Заготовка подвергается термообработке (нормализации), это регламентирует твёрдость, снимает внутренние напряжения, что обеспечивает более производительную и качественную механическую обработку. При изготовлении горячештамповочных заготовок распределительных валов требуется обеспечить особенно высокое уплотнение металла в местах наибольших напряжений за счёт качественной проковки.
Не следует допускать перерезания волокон в местах сопряжения шеек вала со щёками. Современные технологические процессы изготовления горячештамповочных заготовок распределительных валов обеспечивают кривизну вала 1,0 - 1,3 мм, овальность шеек 1,5 - 2,0 мм, продольный и поперечный перекосы 1,0 - 2,0 мм, неперпендикулярность торца фланца 0,5 - 0,8 мм, припуски по диаметру шеек 5,0 - 6,5 мм, припуски по торцам щёк 3,0 - 4,0 мм.
В условиях крупносерийного и массового производства заготовки стальных распределительных валов штампуются на ковочных прессах, это обеспечивает более высокую производительность (до 2 раз) по сравнению со штамповкой на молотах. Кроме того, штамповка на прессах повышает точность заготовки за счёт уменьшения штамповочных уклонов и позволяет снизить припуски на механическую обработку (на 30 - 40%) за счёт лучшего обжатия металла в штампах и повышения точности формы заготовки. Горячештамповочные заготовки распределительных валов изготовляются по 8 - 9 - му
классам точности.
Методы обработки:
1) Литье под давлением
Заполненный расплавленный металл металлической формы под давлением сжатого воздуха или поршня, когда жидкий металл запрессовывается в форму и после затвердывания воспроизводит ее полную точную конфигурацию, обеспечивая при этом высокую плотность отливки.
Формы изготавливают из стали со вставными стальными стержнями. Струя металла подается в полость пресс-формы с большей скоростью, что обеспечивает большую точность, высокое качество поверхности, герметичность и высокие механические свойства отливки.
Рисунок №4.Литье под давлением.
1 - камера сжатия; 2 - поршень; 3 - пресс-форма; 4 - стержень; 5 - выталкиватель; 6 - металл.
Преимущества метода:
- Высокая точность размеров отливки и шероховатость поверхности, с отсутствием механической обработки;
- Высокая производительность процесса, эта форма превосходит не только все формы литья, но и холодную штамповку, если она выполняется больше чем в одну операцию.
Недостатки метода:
- Высокая стоимость пресс-форм, трудность получения отливок со сложными плоскостями;
- Наличие газовоздушной пористости в отливках.
2) Литье в металлические формы (Кокили).
Кокили изготавливают из стали, чугуна, алюминия и меди. В зависимости от конфигурации кокили бывают следующих видов : вытряхными или разъемными в одной плоскости, либо разборными с несколькими разъемами. Широко применяются многоместные кокили для изготовления нескольких малых отливок в одной форме.
Рисунок №5.Кокиль для стальной отливки.
1,2 - две половины кокиля(две полуформы); 4 - стержень;
3 - литниковая система.
Технологический процесс литья в кокиль заключается в следующих процессах:
- Нанесение облицовки на рабочую часть кокиля;
- Нагрев кокиля до 200-300°С;
- Установка стержней в кокиль;
- Сборка кокиля;
- Заливка металла(в воронку сверху, либо через сетку для удержания шлака);
- Разборка кокиля и удаление отливки;
- Обрубка, очистка отливки;
- Контроль отливки.
Достоинства метода:
- Повышенная точность размеров и качество поверхности отливок;
- Улучшаются технико-экономические показатели производства;
Недостатки метода:
- Высокая стоимость стали, недостаточная их стойкость при литье;
- Повышенная теплопроводность механической формы;
- При изготовлении отливок сложной формы образуются трещины вследствие неподатливости металлической формы при усадке металла.
3)Горячая штамповка
Горячая штамповка – это способ обработки металлов давлением, при котором изделию придается необходимая форма при помощи специального инструмента – штампа. Образуемая в результате объемной штамповки деталь называемая поковкой.
При объемной штамповке металл деформируется одновременно по всему объему, а течение его происходит в полости штампа, очертания и размеры которой соответствуют будущей детали.
По сравнению с ковкой штамповка деталей имеет ряд преимуществ.
- Штамповка имеет более высокую производительность;
- Штамповка деталей обеспечивает меньший расход материала;
- За счет более высокой производительности штамповка деталей в точности позволяет значительно сократить объем последующей обработки резанием.
Недостатки:
- Для объемной штамповки паковок требуется гораздо большее усилие деформирования;
- Штамп дорогостоящий инструмент и пригоден только для изготовления одной, конкретной паковки.
Поэтому горячая объемная штамповка экономически целесообразна применению в крупносерийном и массовом производстве при изготовлении паковок от нескольких грамм до 20 килограмм.
Штампы - это массивные стальные формы, состоящие из двух частей в которых имеются полости. Эти полости называются ручьями. Верхняя часть штампа закрепляется на подвижной части кузнечной машины, нижняя - на неподвижной. При смыкании обеих частей штампов образуется ручей, формы и размеры которого соответствуют изготавливаемому изделию. В зависимости от степени сложности изделия используют штампы одноручьевые или многоручьевые. Штамповка паковок сложной конфигурации производится в многоручьевых штампах, ручьи которого подразделяются на заготовительные и штамповочные (чистовые и черновые).
В заготовительных ручьях происходит предварительное, а в штамповочных - окончательная форма изменения заготовки. Различают штамповку в открытых и закрытых штампах.
При штамповке деталей в открытых штампах в плоскости их разъема часть металла вытекает в облойную щель - получается заусенец (облой), что служит гарантией полного заполнения полости металлом.
Штамповка деталей в закрытых штампах характеризуется тем, что полость штампа в процессе деформирования остается закрытой. Зазор между подвижной и неподвижной частями штампа при этом постоянный и небольшой. Образование заусенца в нем не предусмотрено.
После штамповки изделий производят ряд завершающих операций: обрезку облоя, прошивку отверстий, правку, термическую обработку (отжиг или нормализацию), очитку от окалины, контроль качества паковок.
4)Закалка токами высокой частоты.
Основана на том, что если в переменное магнитное поле, создаваемое проводником - индуктором, поместить металлическую деталь, то в ней будут индуцироваться вихревые токи, вызывающие нагрев металла. Чем больше частота тока, тем тоньше получается закаленный слой.
Обычно используются машинные генераторы с частотой 50…15000 Гц и ламповые генераторы с частотой больше 106 Гц. Глубина закаленного слоя - до 2 мм.
Индукторы изготавливаются из медных трубок, внутри которых циркулирует вода, благодаря чему они не нагреваются. Форма индуктора соответствует внешней форме изделия, при этом необходимо постоянство зазора между индуктором и поверхностью изделия.
Схема технологического процесса закалки ТВЧ представлена на рисунке.
Рисунок №6 .Процесс закалки ТВЧ.
1 - деталь; 2 - индуктор; 3 - спрейер.
После нагрева в течение 3…5 с индуктора деталь быстро перемещается в специальное охлаждающее устройство - спрейер, через отверстия которого на нагретую поверхность разбрызгивается закалочная жидкость.
Высокая скорость нагрева смещает фазовые превращения в область более высоких температур. Температура закалки при нагреве токами высокой частоты должна быть выше, чем при обычном нагреве.
При правильных режимах нагрева после охлаждения получается структура мелкоигольчатого мартенсита. Твердость повышается на 2…4 HRC по сравнению с обычной закалкой, возрастает износостойкость и предел выносливости.
Перед закалкой ТВЧ изделие подвергают нормализации, а после закалки низкому отпуску при температуре 150…200oС (самоотпуск).
Наиболее целесообразно использовать этот метод для изделий из сталей с содержанием углерода более 0,4 %.
Преимущества метода:
- Большая экономичность, нет необходимости нагревать все изделие;
- Более высокие механические свойства;
- Отсутствие обезуглероживания и окисления поверхности детали;
- Снижение брака по короблению и образованию закалочных трещин;
- Возможность автоматизации процесса;
- Использование закалки ТВЧ позволяет заменить легированные стали на более дешевые углеродистые;
- Позволяет проводить закалку отдельных участков детали.
Основной недостаток метода:
- Высокая стоимость индукционных установок и индукторов.
Целесообразно использовать в серийном и массовом производстве.
Распределительный вал при эксплуатации может иметь следующие дефекты: погнутость, трещины, износ опорных шеек и кулачков по профилю.
Погнутость вала устраняется правкой на прессе. Опорные шейки ремонтируют шлифованием до ремонтных размеров. Кулачки, изношенные по высоте, шлифуют на полировально - шлифовальных станках. При значительном уменьшении диаметра цилиндрической части кулачка, а также при наличии рисок и раковин, не удаляемых мелкозернистым бруском, распределительный вал заменяют.