2.6 Особенности обработки фланцев со шлицевыми отверстиями

Наличие шлицевых отверстий во фланцах вносит в технологию их обработки определенную сложность. Во-первых, увеличивается число операций, так как единственным производительным способом получения такого отверстия, позволяющим достичь высокой точности, является протягивание. Протягивание выполняют в отдельную операцию на протяжном станке, причем получают отверстие окончательно. Во-вторых, вся последующая обработка фланца, особенно термическая, нарушает точность шлицевого отверстия, восстановить которую весьма затруднительно. Это объясняется тем, что ряд поверхностей шлицов является труднодостижимым для повторной обработки. К ним относятся наружный диаметр и боковые стороны пазов.

Профили зубьев-пазов в шлицевых соединениях могут быть прямобочные и эвольвентные. Согласно ГОСТ 1139-80 существует три типа прямобочных шлицевых соединений, различающихся по способу центрирования:

–по наружному диаметру;

– по внутреннему диаметру;

– по боковым сторонам зубьев валов-пазов фланцев.

В конструкциях машин обычно используют первые два вида центрирования с учетом того, что по боковым сторонам зубьев-пазов также происходит центрирование, но с несколько большими зазорами, чем по посадочным диаметрам.

Те поверхности, по которым производится центрирование, выполняют наиболее точными, обеспечивая посадку с малыми зазорами (шестой – седьмой квалитеты точности, посадки Н/h, Н/g или H/f). Точность по боковым сторонам шлицов для первых двух типов соединений выполняют примерно на два квалитета грубее (7 – 9) и посадку с несколько большим зазором. Диаметр, по которому центрирование не происходит, выполняют по квалитетам 10 – 12, обеспечивая зазор в несколько десятых миллиметра.

Итак, мы пришли к выводу, что первоначальная точность шлицевого отверстия в результате последующей обработки фланца нарушилась. Это вызывает необходимость выполнить операцию прошивания отверстия. Прошивка по конфигурации поверхностей сходна с протяжкой, только короче по длине, имеет меньшие подъемы зубьев и шаги, так как призвана снимать малые припуски. Прошивку, установленную вертикально в центра пресса, проталкивают через отверстие. Заготовка свободно лежит на площадке, перпендикулярной оси прошивки. Центрирование заготовки относительно режущего инструмента обеспечивается силами резания. Это происходит только при наличии припуска, т.е. в местах, где отверстие, например, в результате термообработки зубчатого венца, сжалось, а в местах, где припуск отсутствует, определенности в положении заготовки нет.

Следовательно, невозможно добиться высокой точности шлицевого отверстия при центрировании по наружному диаметру. Если фланец является заготовкой зубчатого колеса, то это станет причиной невозможности получить высокую точность при зубошлифовании, так как качество этого вида обработки в значительной степени зависит от качества базы, которой является отверстие. Справедливо мнение, что изготавливать зубчатые колеса со шлицевым отверстием при центрировании по наружному диаметру точнее 7 степени точности вообще невозможно.

Считается, что центрирование по внутреннему диаметру лишено описанных недостатков. В отверстии оставлен припуск, при снятии которого можно ликвидировать погрешности по внутреннему диаметру. В большинстве случаев этот припуск снимается шлифованием. При этом нужно обеспечить соосность обрабатываемой поверхности относительно имеющихся пазов шлицевой поверхности. Однако выполнить это не просто.

Во-первых, пазы – это закрытые поверхности, непосредственная выверка по ним невозможна.

Во-вторых, шлицевые поверхности претерпели деформирование, и судить о положении единой оси, которая должна быть общей осью всех пазов, можно только с большой долей приближенности.

Многие изготовители выверяют заготовку по внутреннему диаметру и шлифуют его. Но ведь предшествующая деформация «развела» ось отверстия и номинальную единую ось пазов. Комплексный калибр не входит в отверстие. Приходится с помощью специальной прошивки расширять ширину пазов, добиваясь, что фланец садится на вал. Однако, высокое качество соединения вала и фланца при таком подходе не обеспечено, так как несоосность между отверстием и единой осью пазов приведет к деформациям элементов соединения под нагрузкой.

На Рязанском станкозаводе проблема успешно решена в технологии изготовления зубчатых колес.

После закалки ТВЧ зубчатого венца боковые стороны пазов шлицевого отверстия поправляют прошиванием. Затем деталь одевают на специальную центровую оправку, на которой она базируется только по боковым сторонам пазов, а по наружному и внутреннему диаметрам имеется зазор. Оправка имеет зубья шлицов с уклоном по ширине зубьев, уклон на сторону 1:5000. На входе, с той стороны, где деталь одевают, ширина зуба равна номиналу, а на выходе на 0,1 мм больше. Примерно посредине оправки возникает натяг между пазами детали и зубьями оправки.

Оправку с деталью устанавливают в центра круглошлифовального станка и шлифуют на детали две технологические поверхности: цилиндрическую и торцовую. Тем самым обеспечивается соответственно соосность и перпендикулярность этих поверхностей и единой оси боковых сторон пазов.

При внутреннем шлифовании отверстия в детали указанные две поверхности используют в качестве промежуточных технологических баз. При наличии высокоточного зажимного самоцентрирующего патрона поверхности можно сопрягать с поверхностями зажимных кулачков. Еще более высокую точность обеспечит выверка детали по этим поверхностям при закреплении в четырехкулачковом патроне с независимым перемещением кулачков.

В результате внутреннего шлифования достигается высокая точность, которая подтверждается не только контролем комплексным калибром, но и проверкой отдельных элементов шлицевого отверстия.