цилиндрической муфтой 270
Сульфидирование 30
Термомеханическая обработка 33
Турбина
вкладыши подшипников 251
диафрагма 241
корпус 241
попатка 221
производство 218
ротор 230
сборка 248
стендовые испытания 260
Трубообрабатывающее производство
гибка труб 3 84
дорн 385
изоляция труб 393
макетирование 382
программа гибки 383
соединения труб 375
сильфонный компенсатор 378
станок трубогибочный 384
чертеж сборочно-монтажный 380
Турбозубчатый агрегат 218
Упрочнение гребных валов 280
Фреттинг 268
Фреттинг-коррозия 268
431
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие..........................................................3
Введение..................................................... 4
Глава 1. Конструкционные материалы, применяемые в судовом машино-
строении....................................................8
1.1. Виды применяемых материалов............................... 8,
1.2. Правила применения конструкционных материалов............. 11
1.3. Материально-техническое снабжение......................... 13
1 4. Пути экономии материалов...................................15
1.5 Технологические свойства металлов.......................... 16
1 6. Пробные образцы и технологические испытания............... 20
Глава 2. Методы повышения поверхностной прочности деталей судовых
машин....................................................25
2.1. Закалка с нагревом токами высокой частоты............. 25
2.2. Цементация с последующей закалкой..................... 26
2.3. Азотирование.......................................... 28
2.4. Цианирование........................................ 29
2.5. Диффузионная металлизация............................. 29
2.6. Поверхностное пластическое деформирование............. 31
2 7. Термомеханическая обработка.......................... 33
2.8. Применение покрытий................................... 34
Глава'з. Технология производства судовых парогенераторов и теплообмен-
ных аппаратов..................................................
Характеристика производства.................................
3.11. Классификация судовых парогенераторов и теплообмен-
ных аппаратов ...........................................
3.1.2. Технологическая характеристика н особенности произ-
водства ...................................................
37
37
37
37
3.1.3. Основные требования Регистра СССР............... 39
3.1.4. Техника безопасности............................ 40
3.2. Заготовительные операции.................................. 41
3.2.1. Очистка и расконсервация металла. Правка........ 41
3.2.2. Плаз, разметка, наметка......................... 42
3.2.3. Резка и вырезка................................. 43
3.2.4. Обработка кромок ................................43
3.2.5. Образование отверстий........................... 45
5.3. Изготовление основных узлов............................... 47
3.3 1. Изготовление обечаек.......................... 47
3.3.2. Изготовление дннш и крышек ..................... 52
3.3.3. Изготовление торовых камер...................... 55
3 3.4. Изготовление трубных решеток.................... 55
3.4. Изготовление трубных элементов............................ 57
3.4.1. Подготовка труб к гибке.......................... 58
3.4.2. Особенности холодной гибки труб теплообменных
аппаратов.................................................. 59
432
3.4.3. Изготовление плоских н цилиндрических змеевиков 61
3.4.4. Изготовление газоплотных панелей..................64
3.5. Крепление труб в трубных решетках............'.............65
3.5.1. Деформационные способы крепления. . .............67
3.5.2. Сварные, паяные и клеевые способы крепления.....75
3.5.3. Технологическое резервирование соединений труб с
трубной решеткой.........................................79
3.5.4. Автоматизация процесса закрепления труб в коллекто-
рах парогенераторов и трубных решетках судовых теплооб-
менников ................................................82
3.6. Общая сборка парогенераторов и теплообменных аппаратов....84
3.6.1. Сборка парогенераторов, работающих на органическом
топливе..................................................85
3.6.2. Сборка парогенераторов ЯЭУ........................89
3.6.3. Сборка конденсаторов и теплообменных аппаратов .... 92
Глава 4. Технология производства судовых дизелей......................94
4.1. Характеристика производства..............................94
4.2. Изготовление деталей остова дизеля.......................98
4.2.1. Матерйалы и заготовки..........................98
4.2.2. Требования к обработке и выбор оборудования....ЮО
4.2.3. Обработка фундаментной рамы.....................101
4.2.4. Обработка картера высокооборотного дизеля.......107
4.2.5. Обработка блоков цилиндров.....................ПО
4.3. Изготовление втулок цилиндров..........................112
д', 4.3.1. Материалы н заготовки..........................112
4.3.2. Требования к обработке....................... 113
'ч 4.3.3. Обработка втулок цилиндров больших размеров....115
4.3.4. Обработка гильз высокооборотного дизеля.......120
4.4. Изготовление поршней........ ’........................121
4.4.1. Материалы и заготовку.........................121
4.4.2. Требования к обработке . .....................122
4.4.3. Обработка тронкового поршня больших размеров 127
4.4.4. Обработка поршня высокооборотного двигателя...129
rf 4.5. Изготовление поршневых колец............................. 130
, 4.5.1. Материалы и заготовки..........................130
4.5.2. Требования к обработке........................132
4.5.3. Изготовление колец методом термофиксации..... 135
4.5.4. Изготовление колец копирнымМетодом............137
4.6. Изготовление шатунов................................... 141
4.6.1. Материалы и заготовки........................ 141
' 4.6.2. Требования к обработке........................ 142
1 , 4.6.3. Изготовление шатуна среднеооборотного дизеля из
цельноштампованной заготовки........................ 143
4.7. Изготовление коленчатых валов..............................147
4.7.1. Материалы и заготовки........................... 147
4.7.2. Требования к обработке.......................... 150
4.7.3. Обработка цельного коленчатого вала............. 152
4.7.4. Обработка коленчатого вала на фрезерном станке.154
4.7.5. Обработка составного коленчатого вала малооборотного
дизеля.................................................156
4.7.6. Обработка коленчатого вала высокооборотного дизеля 160
4.7.7. Балансировка коленчатых валов................ 162
4.8. Изготовление вкладышей подшипников..................... 164
4.8.1. Материалы н заготовки......................... 164
4.8.2. Требования к обработке........................ 165
4.8.3. Обработка толстостенных вкладышей............. 166
4.8.4. Обработка тонкостенных вкладышей.............. 167
433
4.9. Изготовление отдельных деталей механизма газораспределения 174
4.9.1. Обработка кулачных шайб......................... 174
4.9.2. Обработка распределительных валов............... 178
4.9.3. Изготовление клапанов.......................... 183
4.10. Изготовление деталей топливной аппаратуры................. 188
4.10.1 . Материалы прецизионных деталей................ 188
4.10.2. Требования к обработке и особенности сборки преци-
зионных деталей......................................... 189
4.10.3. Обработка иглы и направляющей.................. 193
4.11. Сборка судовых дизелей.................................... 201
4.11.1. Характеристика сборочных работ................. 201
4.11.2. Сборка среднеоборотных дизелей................. 203
4.11.3. Сборка высокооборотных дизелей................. 209
4.11.4. Сборка малооборотных дизелей................... 210
4.11.5. Заводские испытания судовых дизелей............ 217
Глава 5. Технология производства судовых паровых турбин............. 218
5.1. Характеристика производства............................... 218
5.2. Изготовление лопаток турбин............................... 221
5.2.1. Лопаточный аппарат и условия его работы......... 221
5.2.2. Материалы и заготовки;.......................... 222
5.2.3. Требования к обработке и методы контроля........ 223
5.2.4. Обработка турбинных лопаток..................... 225
5.3. Изготовление ротора....................................... 230
5.3.1. Условия работы ротора........................... 230
5.3.2. Материалы и заготовки........................... 232
5.3.3. Обработка деталей ротора......................... 233
5.3.4. Сборка роторов турбин........................... 235
5.3.5. Статическая и динамическая балансировка.......... 237
5.4. Изготовле ние корпуса и диафрагм турбин................... 241
5.4.1. Конструкция и условия работы.................... 241
5.4.2. Материалы и заготовки корпуса................... 243
5.4.3. Требования к обработке корпусов турбин........... 243
г 5.4.4. Обработка корпуса турбины........................... 244
5.4.5. Обработка и сборка диафрагм..................... 245
5.5. Общая сборка турбины...................................... 248
5.5.1. Центровка корпуса турбины........................ 248
5.5.2. Прицентровка опорных вкладышей.................. 251
5.5.3. Центровка диафрагм в корпусе турбины............ 254
5.5.4. Укладка ротора в корпус турбины и выверка по осевым
и радиальным зазорам.................................... 255
5.5.5. Сборка и пригонка концевых обойм уплотнений и масло-
отбойных колец.......................................... 257
5.5.6. Закрытие турбины для стендовых испытаний.......... 25 8
5.6. Стендовые испытания турбозубчатого агрегата............... 260
Глава 6. Технология производства деталей судового валопровода........ 265
6.1. Назначение, состав и условия работы валопровода............ 265
6.2Г Изготовление валов......................................... 269
6.2.1. Конструкция валов и соединений................... 269
6.2.2. Материалы и заготовки............................ 272
6.2.3. Требования к обработке........................... 273
6.2.4. Обработка и сборка судовых валов................. 276
6.3. Изготовление дейдвудных труб и облицовок................... 294
6.4. Изготовление и монтаж подшипников дейдвудных устройств 297
6.4.1. Конструкция дейдвудных подшипников............... 297
6.4.2. Требования к обработке........................... 300
434
6.4.3. Материалы и заготовки............................ 301
6.4.4. Изготовление подшипников......................... 305
6.4.5. Монтаж подшипников............................... 312
6.5. Изготовление гребных винтов............................... 313
6.5.1. Конструкция гребных винтов....................... 313
6.5.2. Материалы для изготовления гребных винтов........ 315
6.5.3. Получение заготовок.............................. 318
6.5.4. Требования к обработке........................... 328
6.5.5. Обработка и балансировка гребных винтов.......... 330
Глава 7. Технология производства зубчатых колес...................... 342
7.1. Назначение, конструкция и условия работы зубчатых колес.... 342
7.2. Материалы, заготовки и термическая обработка.............. 346
7.3. Требования к обработке и сборке........................... 351
7.4. Технологический процесс изготовления зубчатых колес....... 354
7.4.1. Основные этапы технологического процесса......... 354
7.4.2. Технологические базы и установочные приспособления 358
7.4.3. Методы нарезания зубьев.......................... 362
7.4.4. Методы отделки зубьев............................ 367
7.4.5. Контроль зубчатых колес.......................... 370
Глава 8. Технология производства трубопроводов судовых энергетических
систем............................................................. 374
8.1. Конструкторско-технологическая характеристика трубопроводов 374
8.2. Изготовление сильфонных компенсаторов..................... 378
8.3. Трассировка трубопроводов на судне........................ 380
8.4. Гибка труб................................................ 384
8.5. Сборка труб............................................... 387
8.6. Контроль качества изготовления труб....................... 389
8.7. Монтаж трубопроводов на судне............................. 390
8.8. Повышение долговечности трубопроводов..................... 393
Глава 9. Гибкие производственные системы в судовом машиностроении 396
9.1. Автоматизация и гибкость производств различных типов..... 396
9.2. Термины и определения ГПС................................ 400
9.3, Особенности технологической подготовки производства в ГПС 408
9.4. Технологические методы обеспечения качества обработки деталей
в ГПС.......................................................... 413
9.5. Опыт создания и эксплуатации ГПС в судовом машиностроении 420
Список литературы................................................... 428
Предметный указатель................................................ 430