СПОСОБ ОБРАБОТКИ НА ТОКАРНОМ СТАНКЕ ЗАГОТОВКИ ПОРШНЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2002 года по МПК B23B1/00 B23B5/24 

Область техники
Изобретение относится к способам механической обработки на токарных станках изделнй высокой точности и сложной геометрии наружного профиля, в том числе несимметричной, с переменной степенью овальности и криволинейности, в частности, обработки заготовок поршней двигателей внутреннего сгорания (ДВС).

Уровень техники
Известен способ обработки заготовок поршней ДВС, использующий систему автоматических линий и описанный в [1] на С. 190-193. Его недостатками являются большие затраты оборудования, площадей и времени для обработки заготовок с большим количеством их переустановок с применением разных схем базирования на разных станках, с большим количеством промежуточных операций контроля качества и точности обработки.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ чистовой обработки поршней и аналогичных деталей по патенту США N 4867020 L [2], включающий установку заготовки поршня на станке, получистовую и чистовую обработки указанной заготовки при протачивании в ней канавок с фасками под поршневые кольца, обтачивании поверхности юбки, растачивании отверстия под поршневой палец.

Ограничениями данного способа являются недостаточно эффективная для получения высокой окончательной точности сложной геометрии поршня технологическая последовательность операций механической обработки заготовки и отсутствие некоторых важных для этого операций.

Неэффективность способа обусловлена негативным влиянием на точность обработки возникающих значительных локальных термических и силовых деформаций заготовки. Существенные локальные термические деформации возникают после идущей вначале операции расточки отверстия под поршневой палец и в отсутствии операции термической нормализации заготовки для снятия этих деформаций, ухудшают точность следующей сразу после этого операции обработки сложной наружной поверхности заготовки, например юбки поршня. Существенные силовые деформации возникают во всей заготовке при ее базировании с поджимом торца днища центром задней бабки станка и действуют до конца процесса обработки.

Сущность изобретения
Техническая задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, заключается в существенном упрощении достижения высокой точности сложной геометрии поршня ДВС и аналогичных деталей за счет значительного уменьшения влияния термических и силовых деформаций заготовки при ее обработке на токарном станке общего назначения.

Технический результат обеспечивается тем, что, как и в известном способе обработки, на токарном станке заготовки поршня двигателя внутреннего сгорания осуществляют установку на станке и базирование заготовки поршня базовыми элементами, ее чистовую и получистовую обработки при протачивании канавок с фасками под поршневые кольца, обтачивании поверхности юбки и растачивании отверстия под поршневой палец. Отличие состоит в том, что перед протачиванием канавок с фасками осуществляют протачивание торца днища заготовки, при этом при протачивании торца днища, канавок с фасками и обтачивании поверхности юбки установку заготовки осуществляют соосным консольным креплением на оправке с фланцем во вращаемом шпинделе станка, а при растачивании отверстия под поршневой палец установку заготовки осуществляют на поступательно перемещаемом рабочем столе станка, причем базирование заготовки при ее установке на оправке производят по двум базовым точкам, расположенным на обращенных к поверхности юбки сторонах отверстия под поршневой палец, и ответным точкам упора базовых элементов заготовки с внутренней стороны юбки в перпендикулярную оси шпинделя базовую плоскость фланца оправки, а базирование заготовки при ее установке на рабочем столе производят по базовым точкам базовых элементов заготовки, расположенных с противоположных сторон от рабочего стола, ответным точкам упора торца днища заготовки в поверхность рабочего стола станка и ориентирующим точкам базовых элементов внешней поверхности заготовки, предохраняющим ее от проворота при обработке и расположенным с противоположных сторон отверстия под поршневой палец.

Между установками заготовки осуществляют операцию термической нормализации заготовки на воздухе (в традиционных промышленных технологиях обработки заготовок поршней ДВС, описанных, например, в (1) на с. 192, используют энергоемкую операцию искусственного старения заготовок в печи).

Создание элементов заготовки, готовых для базовых и ориентирующих точек, обеспечивают на этапе отливки заготовки в соответствующий кокиль с соответствующим рельефом стержней и без какой-либо дополнительной обработки этих элементов (другие способы, например, описанные в [1], [2], [3] используют обязательную предварительную черновую обработку заготовок (в том числе некоторых базовых элементов) в литейном цехе).

Краткое описание фигур чертежей.

На фиг. 1, 2 показаны схемы базирования заготовки поршня соответственно при первой и второй установках на станке.

Сведения о возможности осуществления изобретения.

На схемах использованы традиционные условные обозначения активных точек зажимов (со стрелками) и пассивных точек ответных упоров базирования заготовки. Также в качестве пассивной на фиг. 2 показана ориентирующая точка.

Для образования плоскости упора достаточно трех точек, расположенных не на одной прямой, и соответственно трех базовых элементов заготовки, например, в виде внутренних выступов. Для предохранения от проворота достаточно двух ориентирующих точек и соответственно двух элементов, например, в виде двух плоских участков на внешней поверхности заготовки, вытянутых с двух сторон от отверстия под поршневой палец, перпендикулярных оси отверстия и оси всего поршня.

Способ реализуют на одном или двух токарных станках общего назначения с ЧПУ с применением быстросменяемых соответствующих частей оснастки для каждой из установок. Для чистовой обработки заготовок поршней используют алмазные резцы: в первом установе - на резцедержателях рабочего стола станка на его суппорте, во втором - на вращающейся расточной оправке, зажатой в шпинделе станка и поджатой центром задней бабки. Рабочий стол станка выполнен, например, в виде легкосъемной жесткой монолитной плиты.

Усилия пневматических зажимов заготовок поршней выдерживают заданными и минимально допустимыми для постоянства минимальных локальных силовых деформаций заготовок, что дает возможность учета влияния этих деформаций на окончательную точность геометрии поршней с помощью системы дополнительных смещений обработки, вводимых в программы ЧПУ.

Для существенного уменьшения времени обработки без ухудшения окончательной точности размеров используют в первой установке совмещение операций одновременной (за один проход) обработки заготовки несколькими резцами и быстросменяемое при необходимости копировальное устройство для точной обработки сложной геометрии юбки поршня.

После первой установки и обработки заготовка снимают со станка и проводят операцию ее термической нормализации на воздухе в нормальных условиях до 24 часов. В массовом или серийном производстве этот перерыв в непосредственной обработке заготовки на станке практически не сказывается на загрузке станка и производительности труда.

Промышленная применимость
Предлагаемый способ разработан и применяется в течение ряда лет в производстве поршней ДВС для автомобилей разных марок на предприятии "Самара Трейдинг Компани".

Способ может быть эффективно применен в любых производствах; массовом, серийном и опытном.

Количество брака по предлагаемому способу в серийном производстве "Самары Трейдинг Компани" не превышает 1%.

Технология легко адаптируется для высококачественной обработки других сложнопрофильных изделий.

Источники информации
1. Бран Л.С., Власов С.Н. и др. Конструкции, наладка и эксплуатация агрегатных станков и автоматических линий. М.: Высшая школа, 1985, С. 190-193.

2. Патент США N 4867020, B 23 P 23/02, опубл. 19.09.1989.

3. Патент США N 4739684, B 23 P 23/02, опубл. 26.04.1988.

Изобретение относится к способам механической обработки на токарных станках изделий высокой точности и сложной геометрии наружного профиля и используется, в частности, для обработки заготовок поршней двигателя внутреннего сгорания. Способ обработки на токарном станке заготовки поршня двигателя внутреннего сгорания включает установку на станке и базирование заготовки поршня базовыми элементами, ее чистовую и получистовую обработки при протачивании канавок с фасками под поршневые кольца, обтачивании поверхности юбки и растачивании отверстия под поршневой палец. Перед протачиванием канавок с фасками осуществляют протачивание торца днища заготовки. При протачивании торца днища, канавок с фасками и обтачивании поверхности юбки установку заготовки осуществляют соосным консольным креплением на оправке с фланцем во вращаемом шпинделе станка, а при растачивании отверстия под поршневой палец - на поступательно перемещаемом рабочем столе станка. Базирование заготовки при ее установке на оправке производят по двум базовым точкам, расположенным на обращенных к поверхности юбки сторонах отверстия под поршневой палец, и ответным точкам упора базовых элементов заготовки с внутренней стороны юбки в перпендикулярную оси шпинделя базовую плоскость фланца оправки, а базирование заготовки при ее установке на рабочем столе производят по базовым точкам базовых элементов заготовки, расположенных с противоположных сторон от рабочего стола, ответным точкам упора торца днища заготовки в поверхность рабочего стола станка и ориентирующим точкам базовых элементов внешней поверхности заготовки, предохраняющим ее от проворота при обработке и расположенным с противоположных сторон отверстия под поршневой палец. Изобретение обеспечивает высокое качество обработки заготовок поршней. 2 ил.

Способ обработки на токарном станке заготовки поршня двигателя внутреннего сгорания, включающий установку на станке и базирование заготовки поршня базовыми элементами, ее чистовую и получистовую обработки при протачивании канавок с фасками под поршневые кольца, обтачивании поверхности юбки и растачивании отверстия под поршневой палец, отличающийся тем, что перед протачиванием канавок с фасками осуществляют протачивание торца днища заготовки, при этом при протачивании торца днища, канавок с фасками и обтачивании поверхности юбки установку заготовки осуществляют соосным консольным креплением на оправке с фланцем во вращаемом шпинделе станка, а при растачивании отверстия под поршневой палец установку заготовки осуществляют на поступательно перемещаемом рабочем столе станка, причем базирование заготовки при ее установке на оправке производят по двум базовым точкам, расположенным на обращенных к поверхности юбки сторонах отверстия под поршневой палец, и ответным точкам упора базовых элементов заготовки с внутренней стороны юбки в перпендикулярную оси шпинделя базовую плоскость фланца оправки, а базирование заготовки при ее установке на рабочем столе производят по базовым точкам базовых элементов заготовки, расположенных с противоположных сторон от рабочего стола, ответным точкам упора торца днища заготовки в поверхность рабочего стола станка и ориентирующим точкам базовых элементов внешней поверхности заготовки, предохраняющим ее от проворота при обработке и расположенным с противоположных сторон отверстия под поршневой палец.