Материалы и способы получения заготовок

Для изготовления валов используют в основном конструкционные и легированные стали 40, 30, 45, 50 по ГОСТ1050-94 и 40Г, 40ХН, , 50Х, 40Г2 по ГОСТ4543-71.

Требования к материалам - высокая прочность, хорошая обрабатываемость, малая чувствительность к концентраторам напряжений, стабильность пригодность к ТО (однородность внутренних свойств).

Легированные стали чаще используют для ответственных валов.

Выбор материала зависит от служебного назначения вала.

Производительность механической обработки валов во многом зависит от вида материала, размеров и конфигурации заготовки, а также от типа производства.

Исходные заготовки в мелкосерийном производстве – из горячекатаных или холоднотянутых прутков (проката).

Валы сложной конфигурации с большим числом ступеней при больших программах выпуска получают методами пластического деформирования (ковка, штамповка).

Процесс получения исходных заготовок ступенчатых валов чаще сопровождается деформированием.

Важным показателем ТП (особенно при больших объемах выпуска является коэффициент использования материала.

1.Горячекатанный прокат применяется при изготовлении валов d = 25-50 мм

= 0,35.

2.Калиброваный холоднотянутый прокат применяется преимущественно для гладких валов d 80 мм.

3.Прокат переменного профиля применяется для валов с большими перепадами диаметров (крупносерийное, массовое производство).

4.Ротационная ковка - в крупносерийном и массовом производстве.

Сущность метода - в периодическом обжатии и вытягивании по уступам отрезанной от прутка цилиндрической заготовки путем большого числа последовательных и быстрых (примерно через 0,01 с) ударов несколькими специальными матрицами. При этом, материал пластически деформируется и течет в осевом направлении, уменьшая поперечное сечение заготовки и придавая ей нужную форму.

Км =до 0,95.

После радиального обжатия максимальная точность ±(0,02-0,20) мм и шероховатость Ra=0,63-0,32 мкм.

Схема радиального обжатия	Схема поперечно-винтовой прокатки вдоль переменного сечения по длине на трехвалковых станах

5.Горячая штамповка в закрытых штампах.

Обычно применяется при диаметре d > 50 мм ( в мелкосерийном пр-ве).

Заготовки для крупных валов получают в виде отливок, ковкой и сваркой.

Определяющими условиями выбора и материала и метода получения исходных заготовок валов являются технико-экономические расчеты: (сравнение вариантов по себестоимости).

Черновые и чистовые методы.

ОБРАЗОВАНИЕ ШЛИЦ НА ВАЛАХ

По конструкции шлицы могут быть прямобочными и эвольвентными.

Шлицевое соединение с прямобочными шлицами можно выполнить с центрированием втулки по внутреннему и наружному диаметрам вала, а соединение с эвольвентными шлицами центрируют по профилю.

1.Фрезерование червячными фрезами.

Применяется в серийном производстве.

Рекомендуемая скорость резания м/мин (Р18), м/мин (Р9Ф5).

2.Фрезерование фасонными фрезами.

Более производительнее в 3-4 раза. Sмин = 150 мм/мин.

3.Шлицестрогание

А)одновременно всех впадин.

Скорость резания м/мин. Подача S =0,05-0,1 мм/дв.х.

Шероховатость Ra= до 1,25мкм, производительность в сравнении с №1 в 6-8 раз больше.

Инструмент очень дорогой, сложность в настройке станка. Применяют при больших программах выпуска.

Стоимость оснастки 25% от стоимости станка.

За каждый двойной ход резцы сходятся радиально на заданную величину подачи.

Б) Шлицестрогание на станке МА4 для обработки валов диаметров 20-50 мм, длиной до 435 мм, с длиной обрабатываемой части 70-370 мм.

Метод позволяет вести обработку шлицев и на валах, имеющих уступы диаметром на 25-30 мм больше обрабатываемого, что невозможно другими методами. Шероховатость поверхности Ra=2,5-1,25 мкм.

4.Протягивание шлиц. Применяется при диаметрах свыше 30 мм.

Глубина шпоночного паза – до 4-5 мм. Производительность метода примерно равна строганию.

Применяют в крупносерийном, массовом производстве.

5.Накатка шлиц.

Может выполняться рейками или роликами.

Рейками - применяют при модуле меньше 1,5 мм и длине шлиц l< 30 мм.

Производительность в сравнении с шлицефрезерованием примерно в 10-20 раз больше.

Применяют при d=30-40 мм, основное время То =6с, m< 2,5 мм, l<250 мм.

Производительность в 8-10 раз больше, чем №1.

Накатка выполняется роликами, рейками и многороликовыми профильными головками.

Режимы: окружная скорость роликов 15-20 м/мин при диаметре начальной окружности 200 мм; осевая подача 150-200 мм/мин.

Твердость не - более НВ 220. Погрешность шага не более 0,03 мм; накопленная погрешность шага 0,05-0,1 мм; шероховатость Ra=0,63-0,32 мкм.

Шлицы закаливаемых валов и центрируемые по наружной поверхности обрабатывают в такой последовательности:

• фрезерование шлицев с припуском под шлифование боковых поверхностей;

• чистовое шлифование боковых поверхностей шлицев после термической обработки и чистового наружного шлифования.

Обработка шлицев незакаливаемых валов ограничивается только чистовым фрезерованием после чистового шлифования наружной поверхности.

Шлицы, центрируемые по внутреннему диаметру, обрабатывают в такой последовательности:

• фрезерование шлицев с припуском под шлифование;

• фрезерование канавок для выхода круга при шлифовании центрирующей поверхности по внутреннему диаметру (в случае, если канавки не обработаны на первой операции фрезой совместно с шлицами);

• чистовое шлифование боковых поверхностей и центрирующей поверхности по внутреннему диаметру после термической обработки.

Высокопроизводительно холодное накатывание эвольвентных шлицев на валах по планетарному методу.

Формирование профиля производится двумя роликовыми головками, имеющими встречное вращение. Головки, оснащенные накатным инструментом, располагают встречно и приводят в действие двумя двигателями. Профильные ролики 3 одновременно и синхронно внедряются во вращающуюся вокруг своей оси заготовку 2. При этом частоты вращения накатных головок и заготовки согласуют друг с другом с учетом числа изготовляемых зубьев (рис. б). Одновременно производится непрерывная подача заготовки в осевом направлении.

Шпоночные пазы в зависимости от их формы обрабатывают пальцевыми или дисковыми фрезами. Точность глубины шпоночных канавок и параллельность образующих их поверхностей относительно оси вала во многом зависят от выбора технологических баз для установки вала на станке.

Шпоночные канавки обрабатывают либо на обычных фрезерных станках (горизонтальных или вертикальных), либо на специальных станках, работающих по маятниковому методу, снятием специальными двухзубыми пальцевыми фрезами небольших слоев металла за каждый рабочий ход. При этом методе обработки шпоночные канавки получаются высокого качества.

Наиболее производительный метод фрезерования сквозной шпоночной канавки — с помощью дисковой фрезы напроход.

ИЗГОТОВЛЕНИЕ РЕЗЬБ НА ШЕЙКАХ ВАЛОВ.

1.Плашками.

Применяют чаще всего на концевых шейках, в единичном и мелкосерийном производстве;

Скорость резания м/мин, М20–8g.

2.Обработка самооткрывающимися резьбонарезными головками.

Применяют в крупносерийном и массовом производстве.

Точность –6g (6h), м/мин.

3.Одиночные резцы.

Применяют в серийном, крупносерийном производстве.

м/мин.

4.Резьбофрезерование.

Производительность в 3-5 раз выше, чем у резцов. Точность профиля– 6h–6g.

5.Накатывание резьб (при НВ< 200)

Применяется при больших программах выпуска.

Точность резьбы 6h-6g (4h–4g), Ra =0,63-0,32 мкм

Преимущественно применяют для накатки резьб с мелкими шагами.

6.Шлифование резьб.

Применяют для особоточных валов чаще всего из труднообрабатываемых материалов или прошедших термообработку.

Отклонение по шагу резьбы - не более 3-5 мкм.

Для шагов резьбы менее 1,5 мм резьбошлифование применяют без предварительной нарезки.

ТИПОВАЯ СХЕМА ОБРАБОТКИ НАРУЖНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ТЕЛ ВРАЩЕНИЯ

Черновая токарная обработка (12кв. Rz=320-80)	Черновая токарная обработка (12кв. Rz=320-80)	Черновая токарная обработка (12кв. Rz=320-80)
Чистовая токарная обработка 9-11 кв. Rz=20-10	Чистовая токарная обработка 11 кв. Rz=40-20	Чистовая токарная обработка 11 кв. Rz=40-20
Шлифование средней точности 7-8 кв. Rz=2,5-1,5	Тонкая токарная обработка 7-8 кв. Rz=10-5	Термообработка HRC > 40
	Окончательная токарная обработка 6 кв. Rz=0,32-0,16	Черновое шлифование 9-10 кв. Rz=20-10
	Чистовое шлифование 6-7 кв. Rz=2,5-1.25	Чистовое шлифование 6-7 кв. Rz=2,5-1.25
	Окончательное шлифование 6 кв. Rz=0,32-0,16	Окончательное шлифование 6 кв. Rz=0,32-0,16
	Притирка 5 кв. Rz=0,16-0,01	Суперфиниширование 6 кв. Rz=0,16-0,01

Rz 4Ra. Начиная с 7-го квалитета в сторону увеличения точности Rz=5Ra.

МЕТОД РАЗМЕРНОГО СОВМЕЩЕННОГО ОБКАТЫВАНИЯ (РСО)

Сущность. При традиционной обкатке поверхности детали методами ППД поверхностный слой упрочняется и частично разрушается, что приводить к снижению коррозийной стойкости и значительному количеству микротрешин.

С целью устранения и уменьшения влияния частичного разрушения поверхностного слоя профессор В.М.Смелянский предложил подрезать резцом образовавшуюся "волну" металла перед деформирующим роликом (метод РСО).

Материалы:	ролика - ШХ15, Х18Н9ЮГТ, резца - Т15Кв
	обрабатываемые - низко и среднеуглеродистые стали.
	Радиус ролика Rпр=3..8мм
	Расстояние между роликом и резцом - l=15..20мм
	Режим обработки: V=60-120м/мин, S=0,3-1,0мм/об.
	Величина подъема металла: а=0,1- 0,5мм
	Глубина деформации (упрочнение): hg=0,05-1,0мм
	Технологические возможности:
	14кв+черновое точение +РСО – 7-8кв Ra=0,16..1,25мкм, 10кв+РСО- 7 кв., 17кв+черновое точение + РСО – 8-9кв. Глубина упрочнения слоя может достигать h=до 10мм.
	Вид остаточных напряжений: до 70% напряжения сжатия Износостойкость сравнении с ППД в 1,5 раза выше. Внедрено и используется: АЗЛК, УАЗ, Брянский завод транспортных машин и др.
	Целесообразная область применения: длинномерные детали типа валов, работающие в условиях повышенного износа.

ШЛИФОВАНИе ШЕЕК И ШЛИЦ СТУПЕНЧАТЫХ ВАЛОВ

Для жестких валов применяют метод поперечной подачи с базированием в центрах (Вкруга=150-250).

Время шлифовки сокращается в 1,5 раза, но для большей производительности рекомендуется скоростное шлифование V=40 м/с.

В случае больших программ выпуска - применяется многокамнеевое шлифование. Кроме того используют средства активного контроля.

Для достижения Ra<0,32 мкм используются следующие отделочные методы: 1) Притирка, 2) Суперфиниширование, 3) Тонкое шлифование.