Предварительная обработка заготовок

Предварительная обработка заготовок заключается в придании заготовке такого вида и состояния, при которых возможна обработка их на металлорежущих станках.

Обработка отливок состоит в удалении литников и прибылей, очистке отливок и термической обработке.

Применяют шлифовально-обдирочные станки, шлифовальные круги с гибким валом, пневматические зубила.

Эффективна очистка струёй воды с крупнозернистым абразивом и кальцинированной содой; заготовки из чугуна, стали и её сплавов подвергают термообработке.

Обработка поковок состоит в удалении облоя и плёнки обрезкой или прошивкой заготовок в штампах на обрезных кривошипных прессах в холодном или горячем состоянии. Производят очистку заготовок в дробеструйных и пескоструйных установках, галтовкой в барабанах, применяют очистку травлением. При необходимости поковки правят и термообрабатывают.

Обработка проката состоит в кровле и разрезании на штучные заготовки. Для проката D = 0, 25…8 мм применяют правильно-отрезные автоматы. Точность 0, 5…0, 7 мм/м. При диаметре проката 8…100 мм применяют правильно-калибровочные станки. Точность: черный прокат – 0, 5…0, 9 мм/м. Точность калибровки по диаметру 0, 03…0, 05 мм/м. Правку штучных заготовок ведут на прессах. Листовой прокат S < 40 мм и длиной до трёх метров проводят на листоправильных вальцах. Точность 1…2 мм/м. В условиях единичного и мелкосерийного производства используют ручную правку (правка струбциной, ручные винтовые пресса).

Резка. Используют несколько методов:

а) на станках токарной группы (до D < 80 мм), точность 0, 3…0, 8 мм. На фрезерно-отрезных станках (до D < 500 мм);

б) приводными ножовками (единичное и мелкосерийное производство) D < 300 мм, Sрезца = 1…3, 5 мм;

в) ленточными пилами. Недостатки – малый срок службы;

г) абразивными кругами. Используют для резки закалённых заготовок D < 50 мм;

д) прессоножницами D = 10…70 мм;

е) приводными ножницами режут листовой и профильный прокат S до 20 мм;

ж) газовая резка. В основном для резки листового проката;

з) плазменно-дуговая резка;

и) специальные методы: анодно-механическая, электроискровая, электромеханическая, ультразвуковая,

электронно-лучевая, лазерная. Используют, как правило, для резки труднообрабатываемых материалов;

к) ударно-импульсный способ резки.

3.3. ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ КЛАССА " КРУГЛЫЕ СТЕРЖНИ" (ВАЛЫ)

3.3.1. ХАРАКТЕРИСТИКА ВАЛОВ

В технологии машиностроения в понятие " валы" принято включать собственно валы, оси, пальцы, штоки, колонны и другие подобные детали машин, образованные наружными поверхностями вращения при значительном преобладании длины над диаметром. Конструктивное разнообразие валов вызывается различным сочетанием цилиндрических, конических, а также зубчатых (шлицевых), резьбовых поверхностей. Валы могут иметь шпоночные пазы, лыски, осевые и радиальные отверстия.

Технологические задачи формулируются в соответствии с рекомендациями и охватывают требованиями к точности детали по всем их параметрам.

Точность размеров. Точными поверхностями валов являются, как правило, его опорные шейки, поверхности под детали, передающие крутящий момент. Обычно они выполняются по 6–7-му квалитетам.

Точность формы. Наиболее точно регламентируется форма в продольном и поперечном сечениях у опорных шеек под подшипники качения. Отклонения от круглости и профиля в продольном сечении не должен превышать 0, 25...0, 5 допуска на диаметр в зависимости от типа и класса точности подшипника.

Точность взаимного расположения поверхностей. Для большинства валов главным является обеспечение соосности рабочих поверхностей, а также перпендикулярности рабочих торцов базовым поверхностям. Как правило, эти величины выбираются по V – VII степеням точности.

Качество поверхностного слоя. Шероховатость базовых поверхностей обычно составляет Rа = 3, 2...0, 4мкм, рабочих торцов Rа = 3, 2...1, 6 мкм, остальных несоответственных поверхностей Rа = 12, 5...6, 3 мкм. Валы могут быть сырыми и термообработанными. Твёрдость поверхностных слоёв, способ термообработки могут быть весьма разнообразными в зависимости от конструктивного назначения валов. Если значение твёрдости не превышает НВ 200...230, то заготовки подвергают нормализации, отжигу или термически не обрабатывают. Для увеличения износостойкости валов повышают твёрдость их рабочих поверхностей. Часто это достигается поверхностной закалкой токами высокой частоты, обеспечивающей твёрдость НRС 48...55. Поверхности валов из малоуглеродистых марок стали подвергают цементации на глубину 0, 7...1, 5 мм с последующей закалкой и отпуском. Таким способом можно достичь твёрдости НRС 55...60.

Так например, для вала, представленного на рис. 39 технологические задачи формулируются следующим образом.

– точность размеров основных поверхностей находится в пределах 6 – 8-го квалитетов, а размеры с неуказанными отклонениями выполняются по 14-му квалитету;

– точность формы регламентируется для опорных шеек допусками круглости и профиля в продольном сечении – 0, 006 мм, а у остальных поверхностей погрешности формы не должны превышать определённой части поля допуска на соответствующий размер (например, для нормальной геометрической точности 60 % от поля допуска);

– точность взаимного расположения задаётся допусками радиального и торцового биений (соответственно 0, 02 и 0, 016 мм) относительно базы;

– шероховатость сопрягаемых цилиндрических поверхностей ограничивается значениями Rа = 0, 8 мкм, а торцовых Rа = 1, 6 мкм; шероховатость несопрягаемых поверхностей Rа = 6, 3 мкм; шлицевый участок подвергается термообработке ТВЧ НRС 50...55.

Рис. 39. Эскиз вала

Некоторые требования к технологичности валов. К технологичности валов предъявляются некоторые специфические требования.

1. Перепады диаметров ступенчатых валов должны быть минимальными. Это позволяет уменьшить объём механической обработки при их изготовлении и сократить отходы металла. По этой причине конструкция вала с канавками и пружинными кольцами более технологична конструкции вала с буртами.

2. Длины ступеней валов желательно проектировать равными или кратными длине короткой ступени, если токарная обработка валов будет осуществляться на многорезцовых станках. Такая конструкция позволяет упростить настройку резцов и сократить их холостые перемещения.

3. Шлицевые и резьбовые участки валов желательно конструировать открытыми или заканчивать канавками для выхода инструмента. Канавки на валу необходимо задавать одной ширины, что позволит прорезать их одним резцом.

4. Валы должны иметь центровые отверстия. Запись в технических требованиях о недопустимости центровых отверстий резко снижает технологичность вала. В таких случаях принято удлинять заготовку для нанесения временных центров, которые срезают в конце обработки.

3.3.2. МАТЕРИАЛЫ И ЗАГОТОВКИ ВАЛОВ

Валы, в основном, изготовляют из конструкционных и легированных сталей, к которым предъявляются требования высокой прочности, хорошей обрабатываемости, малой чувствительности к концентрации напряжений, а также повышенной износостойкости. Этим требованиям, в определённой степени, отвечают стали марок 35, 40, 45, 40Г, 40ХН и др. Достаточно редко валы отливают из чугуна.

В технических требованиях на изготовление валов, прежде всего, указываются твёрдость материала или необходимость соответствующей термической обработки. Если значение твёрдости не превышает НВ 200...230, то заготовки подвергают нормализации, отжигу или термически не обрабатывают. Для увеличения износостойкости валов повышают твёрдость их рабочих поверхностей. Часто это достигается поверхностной закалкой токами высокой частоты, обеспечивающей твёрдость HRС 48...55. Поверхности валов из малоуглеродистых марок стали подвергают цементации на глубину 0, 7...1, 5 мм с последующей закалкой и отпуском. Таким способом можно достичь твёрдости НRС 55... 60.

Производительность механической обработки валов во многом зависит от вида заготовки, её материалов, размера и конфигурации, а также от характера производства. Заготовки получают отрезкой от горячекатаных или холоднотянутых нормальных прутков и непосредственно подвергают механической обработке.

Прокат круглого сечения поступает на машиностроительные заводы в виде многометровых прутков, из которых в заготовительных цехах нарезаются заготовки необходимой длины.

В наибольшей мере указанным требованиям отвечают отрезные круглопильные станки, применяемые в серийном и массовом производствах. В качестве режущего инструмента в них применяются пильные диски, оснащённые сегментами из быстрорежущей стали. Таким диском можно разрезать прокат диаметром до 240 мм или пакет прутков меньшего диаметра. Торцы заготовок после отрезки имеют шероховатость Rа = 25 мкм.

В мелкосерийном и единичном производствах применяются более простые, но менее производительные отрезные ножовочные станки. Тонкие ножовочные полотна дают узкий пропил, но вследствие малой жёсткости не обеспечивают высокой перпендикулярности торцов заготовок.

Резка прутков и труб из высокотвёрдых, закалённых сталей наиболее эффективна на абразивно-отрезных станках, оснащённых тонкими, толщиной 3...6 мм абразивными кругами на бакелитовой или вулканитовой связках. Благодаря высокой скорости вращения, достигающей 80 м/с, круги быстро разрезают пруток, образуя ровный срез с шероховатостью Rа = 3, 1...6, 3 мкм. Во избежание пережога торцов зона резания обильно поливается охлаждающей жидкостью.

В сравнении с перечисленными другие методы резки применяются реже. К ним относятся: резка на токарно-отрезных станках отрезными резцами, на фрезерных станках прорезными фрезами, резка фрикционными пилами. Фрикционная пила представляет собой тонкий стальной диск, которому сообщается скорость вращения выше 100 м/с. В месте контакта с заготовкой выделяющаяся вследствие трения теплота расплавляет металл прутка, что обеспечивает высокую производительность процесса. Однако оплавление торцов заготовок снижает их качество. К наиболее производительным методам относятся рубка прутков на прессах и резка ножницами.

Существенным недостатком этих методов, ограничивающим их применение, является смятие концов заготовок.

На машиностроительные заводы прокат поступает с заметными отклонениями от прямолинейности оси.

Для устранения кривизны прутки перед резкой подвергают правке (рис. 40). Для этой цели служат правильно-калибровочные станки. Нарезанные заготовки перед началом обработки, а иногда и в процессе дальнейшей обработки также приходится подвергать правке. Такую правку обычно проводят на прессах.

Заготовки такого вида применяют в основном в мелкосерийном и единичном производстве, а также при изготовлении валов с небольшим количеством ступеней и незначительными перепадами их диаметров.

В производстве с более значительным масштабом выпуска, а также при изготовлении валов более сложной конфигурации с большим количеством ступеней, значительно различающихся по диаметру, заготовки целесообразно получать методом пластической деформации. Эти методы (ковка, штамповка, периодический прокат, обжатие на ротационно-ковочных машинах, электровысадка) позволяют получать заготовки по форме и размерам наиболее близкие к готовой детали (рис. 41), что значительно повышает производительность механической обработки и снижает металлоёмкость изделия.

Выбор наиболее рационального способа получения заготовки в каждом отдельном случае определяется комплексно с учётом технико-экономической целесообразности. С увеличением масштабов выпуска особое значение приобретают эффективность использования металлов и сокращение трудоёмкости механической обработки. Поэтому в крупносерийном и массовом производстве преобладают методы получения заготовок с коэффициентом использования металлов от 0, 7 и выше (отношение массы детали к норме расхода металла), доходящего в отдельных случаях до 0, 95. Полые валы целесообразно изготавливать из труб.

3.3.3. ОСНОВНЫЕ СХЕМЫ БАЗИРОВАНИЯ

Основными базами подавляющего большинства валов являются поверхности его опорных шеек и торцы (рис. 42). Для установки заготовок используют патроны: 1) самоцентрирующиеся двух-, трёх- и четырёхкулачковые, 2) магнитные. Часто за технологические базы принимают поверхности центровых отверстий с обоих торцов заготовки, что позволяет обрабатывать почти все наружные поверхности вала на постоянных базах с установкой его в центрах. При этом может возникать погрешность базирования, влияющая на точность взаимного расположения шеек, равная величине несовпадения оси центровых отверстий и общей оси опорных шеек.

Для исключения погрешности базирования при выдерживании длин ступеней от торца вала необходимо в качестве технологической базы использовать торец заготовки. Используются следующие центры:

1) вращающиеся центры;

2) плавающие центры;

3) рифлёные центры;

4) сферические центры;

5) задний срезанный центр и т.д.

Форма и размеры центровых отверстий стандартизованы. Существует несколько типов центровых отверстий, из которых для валов чаще всего применяются три (см. таблицу):

Рабочими участками являются конуса, которыми вал опирается на центры станка в процессе обработки.

Цилиндрические участки диаметром d необходимы для предотвращения контакта вершин станочных центров с заготовкой. При обработке крупных, тяжёлых валов применяют усиленные станочные центры с углом конуса 75 или 90°. С соответствующими углами конусов выполняют и центровые отверстия валов. Предохранительный конус с углом 120° позволяет избежать случайных забоин на рабочем конусе в процессе межоперационного транспортирования вала. Валы с предохранительными конусами более ремонтопригодны.

Использование центров в качестве установочных элементов предусматривает применение того или иного поводкового устройства, передающего крутящий момент заготовке. Такими устройствами являются поводковые патроны, хомутики и т.д. (рис. 43).

Передача крутящего момента подаётся через палец-поводок (2), закрепленный в патроне (1), и хомутик (3), устанавливаемый на заготовке(Рис. 43).

Рис. 43. Схема поводкового патрона

Установка в цанговые патроны (подающие, зажимные) служит, как правило, для закрепления пруткового материала и инструмента с хвостовой частью. Установка в оправках (для полых валов) – жёстких, центрирующих (с постоянным диаметром) и разжимных. Различают также поводковые оправки:

• жёсткие – конические, цилиндрические, поводковые.

• разжимные – кулачковые, самозажимные, с гофрированными втулками и др.

Основные способы установки валов приведены на рис. 44 – 47.

При установке и обработке длинных заготовок валов, осей, стержней в качестве дополнительной опоры, повышающей жёсткость технологической системы, применяют люнеты. Люнеты используют при обработке заготовок с L/D > 12…15. Различают подвижные и неподвижные люнеты (рис. 47).

Для облегчения условий труда при закреплении заготовок на станки используют механизированные приводы: пневматические, гидравлические, электрические и магнитные.

3.3.4. ОБРАБОТКА ГЛАДКИХ ВАЛОВ

Обработка всех валов делится на черновую, чистовую и отделочную. Гладкие валы: диаметр 20…50 мм.

Маршрут обработки (серийное производство):

1. Правка прутка на правильно-калибровочных станках.

2. Разрезание на штучные заготовки.

3. Фрезерование торцов и зацентровка. При большой программе выпуска – на фрезерно-центровальных станках.

4. Черновое обтачивание (за 1 или 2 установа).

5. Проточка шейки под люнет (для нежёстких валов).

6. Сверление центрального отверстия с его последующей обработкой. Для этого используют: специальные однокромочные, шнековые, эжекторные свёрла с подачей СОЖ через инструмент.

7. Чистовое точение.

8. Фрезерование шпоночных канавок (на горизонтально-фрезерном станке или шпоночно-фрезерном полуавтомате).

9. Шлифование на кругло-шлифовальном или бесцентрово-шлифовальном станках.

При изготовлении гладких валов из калиброванного проката с минимальным припуском на обработку ограничиваются только шлифованием (без точения).

3.3.5. ОБРАБОТКА СТУПЕНЧАТЫХ ВАЛОВ

По сравнению с гладкими добавляются операции: подрезка уступов с выдерживанием допусков на длину ступеней, проточка канавок и галтелей, нарезание резьб, шлицев, снятие лысок и фрезерование квадратов.

Маршрут обработки во многом подобен маршруту изготовления гладких валов. Операции нарезания резьб, шлицев проводятся перед чистовым шлифованием, а проточка канавок и галтелей в ходе чистового точения.

При проведении обточки наружной поверхности применяют многорезцовую обработку (рис. 48, а), а также станки с копировальным устройством (рис. 48, б). Последние модели токарно-копировальных станков имеют несколько (до 5) копировальных суппортов, перемещающихся независимо друг от друга, при этом каждый обрабатывает свой участок поверхности вала (рис. 48).

В качестве преимущества копировальной обработки перед многорезцовой можно отметить:

1) в 2–3 раза меньше время насадки;

2) выше точность(IT9 вместо IT11);

3) ниже влияние упругих деформаций, так как работает только один резец;

4) отсутствуют уступы;

5) выше скорость резания.

Эффективно применение копировальных полуавтоматов при серийном производстве, но при числе ступеней больше четырёх даже в партиях по 20…50 штук.

В мелкосерийном производстве применяют станки с гидросуппортами и станки с ЧПУ.

3.3.6. МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ НАРУЖНЫХ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ

Детали, имеющие поверхности вращения (цилиндрические, наружные, фасонные, цилиндрические внутренние и др.) обрабатывают на различных станках: токарной группы (токарно-винторезные, токарно-карусельные, токарно-револьверные, одношпиндельные и многошпиндельные полуавтоматы и автоматы, станки для тонкого точения и др.); шлифовальной группы (круглошлифовальные, бесцентрово-шлифовальные, притирочные, полировальные и т.п.). Станки этих групп применяют как обычные, так и с числовым программным управлением (ЧПУ). Наиболее распространённым методом обработки цилиндрических наружных поверхностей является точение резцом (резцами).

Для точения цилиндрических поверхностей и поверхностей, прилегающих к ним и ограничивающих их длину (торцы, уступы, канавки, радиусы и т.д.), применяют проходные, подрезные (прямые и отогнутые), отрезные, канавочные и другие резцы с напайными пластинами из быстрорежущей стали или твёрдых сплавов и композиционных материалов.

При токарной обработке различают:

а) черновое точение (или обдирочное) – с точностью обработки IТ13... IТ12 с шероховатостью поверхности до Rа = 6, 3 мкм;

б) получистовое точение – IТ12... IТ11 и шероховатость до Rа = = 1, 6 мкм;

в) чистовое точение – IТ10... IТ8 и шероховатость до Rа = 0, 4 мкм.

При черновом обтачивании, как и при любой черновой обработке снимают до 70 % припуска. При этом назначаются максимально возможные глубина резания t и подача S.

На черновых операциях повышение производительности обработки добиваются увеличением глубины резания (уменьшением числа рабочих ходов), а также подачи.

На чистовых операциях подача ограничивается заданной шероховатостью поверхности, поэтому сокращение основного времени возможно за счёт увеличения скорости резания. На универсальных токарнокарусельных станках обрабатывают заготовки деталей типа тел вращения разнообразной формы диаметром до 10 000 мм.

К методам чистовой обработки относятся: тонкое точение и различные методы шлифования. Они, как правило, позволяют обеспечить требуемые точность размеров, формы, взаимного расположения и, в большинстве случаев, качество поверхностного слоя.

Тонкое точение применяется, главным образом, для отделки деталей из цветных металлов и сплавов (бронза, латунь, алюминиевые сплавы и другие) и отчасти для деталей из чугуна и закалённых сталей (НRС 45...60). Объясняется это тем, что шлифование цветных металлов и сплавов значительно труднее, чем стали и чугуна, вследствие быстрого засаливания кругов. Кроме того, имеются некоторые детали, шлифование которых не допускается из-за возможного шаржирования поверхности.

Тонкое точение обеспечивает получение наружных цилиндрических поверхностей вращения правильной геометрической формы с точным пространственным расположением осей и является высокопроизводительным методом.

При тонком точении используются алмазные резцы или резцы, оснащённые твёрдым сплавом (ТЗОК4, синтетические сверхтвёрдые материалы типа оксидная керамика ВОК60 и оксидно-нитридная керамика " кортинит" гексанит-Р, эльбор-Р.

Тонкое точение характеризуется незначительной глубиной резания (t = 0, 05...0, 2 мм), малыми подачами (S= 0, 02...0, 2 мм/об) и высокими скоростями резания (V = 120….1000 м/мин). Точность размеров IТ5...IТ6; Ra = 0, 8...0, 4 мкм.

Подготовка поверхности под тонкое точение сводится к чистовой обработке с точностью IТ8...IТ9. Весь припуск снимается за один рабочий ход. Применяются станки особо высокой точности, жёсткости и виброустойчивости. На этих станках не следует выполнять другие операции.

3.3.7. ОБРАБОТКА НА ВАЛАХ ЭЛЕМЕНТОВ ТИПОВЫХ СОПРЯЖЕНИЙ

Кроме цилиндрических и конических поверхностей вращения валы обычно содержат также и другие элементы, к которым относятся шпоночные пазы, шлицевые и резьбовые поверхности и т.д. (рис. 51).

Для передачи крутящего момента деталям, сопряжённым с валом, широко применяют шпоночные и шлицевые соединения.

Обработка шпоночных соединений. Наибольшее распространение в машиностроении получили призматические и сегментные шпонки. Шпоночные пазы для призматических шпонок могут быть сквозными (рис. 49, а) закрытыми с одной стороны (рис. 49, б) закрытыми с двух сторон, т.е. глухими (рис. 49, в). Наименее технологичными являются глухие шпоночные пазы. Предпочтительнее применение сквозных пазов и пазов закрытых с одной стороны, но с радиусным выходом.

Рис. 49. Виды шпоночных пазов:

а – сквозные; б – закрытые с одной стороны

(I – с радиусным выходом; II – с выходом под концевую фрезу)

К технологическим задачам, стоящим при обработке шпоночных пазов, относятся требования по точности ширины паза (по IТ9), глубины паза (с рядом отклонений: +0, 1; +0, 2; +0, 3), длины (по IТ11...IТ12). Требуется обеспечить также симметричность расположения паза относительно оси шейки, на которой он расположен. Установка валов при обработке пазов обычно производится на призме или в центрах рис. 51.

Рис. 50. Фрезерование шпоночного паза

с использованием " маятниковой подачи"

При проектировании техмаршрута операция " фрезеровать шпоночный паз" располагается после обтачивания шейки, до её шлифования, так как вследствие удаления части материала посадочное место вала иногда деформируется.

Рис. 51. Методы фрезерования шпоночных пазов:

а – дисковой фрезой с продольной подачей; б – концевой фрезой

с продольной подачей; в – шпоночной фрезой с маятниковой подачей;

г – дисковой фрезой с вертикальной подачей

Шпоночные пазы изготовляются различными способами в зависимости от конфигурации паза и вида применяемого инструмента; они выполняются на горизонтально-фрезерных или вертикально-фрезерных станках общего назначения или специальных.

Сквозные и закрытые с одной стороны шпоночные пазы изготовляются фрезерованием дисковыми фрезами (см. рис 51, а). Фрезерование пазов производится за один-два рабочих хода. Этот способ наиболее производителен и обеспечивает достаточную точность ширины паза. Применение этого способа ограничивает конфигурация пазов: закрытые пазы с закруглениями на концах не могут выполняться этим способом; они изготовляются концевыми фрезами за один или несколько рабочих ходов (см. рис. 51, б). Фрезерование концевой фрезой за один рабочий ход производится таким образом, что сначала фреза при вертикальной подаче проходит на полную глубину паза, а потом включается продольная подача, с которой шпоночный паз фрезеруется на полную длину. При этом способе требуется мощный станок, прочное крепление фрезы и обильное охлаждение.

Вследствие того, что фреза работает в основном своей периферической частью, диаметр которой после заточки несколько уменьшается, то в зависимости от числа переточек фреза даёт неточный размер паза по ширине.

Для получения по ширине точных пазов применяются специальные шпоночно-фрезерные станки с маятниковой подачей, работающие концевыми двуспиральными фрезами с торцовыми режущими кромками. При этом способе фреза врезается на 0, 1...0, 3 мм и фрезерует паз на всю длину, затем опять врезается на ту же глубину, как и в предыдущем случае, и фрезерует паз опять на всю длину, но в другом направлении (см. рис. 50, 51, в). Отсюда и происходит определение метода – " маятниковая подача".

Этот метод является наиболее рациональным для изготовления шпоночных пазов в серийном и массовом производствах, так как даёт вполне точный паз, обеспечивающую полную взаимозаменяемость в шпоночном соединении. Кроме того, поскольку фреза работает торцовой частью, она будет долговечнее, так как изнашивается не периферическая её часть, а торцовая. Недостатком этого способа является значительно большая затрата времени на изготовление паза по сравнению с фрезерованием за один рабочий ход и тем более с фрезерованием дисковой фрезой. Отсюда вытекает следующее: 1) метод маятниковой подачи надо применять при изготовлении пазов, требующих взаимозаменяемости; 2) фрезеровать пазы за один рабочий ход нужно в тех случаях, когда допускается пригонка шпонок по канавкам.

Шпоночные пазы под сегментные шпонки изготовляются фрезерованием с помощью дисковых фрез (рис. 51, г).

Обработка шлицевых соединений. Шлицевые соединения широко применяются в машиностроении (станкостроении, автомобиле- и тракторостроении и других отраслях) для неподвижных и подвижных посадок.

Различают шлицевые соединения прямоугольного, эвольвентного и треугольного профиля. В наиболее часто используемых шлицевых соединениях прямоугольного профиля сопряжённые детали центрируются тремя способами:

– центрированием втулки (или зубчатого колеса) по наружному диаметру (В) шлицевых выступов вала;

– центрированием втулки (или зубчатого колеса) по внутреннему диаметру шлицев вала (т.е. по дну впадины);

– центрированием втулки (или зубчатого колеса) по боковым сторонам (В) шлицев.

Центрирование по D наиболее технологично, но его использование ограничивается в основном неподвижными шлицевыми соединениями, не требующими повышенной твёрдости. Центрирование по (d) применяется в тех случаях, когда элементы шлицевого соединения используются для подвижных сопряжений, подвергнутых закалке. Центрирование по b применимо в случае передачи больших крутящих моментов с реверсированием вращения.

Технологический процесс изготовления шлицев валов зависит от того, какой принят способ центрирования вала и втулки, т.е. термообрабатываются или нет поверхности шлицев.

Приведём в качестве примера маршруты обработки шлицев на валах соответственно не подвергаемых и подвергаемых термообработке:

– черновая токарная обработка, чистовая токарная обработка и шлифование цилиндрических поверхностей под нарезание шлицев, нарезание шлицев, снятие заусенцев и промывка;

– черновая токарная обработка, чистовая токарная обработка, нарезание шлицев с припуском под шлифование, фрезерование канавок для выхода круга при шлифовании центрирующей поверхности внутреннего диаметра (если на первой операции применяется фреза без усиков), термическая обработка, шлифование поверхностей шлицев, снятие заусенцев и промывка.

Шлицы на валах и других деталях изготовляются различными способами, к числу которых относятся: фрезерование, строгание (шлицестрогание), протягивание (шлицепротягивание), накатывание (шлиценакатывание), шлифование.

Фрезерование шлицев на валах небольших диаметров (до 100 мм) обычно фрезеруют за один рабочий ход, больших диаметров – за два рабочих хода. Черновое фрезерование шлицев, в особенности больших диаметров, иногда производится фрезами на горизонтально-фрезерных станках, имеющих делительные механизмы (рис. 52, а – в).

Рис. 52. Способы фрезерования шлицев:

а – дисковой модульной фрезой; б – торцевыми или дисковыми фрезами;

в – специальными дисковыми фрезами (наборными); г – червячной фрезой

Фрезеровать шлицы можно способом, изображенным на рис. 52, в, позволяющим применять более дешёвые фрезы, чем фреза, изображённая на рис. 52, а.

Более производительным способом является одновременное фрезерование двух шлицевых канавок двумя дисковыми фрезами специального профиля (рис. 52, в).

Чистовое фрезерование шлицев дисковыми фрезами производится только в случае отсутствия специального станка или инструмента, так как оно не даёт достаточной точности по шагу и ширине шлицев.

Более точное фрезерование шлицев производится методом обкатки при помощи шлицевой червячной фрезы (рис. 52, г). Фреза, помимо вращательного движения, имеет продольное перемещение вдоль оси нарезаемого вала. Этот способ является наиболее точным и наиболее производительным.

Окончательная обработка шлицев по методу обкатки производится чистовым фрезерованием червячными шлицевыми фрезами высокого класса точности.

При центрировании втулки (или зубчатого колеса) по внутреннему диаметру шлицев вала как червячная, так и дисковая фреза должна иметь " усики", вырезающие канавки у основания шлица, чтобы не было заедания во внутренних углах; эти канавки необходимы также при шлифовании по боковым сторонам и внутреннему диаметру.

Шлицестрогание реализуется, как правило, на специальных станках-полуавтоматах, которые могут работать как отдельно, так и будучи встроенными в автоматическую линию. Этим методом чаще всего обрабатываются сквозные шлицы или шлицы, у которых предусмотрен выход для резцов.

Шлицестрогание обеспечивает шероховатость поверхности Rа = 3, 2...0, 8 мкм.

Шлицепротягивание обеспечивает шероховатость поверхности Rа = 1, 6...0, 8 мкм.

Шлифование шлицев осуществляется следующим образом.

При центрировании шлицевых валов по наружному диаметру шлифуют только наружную цилиндрическую поверхность вала на обычных круглошлифовальных станках; шлифование впадины (т.е. по внутреннему диаметру шлицев вала) и боковых сторон шлицев не применяется.

При центрировании шлицевых валов по внутреннему диаметру шлицев фрезерование последних даёт точность обработки по внутреннему диаметру до 0, 05...0, 06 мм, что не всегда является достаточным для точной посадки.

Если шлицевые валы после чернового фрезерования прошли термическую обработку в виде улучшения или закалки, то после этого они не могут быть профрезерованы начисто; их необходимо шлифовать по поверхностям впадины (т.е. по внутреннему диаметру) и боковых сторон шлицев. Наиболее производителен способ шлифования фасонным кругом (рис. 53, а), но при таком способе шлифовальный круг изнашивается неравномерно ввиду неодинаковой толщины снимаемого слоя у боковых сторон и впадины вала, поэтому требуется частая правка круга. Несмотря на это, данный способ широко распространён в машиностроении.

Шлифовать шлицы можно в две отдельные операции (рис. 53, б); в первой шлифуют только впадины (по внутреннему диаметру), а во второй – боковые стороны шлицев. Для уменьшения износа шлифовального круга после каждого хода стола вал поворачивается, и, таким образом, шлифовальной круг обрабатывает впадины постепенно, одну за другой.

Для объединения двух операций шлифования в одну применяются станки, на которых шлицы шлифуются одновременно тремя кругами: один шлифует впадину, а два других – боковые поверхности шлицев (рис. 53, в).

Нарезание резьбы. В машиностроительном производстве применяют цилиндрические резьбы – крепёжные и ходовые, а также конические резьбы.

Основной крепёжной резьбой является метрическая резьба треугольного профиля с углом профиля 60°.

Ходовые резьбы бывают с прямоугольным и трапецеидальным профилем; последние бывают однозаходные и многозаходные.

Резьба может быть наружная (на наружной поверхности детали) и внутренняя (на внутренней поверхности детали).

Наружную резьбу можно изготовлять различными инструментами: резцами, гребёнками, плашками, самораскрывающимися резьбонарезными головками, дисковыми и групповыми фрезами, шлифовальными кругами, накатным инструментом.

Для изготовления внутренней резьбы применяют: резцы, метчики, раздвижные метчики, групповые фрезы, накатные ролики.

Тот или иной метод нарезания резьбы применяется в зависимости от профиля резьбы, характера и типа материала изделия, объёма производственной программы и требуемой точности.

Нарезание резьб осуществляется на резьбонарезных и резьбофрезерных станках и полуавтоматах, гайконарезных автоматах, резьбонакатных, резьбошлифовальных, токарных и других станках.

Нарезание резьбы резцами и резьбовыми гребёнками. Наружную и внутреннюю резьбы можно обработать на токарных станках. Это малопроизводительный процесс, так как обработка осуществляется за несколько рабочих ходов и требует высокой квалификации рабочего. Достоинством метода является универсальность оборудования, инструмента и возможность получить резьбу высокой точности. На токарных станках нарезают точные резьбы на ответственных деталях, а также нестандартные резьбы и резьбы большого диаметра. Для повышения точности резьбы осуществляют как черновые, так и чистовые рабочие ходы разными резцами. Различают два способа нарезания треугольной резьбы: 1) радиальное движение подачи; 2) движение подачи вдоль одной из сторон профиля.

Первый способ более точный, но менее производительный, поэтому рекомендуется черновые рабочие ходы делать вторым способом, а чистовой – первым (рис. 54, а).

Для повышения производительности обработки резьбы применяют резьбовые гребёнки – круглые и призматические. Обычно ширину гребёнки принимают равной не менее чем шести шагам. При использовании гребёнок снятие стружки выполняют несколько зубьев (рис. 54, б) и число рабочих ходов может быть уменьшено до одного.

Для скоростного нарезания резьбы применяют резцы, оснащённые твёрдым сплавом, а также наборы резцов (рис. 55). Конструкции некоторых типов резцов приведены на рис. 54.

Гребёнки, подобно резцам, бывают плоские, призматические и круглые и отличаются от резцов тем, что режут одновременно несколькими режущими кромками. Для разделения работы резания концы зубьев гребёнки стачиваются от одного края гребёнки к другому, так что глубина резания постепенно увеличивается.

Токарные станки применяются для нарезания резьбы преимущественно для:

– нарезания резьбы на поверхностях, предварительно обработанных на токарном же станке, благодаря чему обеспечивается правильное положение резьб относительно других поверхностей;

– нарезания очень точных длинных винтов (в этом случае токарный станок, работающий одним резцом, имеет преимущество перед всеми другими методами, в том числе и перед фрезерованием);

– при выполнении работ, подходящих для резьбофрезерного станка, когда его нет или объём партии мал;

– нарезания резьб большого диаметра, нестандартного профиля или шага, а также вообще во всех случаях, когда приобретение подходящих плашек и метчиков не оправдывается объёмом производства;

– нарезания прямоугольных резьб, чистовое фрезерование которых невозможно, а применение плашек и метчиков хотя и возможно, но затруднительно, особенно при обработке крупных заготовок.

Резьбу после нарезания резцом иногда калибруют точными плашками (часто вручную).

Таким образом, нарезание резьбы на токарном станке применяется преимущественно в единичном и мелкосерийном производствах, а в крупносерийном и массовом производствах, – главным образом, для нарезания длинных или точных резьб.

В крупносерийном и массовом производствах используется нарезание резьбы вращающимися резцами, так называемым вихревым методом. При этом заготовка закрепляется в центрах токарно-винторезного станка или в патроне. В процессе работы она медленно вращается. В специальной головке, установленной на суппорте станка, закрепляется резец. Головка, вращающаяся с большой скоростью от специального привода, расположена эксцентрично относительно оси нарезаемой резьбы. Таким образом, при вращении головки резец, закреплённый в ней, описывает окружность, диаметр которой больше наружного диаметра резьбы (рис. 56).

Периодически (один раз за каждый оборот головки) резец соприкасается с обрабатываемой поверхностью по дуге и за каждый оборот головки прорезает на заготовке серповидную канавку, имеющую профиль резьбы.

За каждый оборот вращающейся заготовки головка перемещается вдоль оси детали на величину шага резьбы. Головку наклоняют относительно оси детали на величину угла подъёма винтовой линии резьбы. При вихревом нарезании резьбы скорость резания, соответствующая скорости вращения резца V = 150...400 м/мин, круговая подача S = = 0, 2...0, 8 мм за один оборот резца.

Нарезание резьбы метчиками, плашками и самораскрывающимися резьбонарезными головками производится на различных станках.

Внутренние резьбы нарезают обычно машинными метчиками на резьбонарезных, сверлильных, револьверных, а также на агрегатных станках, полуавтоматах и автоматах в зависимости от масштаба производства.

В массовом и крупносерийном производстве получили широкое распространение метчики сборной конструкции (резьбонарезные головки).

Основной недостаток всех типов плашек – это необходимость свинчивания их по окончанию резания, что снижает производительность и несколько ухудшает качество резьбы.

Плашками нарезают резьбу как вручную, так и на различных станках токарной, сверлильной, резьбонарезной групп. Круглые плашки (рис. 57, а) устанавливают на станках в специальных патронах и закрепляют тремячетырьмя винтами. Нарезание плашками – малопроизводительный процесс.

Нарезание наружной резьбы резьбонарезными самооткрывающимися головками значительно точнее, производительнее и отличается большей точностью, чем ранее рассмотренные методы; оно находит широкое применение в серийном и массовом производстве (рис. 57, б).

Вращающиеся головки используют на токарных автоматах и полуавтоматах.

Шлифование. Шлифование наружных поверхностей деталей типа тел вращения производят на круглошлифовальных, торцекруглошлифо-вальных станках, бесцентрово-шлифовальных полуавтоматах и автоматах как высокой, так и особо высокой точности

Шлифование – основной метод чистовой обработки наружных цилиндрических поверхностей. Шейки валов шлифуют в две операции: предварительное и чистовое шлифование. После чистового шлифования точность размера IТ6, а шероховатость Ra = 1, 6...0, 4 мкм.

Как правило, все наружные цилиндрические поверхности с точностью выше IТ8 и шероховатостью Ra =1, 6...0, 4 мкм подвергают после чистового точения шлифованию.

При обработке на круглошлифовальных и торцекруглошлифовальных станках заготовки устанавливают в центрах, патроне, цанге или в специальном приспособлении.

Заготовке сообщается вращение с окружной скоростью Vзаг = = 10...50 м/мин; она зависит от диаметра обработки заготовки. Окружная скорость шлифовального круга (скорость резания) V = 30...60 м/с. Подача S и глубина резания t варьируются в зависимости от способов шлифования. Различают следующие разновидности шлифования: продольное (с продольным движением подачи) и врезное (с поперечным движением подачи).

Схемы обработки продольным и врезным шлифованием приведены на рис. 58.

Шлифование с продольным движением подачи (рис. 58, а) осуществляется за четыре этапа: врезание, чистовое шлифование, выхаживание и отвод.

В этом случае продольная подача является функцией ширины шлифовального круга:

S_пр = KB_k,

где k = 0, 6...0, 85 – для чернового шлифования и k = 0, 2...0, 4 – для чистового.

Поперечная подача на глубину шлифования осуществляется шлифовальным кругом в конце каждого двойного хода заготовки или круга и принимается в зависимости от материала, заготовки, круга и вида обработки (S = 0, 005…0, 05 мм). В конце обработки последние продольные проходы выполняют без поперечной подачи (так называемое выхаживание).

Шлифование с продольной подачей применяют при обработке цилиндрических заготовок значительной длины.

Врезное шлифование применяют для обработки поверхностей, длина которых не превышает ширину шлифовального круга. Его преимущество – большая производительность и простота наладки, однако оно уступает продольному шлифованию по достигаемому качеству поверхности. Врезное шлифование широко применяют в массовом и крупносерийном производстве (рис. 58, б). Рекомендуемые скорости резания V = 50...60 м/с; радиальная (поперечная) подача при окончательном шлифовании S = 0, 001...0, 005 мм/об.

Разновидностью шлифования с продольным движением подачи является глубинное шлифование. Оно характеризуется большой глубиной резания (0, 1...0, 3 мм) и малой скоростью резания. При этом способе шлифования меньше, чем при врезном, сказывается влияние погрешности формы исходной заготовки и колебания припуска при обработке. Поэтому глубинное шлифование (рис. 58, б) применяют для обработки заготовок без предварительной лезвийной обработки и, как правило, снимают припуск за один рабочий ход. Производительность труда повышается в 1, 2–1, 3 раза по сравнению с продольным шлифованием. При значительном объёме производства применяют бесцентровое шлифование, которое более производительно, чем в центрах.

Сущность бесцентрового шлифования (рис. 59) заключается в том, что шлифуемая заготовка 1 помещается между шлифовальным 2 и ведущим 3 кругами и поддерживается ножом (опорой) 4. Центр заготовки при этом должен быть несколько выше линии, соединяющей центры обоих кругов, примерно на 10...15 мм и больше, в зависимости от диаметра обрабатываемой заготовки во избежание получения огранки.

Шлифовальный круг имеет окружную скорость Vk = 30...65 м/с, а ведущий Vв = 10...40 м/мин. Так как коэффициент трения между кругом 3 и обрабатываемой заготовкой больше, чем между заготовкой и кругом 2 (рис. 59, а), то ведущий круг сообщает заготовке вращение со скоростью круговой подачи Vв. Благодаря скосу ножа, направленному в сторону ведущего круга, заготовка прижимается к этому кругу. Продольная подача заготовки обеспечивается за счёт наклона ведущего круга на угол α. При этом скорость подачи заготовки рассчитывается по формуле:

V_s = V_bkp sinα μ,

где μ = 0, 98...0, 95 – коэффициент проскальзывания; α = 3...5° – предварительная обработка (t = 0, 05...0, 15 мм);

α = 1...2° – окончательная обработка (t = 0, 01...0, 03 мм).

На бесцентрово-шлифовальных полуавтоматах и автоматах можно шлифовать заготовки деталей типа тел вращения с цилиндрическими, коническими и фасонными поверхностями. Применяют два метода шлифования: проходное (способ продольного движения подачи, рис. 59, а) и врезное (способ поперечного движения подачи, рис. 59, б). При проходном шлифовании за несколько рабочих ходов можно достигнуть точности по 6-му квалитету и Ra = 0, 2 мкм.

Врезным шлифованием (рис. 59, б) обрабатывают заготовки круглых деталей с уступами, а также заготовки, имеющие форму конуса. При этом методе оси кругов параллельны или ведущий круг устанавливается под малым углом (α = 0, 2...0, 5°), а осевому перемещению обрабатываемой заготовки препятствует установленный упор.

По аналогии с врезным шлифованием находит применение обработка не шлифовальными кругами, а шлифовальной лентой, закрепляемой на ведущем и ведомом шкивах. Обрабатываемую заготовку также устанавливают на нож.

нож.

3.3.8. МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ДЕТАЛЕЙ

К ним относятся различные методы упрочнения и отделочная обработки. Их основной задачей является обеспечение заданного качества поверхностного слоя, которое характеризуется его физико-механическими свойствами и микрогеометрией.

Известно, что состояние поверхностного слоя валов и других деталей оказывает существенное влияние на эксплуатационные свойства машин. Специальной обработкой можно придать поверхностным слоям деталей

машин особые физико-механические свойства. Для этой цели в машиностроении применяют ряд методов. Все эти методы могут быть классифицированы следующим образом:

– методы поверхностной термической обработки (обычная закалка, закалка токами высокой частоты ТВЧ);

– химико-термические методы (цементация, азотирование, планирование);

– диффузионная металлизация (диффузионное алитирование, хромирование, силицирование и др.);

– покрытие поверхностей твёрдыми сплавами и металлами (покрытие литыми и порошкообразными сплавами);

– металлизация поверхностей (распыление расплавленным металлом);

– поверхностно-пластическое деформирование.

Закалка поверхностная – нагревание электротоком или газовым пламенем поверхности изделия. Сердцевина изделия после охлаждения остаётся незакалённой. Закалкой получается твёрдая износоустойчивая поверхность при сохранении прочной и вязкой сердцевины. Кроме того, поверхностная закалка может осуществляться с помощью лазерного луча.

Цементация – насыщение поверхностного слоя стали углеродом при нагревании её в твёрдом, газообразном или жидком карбюризаторе, выдержка и последующее охлаждение. Детали после цементации подвергаются закалке для достижения высокой твёрдости поверхностного слоя и сохранения пластичной сердцевины.

Азотирование – насыщение поверхностного слоя стали азотом при нагревании в газообразном аммиаке (температура не ниже 450 °С), выдержка при этой температуре и последующее охлаждение. Повышается твёрдость, износоустойчивость и антикоррозийные свойства.

Цианированне – одновременное насыщение поверхностного слоя стали углеродом и азотом. При этом повышаются твёрдость, износостойкость.

Для придания стали специальных физических и химических свойств (жаростойкости, антикоррозийных свойств и др.) применяют диффузионную металлизацию. Она заключается в нагревании стальной поверхности, контактирующей с металлосодержащей средой, до высокой температуры, насыщении поверхности алюминием (алитирование), хромом (диффузионное хромирование), кремнием (силицирование) и другими металлами, выдержке и последующем охлаждении.

Покрытие поверхностей твёрдыми сплавами и металлами, а также металлизацию (напыление) применяют для повышения износостойкости поверхностей.

При использовании в качестве присадочного материала порошков возможны следующие методы напыления – плазменное напыление, с применением лазеров и др.

Поверхностно-пластическое деформирование (ППД) – один из наиболее простых и эффективных технологических путей повышения работоспособности и надёжности изделий машиностроения. В результате ППД повышаются твёрдость и прочность поверхностного слоя, формируются благоприятные остаточные напряжения, уменьшается параметр шероховатости Rа, увеличиваются радиусы закругления вершин, относительная опорная длина профиля и т.п.

Формирование поверхностного слоя с заданными свойствами должно обеспечиваться технологией упрочнения. Наиболее широко применяют способы обкатывания и раскатывания шариковыми и роликовыми обкатниками наружных и внутренних цилиндрических, плоских и фасонных поверхностей. Цилиндрические наружные, внутренние, фасонные поверхности обрабатываются, как правило, на токарных, револьверных, сверлильных и других станках; плоские поверхности – на строгальных, фрезерных станках.

3.3.9. ОСОБЕННОСТИ ОБРАБОТКИ КУЛАЧКОВЫХ,

ЭКСЦЕНТРИКОВЫХ И КОЛЕНЧАТЫХ ВАЛОВ

Кулачковые и эксцентриковые валы выполняют цельными и сборными. Сборными валы изготовляют тогда, когда размеры кулачков и эксцентриков резко отличаются от размеров вала. Кроме того, выполнять валы в этом случае цельными было бы сопряжено с большими затратами металла и времени на обработку резанием. В этом случае кулачки и эксцентрики целесообразнее изготовлять отдельно от вала, закрепляя их затем на валу различными способами.

Цельными кулачковые и эксцентриковые валы изготовляют при малом эксцентриситете с одним, двумя и более эксцентриками (рис. 65). При небольших сериях выпуска заготовки для таких валов получают из круглого проката, диаметр которого устанавливают с учётом припуска на обработку и вписывания размеров всех эксцентриков в окружность заготовки.

3.3.10. ОСОБЕННОСТИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

КРУПНОГАБАРИТНЫХ ВАЛОВ

3.3.11. ТИПОВОЙ МАРШРУТ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВАЛА

Рассмотрим основные операции механической обработки для изготовления вала с типовыми конструктивными элементами и требованиями к ним.

005 Заготовительная.

Для заготовок из проката: рубка прутка на прессе или обрезка прутка на фрезерно-отрезном или другом станке. Для заготовок, получаемых методом пластического деформирования, – штамповать или ковать заготовку.

010 Правильная (применяется для проката).

Правка заготовки на прессе. В массовом производстве может производиться до отрезки заготовки. В этом случае правится весь пруток на правильно-калибровочном станке.

015 Подготовка технологических баз.

Обработка торцов и сверление центровых отверстий. В зависимости от типа производства операцию производят в:

– единичном производстве подрезку торцов и центрование на универсальных токарных станках последовательно за два установа;

– серийном производстве подрезку торцов выполняют раздельно от центрования на продольно-фрезерных или горизонтально-фрезерных станках, а центрование – на одностороннем или двустороннем центровальном станке. Могут применяться фрезерно-центровальные полуавтоматы последовательного действия с установкой заготовки по наружному диаметру в призмы и базированием в осевом направлении по упору (рис. 68);

– массовом производстве применяют фрезерно-центровальные станки барабанного типа, которые одновременно фрезеруют и центруют две заготовки без съёма их со станка. Форму и размеры центровых отверстий назначают в соответствии с их технологическими функциями по ГОСТ. Для нежёстких валов (отношение длины к диаметру более 12) – обработка шеек под люнеты.

020 Токарная (черновая).

Выполняется за два установа на одной операции или каждый установ выносится как отдельная операция. Производится точение наружных поверхностей (с припуском под чистовое точение и шлифование) и канавок. Это обеспечивает получение точности IТ12, шероховатости Ra = 6, 3. В зависимости от типа производства операцию выполняют в:

− единичном производстве – на токарно-винторезных станках;

− мелкосерийном – на универсальных токарных станках с гидро-суппортами и станках с ЧПУ;

− серийном – на копировальных токарных станках, горизонтальных многорезцовых, вертикальных одношпиндельных полуавтоматах и станках с ЧПУ;

− крупносерийном и массовом – на многошпиндельных многорезцовых полуавтоматах; мелкие валы могут обрабатываться на токарных автоматах.

025 Токарная (чистовая).

Аналогичная приведенной выше. Производится чистовое точение шеек (с припуском под шлифование). Обеспечивается точность IТ11...10, шероховатость Rа = 3, 2.

030 Фрезерная.

Фрезерование шпоночных канавок, шлицев, зубьев, всевозможных лысок. Шпоночные пазы в зависимости от конструкции обрабатываются либо дисковой фрезой (если паз сквозной) на горизонтально-фрезерных станках, либо пальцевой фрезой (если паз глухой) на вертикально-фрезерных станках. В серийном и массовом производствах для получения глухих шпоночных пазов применяют шпоночно-фрезерные полуавтоматы, работающие маятниковыми методом. Шлицевые поверхности на валах чаще всего получают методом обкатывания червячной фрезой на шлицефрезерных или зубофрезерных станках. При диаметре шейки вала более 80 мм шлицы фрезеруют за два рабочих хода.

035 Сверлильная.

Сверление всевозможных отверстий.

040 Резьбонарезная.

На закаливаемых шейках резьбу изготавливают до термообработки. Если вал не подвергается закалке, то резьбу нарезают после окончательного шлифования шеек (для предохранения резьбы от повреждений). Мелкие резьбы у термообрабатываемых валов получают сразу на резьбо-шлифовальных станках. Внутренние резьбы нарезают машинными метчиками на сверлильных, револьверных и резьбонарезных станках в зависимости от типа производств. Наружные резьбы нарезают в:

– единичном и мелкосерийном производствах на токарно-винторезных станках плашками, резьбовыми резцами или гребёнками;

– мелкосерийном и серийном производствах резьбы не выше 7-й степени точности нарезают плашками, а резьбы 6-й степени точности – резьбонарезными головками на револьверных и болторезных станках;

– крупносерийном и массовом производствах – гребенчатой фрезой на резьбофрезерных станках или накатыванием.

045 Термическая.

Закалка объёмная или местная согласно чертежу детали.

050 Шлифовальная.

Шейки вала шлифуют на круглошлифовальных или бесцентрошлифовальных станках. Шлицы шлифуются в зависимости от центрирования по:

– наружной поверхности – наружное шлифование на круглошлифовальных станках и шлифование боковых поверхностей на шлицешлифовальном полуавтомате одновременно двумя кругами и делением;

– поверхности внутреннего диаметра – шлифование боковых поверхностей шлицев и шлифование внутренних поверхностей по диаметру, либо профильным кругом одновременно, либо в две операции.

3.4.5. ТИПОВЫЕ МАРШРУТЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВТУЛОК

Рассмотрим основные операции механической обработки для изготовления втулки с типовыми конструктивными элементами и требованиям к ним.

1. Обработка за один установ

005 Токарная

Подрезка торца у прутка, подача прутка до упора, зацентровка торца под сверление, сверление отверстия, точение черновое наружной поверхности со снятием фасок на свободном торце, точение канавок, предварительное развёртывание, окончательное развёртывание, отрезка. При обработке втулки из трубы вместо сверления производят зенкерование или растачивание отверстия. Выполняется на токарно-револьверном, одношпиндельном или многошпиндельном токарном автомате.

010 Сверлильная

Снятие фасок с противоположного торца втулки на вертикально-сверлильном или токарном станке.

015 Сверлильная

Сверление отверстий, нарезка резьбы на вертикально или радиально-сверлильном станке.

020 Контрольная

2. Обработка за два установа

005 Заготовительная

Резка заготовки из проката или трубы или штамповка.

010 Токарная

В зависимости от типа производства выполняется за одну операцию и два установа (единичное) или за две операции (серийное и массовое).

Первый установ (базирование по наружной поверхности к торцу в патроне) – подрезка свободного торца, сверление и зенкерование или растачивание отверстия (с припуском под шлифование), растачивание канавок и фасок.

Второй установ (базирование по отверстию и торцу на оправке) – подрезка второго торца, точение наружных поверхностей (с припуском под шлифование), точение канавок и фасок. В зависимости от типа производства операция выполняется:

− в единичном производстве – на токарно-винторезных станках;

− в серийном – на токарно-револьверных станках и станках с ЧПУ;

− в массовом – на токарно-револьверных, одношпиндельных или многошпиндельных токарных полуавтоматах.

015 Сверлильная

Сверление, зенкерование отверстий, нарезка резьбы. Производится на вертикально-сверлильных станках, сверлильных станках с ЧПУ, агрегатных станках.

020 Термическая

Закалка согласно чертежу.

025 Внутришлифовальная

Шлифование отверстия на внугришлифовальном станке. Деталь базируется по наружному диаметру и торцу в патроне.

030 Круглошлифовальная

Шлифование наружных поверхностей торца на круглошлифовальном или торцекруглошлифовальном станках.

035 Контрольная

При обработке тонкостенных втулок (толщина стенки менее 5 мм) возникает дополнительная задача закрепления заготовки на станке без её деформаций.