1.8.10 Докумеhтация техhологических процессов мехаhической обработки
При проектировании технологического процесса изготовления какой-либо машины для каждой детали, входящей в эту машину, составляют следующие карты на механическую обработку:
Маршрутная карта (см. ГОСТ 3.1404-71) содержит описание технологического процесса изготовления и контроля изделия по всем операциям различных видов работ в технологической последовательности с указанием данных по оборудованию, оснастке, материальным и трудовым нормативам.
Операционная карта (см. ГОСТ 3.1404-71) содержит описание операции технологического процесса изготовления изделия с расчленением по переходам и указанием соответствующих данных по оборудованию, оснастке и режимам резания.
Карта эскизов (см. ГОСТ 3.1404-71) содержит графическую иллюстрацию технологического процесса (операцию) изготовления изделия.
В единичном и мелкосерийном производствах, когда технологические процессы не разрабатывают подробно, а ограничиваются установлением порядка и перечня маршрутных операций составляют маршрутные карты.
В крупносерийном и массовом производствах для детальных расчетов по нормированию в дополнение к маршрутным картам механической обработки составляют еще операционные карты на каждую операцию. В них подробно указывается, как надо производить обработку по каждому переходу, с какими режимами, какая установлена норма времени обработки и т. д. Эти карты могут сопровождаться эскизами, иллюстрирующими обработку, схемами наладок станка, схемами, указывающими приемы управления станком, что изображается на картах эскизов.
Технологическая карта механической обработки обычно состоит из двух основных частей: первой (верхней) части лицевой стороны карты, в которой помещаются все необходимые сведения об изготовляемой детали и заготовке для нее, а также чертеж (эскиз) детали, и второй (нижней) части лицевой стороны карты, в которую вписываются проектируемые план обработки и все относящиеся к нему расчеты (продолжение этой части помещается на оборотной стороне карты).
Hижняя часть карты содержит графы для описания проектируемого технологического процесса с подразделением на операции, установки, переходы, позиции с указанием необходимых станков, приспособлений, режущего и измерительного инструмента, а также с указанием расчетных размеров обрабатываемых поверхностей, режимов резания, норм времени по основным элементам, разрядов (квалификации) работы и потребного количества станков по операциям длы выполнения годового задания.
К технологической карте прилагаются чертежи (эскизы) технологических наладок по операциям или переходы и позициям, иллюстрирующие положение и крепление детали при обработке, положение, крепление и тип инструмента, применяемое приспособление и обрабатываемую поверхность.
1.9 Технология изготовления типовых деталей машин
1.9.1 Технология изготовления валов
Общие сведения
По форме геометрической оси валы бывают прямые, коленчатые, эксцентриковые (кулачковые).
Прямые валы бывают гладкие, ступенчатые, с фланцами и буртами; сплошные и полые, валы-шестерни и т. п. Наибольшее распространение получили ступенчатые прямые валы. При переходе от одной ступени к другой на таких валах делают галтели (округление внутренних и внешних углов на деталях машин) или канавки. Шейки валов могут иметь шпоночные канавки, шлицы или резьбу. Торцы валов целесообразно изготовлять с фасками.
По технологическому признаку валы подразделяются:
а) валы, длина которых не превышает двенадцатикратной величины диаметра (L<=12D) , считают жесткими;
б) при L>12D валы относят к нежестким деталям и об работка их производится с люнетом.
Технологические требования к изготовлению прямых валов.
Технологические условия изготовления деталей типа валов характеризуются следующими данными:
1. Диаметральные размеры шлифовальных посадочных шеек выдерживаются по 6-му или 8-му квалитету, а в отдельных случаях по 5-му квалитету точности.
2. Овальность и конусность цилиндрических гладких валов и цилиндрических шеек ступенчатых валов должны находиться в пре делах 0.25-0.5 допуска на диаметральные размеры. Биение посадочных шеек относительно базирующих не должно превышать 10-30 мкм.
3. Отклонение от параллельности шпоночных канавок или шлиц оси вала не превышают 0.1 мкм на 1 мм длины.
4. Допуски на длину ступеней находятся в пределах 50-200 мкм.
5. Шероховатость поверхности посадочных шеек находится в пре делах 7 - 10-го класса (Ra=0.63-1.25).
Материал
Материалом для валов служат различные углеродистые, марганцевистые, хромистые и другие конструкционные стали марок: 35, 40, 45, 40Г, 50Г, 40Х, 40ХН, 12ХН2 (хромоникелевые) и др.
Для прокатных валов, шпинделей металлорежущих станков и ряда других деталей применяют также высококачественный чугун.
Базирование
При обработке на центрах, когда один центр нежесткий, может быть погрешность даже при совмещении центров из-за упругих отжатий. Во избежание нежелательных упругих отжатий обрабатываемых заготовок необходимо выбранные режимы резания и главным образом, подачу проверить с учетом заданной точности и жесткости системы СПИД, а также условий закрепления вала.
Чтобы значительно сократить погрешности обработки из-за нагревания заготовок необходимо ставить упругий задний центр.
При любом способе установки вала для обработки наружных поверхностей вращения базирующим элементом является ось вращения заготовки. При обработке шпоночных пазов за базу применяются наружные поверхности вращения, которыми заготовка устанавливается в призмы и ориентируется в осевом направлении одним из концов или торцом одной из ступеней.
При обработке полых валов производится базирование по центральному отверстию вала с установкой на грибковые опоры или пробки с центровыми отверстиями.
При базировании заготовки по наружной поверхности вращения с установкой в патроне и заднем центре могут возникнуть погрешности установки от смещения оси заготовки в радиальном направлении относительно оси вращения и от смещения заготовки вдоль оси.
Технология обработки валов, как и выбор оборудования, зависит в основном от конфигурации, размеров и жесткости деталей, а также от из заданного выпуска.
ИЗГОТОВЛЕНИЕ СТУПЕНЧАТЫХ ВАЛОВ
Ступенчатые валы, валы-шестерни, а также валы с уступами, фланцами и буртами обрабатывают по одному и тому же технологическому маршруту.
Заготовки: в единичном и мелкосерийном производствах получают отрезкой от проката или свободной ковкой в зависимости от конфигурации и размеров вала.
При крупносерийном и массовом производствах заготовки получают методами пластической деформации (ковкой, штамповкой, обжатием на ротационных машинах) и литьем.
Маршрут изготовления
Рис.1 Схема вала
1. Отрезка заготовки.
Заготовки валов отрезают на пилах: дисковых, ножовочных, ленточных, на токарно-отрезных станках (с одним или двумя отрезными резцами); отрезных автоматах.
2. Центрование.
Центровые отверстия (ГОСТ 14034-68) могут выполняться без предохранительного конуса (рис. 2а) или с предохранительным конусом (рис. 2б).
1. Избежать появления заусенцев при износе;
2. Предохранить центровые отверстия при случайном повреждении торцов;
3. Иметь возможность подрезать торцы.
Центровые отверстия без предохранительного конуса имеют о цилиндрическую часть и коническую поверхность с углом конуса 600.
Центровые отверстия с предохранительным конусом имеют вторую коническую поверхность с углом 1200.
Центрование заготовок в единичном производстве производится на токщрных, револьверных и сверлильных станках (токарно-револьверный станок с револьверной головкой (горизонтальная, вертикальная или накладная) более производительней, чем токарный, т. к. быстро заменяется инструмент). В серийном и массовом производствах - на специальных одно- или двусторонних центровочных станках (центровальный станок - специализированный станок сверлильной группы), а также фрезерно-центровочных станках. Двусторонние центровочные станки центруют оба конца вала одновременно. На фрезерно-центровочных станках (рис. 3а) у заготовки сначала фрезеруют торцовые поверхности с обоих концов, после чего сверлят отверстия.
Центрование заготовок производится либо двумя инструментами: спиральным сверлом и зенковкой (рис. 4а); либо специальными комбинированными центровочными сверлами (рис. 4б). В настоящее время все большее применение находит метод обработки торцов и центрирование заготовок с помощью одного или двух широких твердосплавных резцов, устанавливаемых вместе со стандартным комбинированным центровочным сверло и в специальной инструментальной головке (рис. 5б).
а) б)
Рис.2 Центровые отверстия
а) б)
в)
Рис.3 Способы базирования валов
600
а) б)
Рис.4 Схема вала
Рис.5а
Рис.5б
ОБРАБОТКА НАРУЖНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ
В единичном производстве обработка проводится на универсальных токарно-винторезных станках.
Обтачивание на токарных станках длинных нежестких валов (с отношением длины к диаметру большими 12) производится с применением люнетов (неподвижных и подвижных). Неподвижный люнет устанавливается на станине станка, подвижный - на каретке станка (каретка - часть суппорта, передвигающаяся по направляющим).
Обтачивание вала обычно разделяется на две стадии: черновое (предварительное) и чистовое (окончательное) обтачивание.
При черновом обтачивании снимают большую часть припуска; обработка производится с большей глубиной резания и большей - 32 - подачей.
Черновое обтачивание ступенчатых валов, изготавливаемых из круглого проката, можно проводить по разным схемам (рис. 6):
1 2 3 4 3 2 1 1 3 2
а) б) в)
Рис.6 Схема вала
а) каждая ступень обтачивается, начиная с торца;
б) каждая ступень вала обтачивается отдельно;
в) комбинированная схема обтачивания.
Принимается схема, обеспечивающая наименьшее время обработки.
При чистовом обтачивании выбор глубины резания и подачи зависит от квалитета точности и шероховатости поверхности.
В серийном и массовом производствах обработки наружных поверхностей ступенчатых валов производится на многорезцовых станках. Обычно на многорезцовых станках имеются два суппорта - передний и задний. Передний суппорт, имеющий продольное и поперечное движение служит для про дольного обтачивания заготовок; задний суппорт, имеющий только поперечное движение, предназначен для подрезания торцов, прорезания канавок, фасонного обтачивания. Схемы многорезцового обтачивания приведены на рис. 7.
а) б)
Рис.7
В серийном и массовом производствах широкое распростанение получило обтачивание ступенчатых валов на токарных станках с копировальными устройствами или на токарно-копировальных станках со следящей системой.
Рис.7в
ФРЕЗЕРОВАНИЕ ШПОНОЧНЫХ ПАЗОВ
Фрезерование шпоночных пазов производят на специальных шпоночно-фрезерных станках дисковой фрезой или на вертикально-фрезерных станках торцовой фрезой. Вал устанавливают шейками на призмах, выверенных на параллельность направлений движения подачи. (рис. 8).
Рис.8
НАРЕЗАНИЕ ШЛИЦ
Шлицевые поверхности валов по конструкции могут быть прямобочными и эвольвентными. Шлицевое соединение с прямобочными шлицами может осуществляться с центрированием втулки по внутреннему и наружному диаметрам вала. При эвольвентных шлицах центрируют по профилю.
Нарезание шлиц производится фрезерованием, строганием, протягиванием и холодным прокатыванием (в основном эвольвентных шлицев).
В единичном и мелкосерийном производстве применяют фрезерование и строгание шлиц. Фрезерование шлиц проводится на фрезерных станках с помощью дисковых фрез. Строгание шлиц проводится на строгальных станках с помощью фасонного резца.
Строгание шлиц эффективно проводить не одним резцом, а набором фасонных резцов, собранных в головке. Количество и профиль резцов соответствуют числу шлиц и профилю впадин между шлицами вала.
В крупносерийном и массовом производствах применяют протягивание шлиц. Протягивание шлиц осуществляется на протяжных станках с помощью протяжек. Протягивание шлиц в 5-10 раз производительнее, чем фрезерование и строгание шлиц.
Большие перспективы имеет метод холостого накатывания шлиц. Накатка осуществляется накатниками, рейками и многороликовыми профильными головками. По опытным данным накатанные шлицы при скручивании на 15-20% прочнее фрезерованных.
НАРЕЗАНИЕ РЕЗЬБЫ
Наружные остроугольные резьбы на валах нарезают плашками, резьбонарезными головками (простейшая резьбонарезная головка - круглая плашка. Резьбонарезная головка состоит из корпуса и резьбовых гребенок), резьбовыми фрезами и резцами (не производительно по сравнению с другими видами и применяется при обработке крупных деталей, которые на других станках трудно закрепить, или когда большой шаг и др.)
Внутреннюю резьбу на валах обычно нарезают машинными метчиками на резьбонарезных, сверлильных, револьверных станках, а также на полуавтоматах, автоматах, в зависимости от масштаба производства и имеющегося оборудования.
При нарезании глухих резьб для осуществления точной остановки подачи и вращения метчика применяют специальные самовыключающиеся патроны.
Обычно круглыми плашками нарезают резьбы невысокого класса точности - 3-го или ниже, а плашками с доведенными режущими кромками до высокой степени точности можно калибровать резьбы 2-го и даже 1-го класса. Резьбонарезные головки дают более производительный и точный способ нарезания резьбы.
ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА
Вид термической обработки валов и ее режим зависят от выбранной марки стали и требований, предъявляемых к валу. Создание высокой степени износостойкости поверхности опорных шеек и исполнительных поверхностей (поверхности внутреннего конуса и т.п.) лучше всего достигается применением поверхностной закалки. В этом случае сердцевина вала сохраняется не закаленной, что обеспечивает высокую первоначальную точность вала.
Поверхностная закалка может осуществиться несколькими способами: токами высокой частоты, термической обработкой, азотированием и т. д. Наибольшее распространение получила поверхностная, закалка токами высокой частоты. Преимущество этого метода заключается в кратковременности нагрева поверхностного слоя металла (от 5 до 20 сек); при этом на закаливаемой де тали почти совершенно отсутствует окалина. Глубина закаливаемого слоя металла составляет 1-5 мм с твердостью НРС 48-52 более высокой, чем она достигается другими способами закалки и отпуска. Нагрев закаливаемой поверхности осуществляется специальными индукторами. После термической обработки поверхности технологических баз необходимо промыть и очистить от окалины.
ШЛИФОВАНИЕ ВАЛОВ
Шлифование шеек валов обычно выполняется в две операции - предварительную и чистовую.
Валы шлифуют на круглошлифовальных станках методом продольной подачи (на проход) или методом поперечной подачи (врезанием с установкой вала на центрах).
Гладкие и ступенчатые валы большой длины шлифуют на бесцентрово-шлифовальных станках.
Точность шеек вала после шлифования зависит от состояния центровых гнезд вала и центров станка.
Перед чистовым шлифованием незакаленных валов и особенно валов, прошедших термическую обработку, часто вводят операцию правки центровых гнезд, при которой с помощью конусного абразивного круга или притира вновь придают конусу правильную форму.
Шлифование шлиц производят на шлифовальном станке профильным кругом или набором кругов. Вал устанавливают на жестких центрах; для выверки углового положения вала при установке применяют специальный шаблон.
а) б)
Рис.9. Шлифование валов
Технический контроль валов предусматривает проверку диаметров и длин ступеней, размеров щлицев и резьб. Эту проверку осуществляют предельными скобами, шаблонами, шлицевыми кольцами и резьбовыми скобами.
Для выявления биения шеек вала его укладывают на призмы базирующими шейками, щуп индикатора ставят на проверяемую шейку; разность наибольшего и наименьшего показаний индикатора при повороте вала определяет биение шейки. Параллельность шлицев оси вала определяют индикатором в двух крайних положениях при установке вала на призмах или в центрах.
Быстровращающиеся валы должны быть динамически отбалансированы; балансируют валы в сборе, предусматривая места для удаления металла. Причины неуравновешенности следующие: погрешность формы и несоосность шеек; несимметричное расположение массы вала и сопряженных деталей относительно оси вращения. Балансировку производят на специальных стендах и станках.
ИЗГОТОВЛЕНИЕ ГЛАДКИХ ВАЛОВ
Конструкция гладкого вала приведена на рис.
Заготовки.
Заготовками гладких валов служат калиброванные крутки или круги ( 8...10 квалитетов точности).
Маршрут изготовления:
1. отрезка заготовки по длине;
2. зацентровка и снятие фасок по концам на многошпиндельных или одношпиндельных отрезных станках в зависимости от программы;
3. предварительная обработка заготовок на токарном станке или бесцентрово-шлифовальном станке;
4. фрезерование закрытых шпоночных пазов на шпоночно-фрезерных станках, открытых шпоночных пазов - на горизонтально фрезерных станках; обработка пазов под сегментные шпонки - на специальных станках или на фрезерных станках с применением специальных устройств;
5. сверление поперечных отверстий, если они предусмотрены конструкцией, на многошпиндельных или одношпиндельных сверлильных станках в зависимости от числа отверстий и заданной программы;
6. термическая или химико-термическая обработка валов;
7. чистовое шлифование после термообработки на шлифовальных станках.
При обработке длинных гладких валов из горячекатанной стали их предварительно обтачивают на бесцентрообточных станках, а затем шлифуют на бесцентрошлифовальных станках или обкатывают роликами.
ИЗГОТОВЛЕНИЕ ПОЛЫХ ВАЛОВ
Конструкция полого вала приведена на рис.
Заготовки
В единичном производстве валы с центральными отверстиями изготовляют чаще всего из кругов или сплошных поковок.
Литьевые заготовки (обычно из чугуна) выполняют с отлитыми отверстиями.
Маршрут изготовления
1. Отрезка заготовки (если изготовление ведется из круга).
2. Предварительное обтачивание (с базированием в центрах) наружных поверхностей вращения (подготовка шеек вала под зажим в патроне и под люнет).
3. Сверление отверстия
Рис.
Для глубокого сверления применяют сверла для глубокого сверления (рис.); пушечные сверла (рис.) Для отверстий большего диаметра 75...100 мм и более применяют головки для кольцевого сверления или пустотелые сверла.
4. Чистовая обработка центрального отверстия. В зависимости от диаметра отверстия и предъявляемых требований применяют развертки, расточные резцовые головки и т. п.
5. Последующая обработка наружных поверхностей. Последующую обработку наружных поверхностей валов производят базированием по отверстию: для этого применяют пробки или крестовины, снабженные центровыми гнездами.