Изготовление валов
К основным конструктивным разновидностям валов относятся гладкие валы, ступенчатые односторонние и двухсторонние, фланцевые
Валы
диаметром
более
2000
мм
и весом
более
1т
выделяют
в группу
тяжелых
валов,
т.к. такие
габариты
и вес
оказывают
существенное
влияние на
построение
технологического
процесса,
выбор
оборудования
и методов
обработки.
Рис. 6.55. Основные разновидности валов
Гладкие, ступенчатые и тяжелые валы могут быть пустотелыми со сквозным
центральным
отверстием.
Различают
валы
жесткие и
нежесткие,
требующие
особых
способов
и приемов
обработки.
Жесткие
имеют
отношение
длины
к диаметру
l/d
12, нежесткие
l/d
12.
По длине валы подразделяют на размерные группы, определяющие выбор оборудования для обработки: 1 - до150мм; 2 - 150-500мм; 3 - 500-
1200; 4 - более 1200.
Основным материалом для изготовления валов является углеродистая и легированная конструкционная сталь, обладающая высокой прочностью, хорошей обрабатываемостью, малой чувствительностью к концентрации напряжений.
Для неответственных малонагруженных валов: Ст 5, Ст 6, Сталь15, А12, А35.
средненагруженных: Сталь 45, 50, 40Х крупных валов: 50Г2
для валов, работающих в тяжелых условиях: 20Х, 20ХГ, 18ХГТ, 12ХН3А, 20Х2Н4А
для валов, работающих в агрессивных средах и при повышенных температурах (до 1000 0 С) - 2Х13, 1Х18Н9, Х23Н18.
Для гладких валов в качестве заготовки применяют калиброванный прокат, для ступенчатых валов в единичном и серийном производстве - сортовой прокат или поковки, в крупносерийном и массовом - штамповки и поковки на горизонтально-ковочной машине. Заготовки для тяжелых валов получают свободной ковкой на ковочных прессах или тяжелых молотах.
Основные конструкторские базы валов – посадочные шейки выполняются по 6-7 квалиту, реже - по 5 квалитету, овальность и конусность шеек - в пределах допуска на диаметр, биение шеек - 0,01- 0,02мм, допуски на длину ступеней - 0,05-0,20мм, чистота посадочных шеек - Rа 0,63-0,08.
Для тяжелых точных валов овальность и конусность шеек 0,02-0,04 при диаметре 800-1000; торцевое биение фланцев 0,02-0,04 на радиусе до 800мм; искривление оси вала не более 0,005-0,01:1000; допуски на длину шеек 0,05-0,2; шероховатость шеек, галтелей, центрирующих буртиков и поясков Rа 0,63-0,08.
Рис.6.56. Основные формы центровых отверстий
Основными технологическими базами при обработке ступенчатых и тяжелых валов являются центровые отверстия. Если центровых отверстий нет в чертеже
- технолог вводит их в чертеж в соответствии с ГОСТ 14034-74 (рис.6.56). Форма А - для «сырых» валов, форма В - для термообрабатываемых. Если в чертеже сказано: «центровые отверстия не допускаются» - длину заготовки увеличивают на 2а,
обрабатывают вал в центрах, концы вала обрезают и зачищают.
Гладкие валы в крупносерийном и массовом производстве могут обрабатываться без центровых отверстий с использованием для шлифования бесцентрово-шлифовальных станков.
Типовой технологический маршрут обработки гладких валов представлен в табл. 6.5.
Технологический маршрут обработки гладких валов
-
Пр-во единичное
Пр-во серийное
Пр-во массовое
Примечание
Оп 05. Токарная:
установить деталь; подрезать торец; снять фаску; зацентровать; переустановить деталь; подрезать торец; снять фаску; зацентровать; переустановить деталь; проточить до патрона; переустановить деталь; проточить с припуском под шлифовку
Оп 05 Бесцентрово- шлифовальная Шлифовать начерно
Отрезка заготовки, подрезка торца и снятие фаски в серийном и массовом производстве в заготовительном отделении
Оп 10 Фрезерная
Оп 10
Верт- фрезерная Оп 11
Горизонт. фрезерная.
Оп 10
Шпоночно фрезерная Оп 11
Горизонт. фрезерная
Оп 10 - паз под призматическую шпонку
Оп 11 - паз под сегментную шпонку
Фрезеровать шпоночные пазы (при наличии)
Оп 15 Сверлильная
Оп 15 верт. Сверлиль-ная
Оп 15
Агрегат- ная
Сверлить поперечные и продольные эксцентричные отверстия; нарезать резьбу (при наличии).
Оп 20 Термическая
Оп 25 Шлифовальная Шлифовать начисто
Оп Бесцентро- шлифовальная Шлифовать начисто
Оп 30
Контрольная
Схема бесцентрового шлифования представлена на рис. 6.57.
Типовой технологический маршрут обработки односторонних ступенчатых валов представлен в табл. 6.6.
Рис. 6.57. Схема и рабочий цикл бесцентрового шлифования с продольной подачей:
1 - режущий круг; 2 - ведущий круг;
3 - обрабатываемая деталь; 4 - опорный нож;
lвх - передняя (направляющая) часть опорного ножа;
l — длина обрабатываемой детали; lпр - задняя (приемная) часть опорного ножа
Технологический маршрут обработки односторонних ступенчатых валов
Пр-во единичное Пр-во серийное Пр-во массовое Примечание
Оп 05 Токарная: Установить деталь; подрезать торец, снять фаску; зацентровать; переустановить деталь;
подрезать торец; снять фаску; зацентровать; переустановить
деталь; обточить большую ступень; переустановить деталь; обточить начерно по контуру.
Оп 05 Фрезерно- центровальная Подрезать торцы; зацентровать
Оп 10 Токарная с ЧПУ.
Обточить начерно большую ступень Оп 15 Токарная с ЧПУ.
Обточить начерно по контуру
Оп 05 Барабанно- фрезерная Подрезать торцы
Оп 10 Центровальная Зацентровать
Оп 15 Токарно- многорезцовая. Обточить начерно большую ступень Оп 20 Токарно- многорезцовая.
Обточить начерно по контуру.
Оп 10 Термообработка Оп 20
Термообработка
Оп25Термообработка Улучшение
Оп 15 Токарная Обточить по контуру начисто; нарезать резьбу
Оп 25 Токарная с ЧПУ.
Обточить по контуру начисто
Оп30 Токарно- гидрокопировальная. Обточить по контуру начисто
Оп 20 Фрезерная Оп30Верт- фрезерная.
Оп31Гор-фрезерная. Фрезеровать шпоночные пазы(при наличии)
Оп 25 Фрезерная Оп35Шлицефрезер-
ная Фрезеровать шлицы (при наличии)
Оп 35 Шпоночно- фрезерная.
Оп 36 Гор-фрезерная
Оп40
Шлицефрезерная
Оп 30 –
паз под призматичес- кую шпонку Оп 31 –
паз под сегментную шпонку
Оп40 Резьбофрезерная Оп45 Резьбофрезерная Фрезеровать резьбу
Оп 30 Сверлильная Оп45Верт-
сверлильная
Оп50 Агрегатная
Сверлить
поперечные
и
продольные
эксцентричные
отверстия;
нарезать
резьбу
(при
наличии).
Продолжение таблицы 6.6
Оп35Контрольная |
Оп50 Контрольная |
Оп55 Контрольная |
|
Проверить размеры, чистоту поверхностей и соответствие техническим условиям |
|||
Оп 40 Слесарная |
Оп55 Гальваническая |
Оп60 Гальваническая |
|
Резьбу от цементации предохранить |
|||
Оп 45 Термообработка |
Оп60Термообработ ка |
Оп65Термообработка |
Цементация |
Оп 50 Термообработка |
Оп65Термообработ ка |
Оп70Термообработка |
Закалка |
Оп55 Сверлильная |
Оп70Верт- сверлильная |
Оп75Центрошлифова ль |
|
Исправить центра |
|||
Оп60 Шлифовальная |
Оп75 Кругло-шлиф. |
Оп80 Кругло-шлиф. |
|
Шлифовать с припуском под чистовое шлифование |
|||
Оп65 Шлифовальная |
Оп80 Кругло-шлиф. |
Оп85 Кругло-шлиф. |
|
Шлифовать окончательно |
|||
Оп70 Шлифовальная |
Оп85 Шлице-шлиф. |
Оп90 Шлице-шлиф |
|
Шлифовать шлицы окончательно |
|||
Оп75 Контрольная |
Оп90 Контрольная |
Оп90 Контрольная |
|
Контроль окончательный |
|||
Маршрут обработки двухстороннего ступенчатого вала - аналогичен. Схема установки заготовки в патроне и неподвижном люнете с выверкой, Наладка фрезерно-центровального станка, наладка токарно- многорезцовых полуавтоматов для полной токарной обработки ступенчатого двухстороннего валика представлены на рис. 6.68, рис. 6.69,
рис. 6.60.
Рис.6.58. Схема установки заготовки в патроне и неподвижном люнете с выверкой
Рис. 6.59. Наладка фрезерно-центровального станка
Рис. 6.60. Наладка токарно-многорезцовых полуавтоматов для полной токарной обработки ступенчатого двухстороннего валика:
а - обработка одной стороны; б - обработка другой стороны
Токарно-многорезцовые полуавтоматы более производительны и менее точны по сравнению с токарно-копировальными станками. Поэтому они используются для черновой обработки. Токарно-копировальные станки - для чистовой. На токарно-многорезцовых обработка (черновая) выполняется в две операции на двух станках с различной наладкой: обработка с одной стороны и обработка с другой стороны. На токарно- копировальных станках возможна обработка в одну операцию с перестановкой детали и сменой копира.
После черновой обработки производится термообработка детали - улучшение или нормализация с целью повышения обрабатываемости.
В единичном производстве технологический процесс строится по методу концентрации операций. В серийном производстве по методу дифференцирования обработки. В массовом производстве возможно использование, как метода концентрации, так и метода дифференцирования. В первом случае токарная обработка выполняется на вертикальных токарно-многорезцовых полуавтоматах с двойной индексацией.
Наладка копировального полуавтомата и схема фрезерования шпоночных пазов представлены на рис. 6.61 и рис. 6.62.
Рис. 6.61. Наладка копировального
полуавтомата
для
обработки
конической
вал-шестерни
а - схема обработки одного конца (поверхности 10-13); / - валик крепления копиров; // - копиры;
б - схема обработки другого конца (поверхности 1-9).
а б в
Рис.6.62. Фрезерование шпоночных пазов:
а - на вертикально-фрезерном станке концевой фрезой;
б - на шпоночно-фрезерном станке шпоночной фрезой;
в - на горизонтально-фрезерном станке под сегментную шпонку.
Фрезерование по варианту а более производительно, но не позволяет получать мерный паз с оговоренными чертежом отклонениями по размеру
t. Шпонка подгоняется «по месту» припиливанием.
Резьба перед цементацией должна предохраняться от насыщения углеродом. В единичном и мелкосерийном производстве резьбовую поверхность оборачивают асбестом или нарезают после цементации, оставляя припуск больше толщины цементационного слоя. В серийном и массовом производстве - омедняют.
Типовой технологический процесс обработки тяжелых валов представлен в табл. 6.6.
Таблица 6.6 Технологический маршрут обработки тяжелых валов
-
№ операции
Содержание операции
Оборудование
Оп. 05 Отрезная
Установить деталь; обрезать конец вала; переустановить деталь; обрезать в размер по длине
Фрезерно-отрезной
Оп. 10 Слесарная
Разметить центровые гнезда; накернить
Плита контрольная, призмы, угольники,
Оп. 15 Расточная
Установить деталь; сверлить центровое гнездо с одной стороны; повернуть стол; сверлить центровое отверстие с другой стороны
Горизонтально- расточной
Оп. 20 Токарная
Установить деталь; обточить предварительно, промежуточно и окончательно с одной стороны; переустановить деталь; обточить с другой стороны
Токарно- винторезный; Токарный с двумя суппортами
Оп. 25 Слесарная
Разметить шпоночные пазы
Плита контрольная, призмы, угольники
Оп.30 Расточная
Фрезеровать шпоночные пазы
Горизонтально- расточой Токарный со
Оп.35.
Шлифовальная
Шлифовать поверхности, требующие абразивной обработки (Ra 1,25)
Круглошлифовальный Токарный со специальным
Оп.40. Слесарная
Притупить кромки, зачистить заусенцы
и др.
Оп.45.
Контрольная
Контроль окончательный
Плита контрольная
Перед пространственной разметкой поверхность покрывается суснецидилом мела (на 8 литров воды - 1кг мела и 50г столярного клея). Вал устанавливается в контрольные призмы на контрольной плите, штангенрейсмусом проводится горизонтальная риска. Вал поворачивается в призмах на 90 , проводится вторая риска, пересечение рисок накернивается. То же - для второго торца вала (рис. 6.63).
При разметке шпоночного паза штангенрейсмусом прочерчивают ось паза и продольные стороны. Продольный размер и расположение паза намечают штангенциркулем. Контур паза накернивается.
С=0,5(
C=0,5(A+B)
В
А С
Рис.6.63. Разметка центровых отверстий и шпоночных канавок
Зацентровка
тяжелых
валов выполняется
на горизонтально-
расточных
станках.
Вал
базируется
по наружным
поверхностям
в призмах.
Положение
шпинделя
станка
выверяют
по разметке.
Одно
(со
стороны
большего
диаметра
вала)
или
оба
центровых
отверстия
выполняют
с рабочим
конусом
90
. Получают
центровые
отверстия
формы
А за
два
(рис.
6.64) или
три
перехода:
сверление
меньшего
диаметра,
зенкование
рабочего
конуса и
зенкование
предохранительной
фаски
(для
формы
В).
Фрезерование шпоночных пазов производится на горизонтально- расточных станках с установкой в призмы и выверкой по разметке. Использование универсального приспособления на токарном станке сокращает перестановки детали, позволяет получить точный паз, в ряде случаев отказаться от разметки.
Рис. 6.64. Получение центрового отверстия диаметром 12мм формы А
Фрезерование шпоночных пазов производится на горизонтально- расточных станках с установкой в призмы и выверкой по разметке. Использование универсального приспособления (фрезерной головки) на токарном станке сокращает перестановки детали, позволяет получить точный паз, в ряде случаев отказаться от разметки (рис. 6.65).
Рис. 6.65. Внешний вид фрезерной головки для обработки шпоночных пазов
Рассматриваемая головка применяется для фрезерования шпоночных пазов шириной до 32 мм. Шпиндель головки получает вращение через промежуточную передачу от трехскоростного электродвигателя (рис. 6.66)
Рис.6.66. Схема фрезерной головки
типа А051-6/4/2, имеющего мощности 1,7/2,1/2,8 квт и скорости вращения 960/1440/2880 об/мин.
Вал установлен в центрах станка. От электродвигателя через клиноременную передачу вращение сообщается шкиву 1, посаженному на вал I, а от блока шестерен 14 и 13, который можно перемещать по шлицам вала II , шестерням 4 и 5, а следовательно, и валу IV. Вращение шпинделю III сообщается от шестерен 3 через паразитную шестерню 2, шестерню 6,
пазы которой связаны с муфтой 7-8 для возможности смещения шпинделя в радиальном направлении. Со шпинделем III связана втулка VI, на которую посажена гильза V. Последней передается вращение от вала II шестернями 11 и 10 и через вал IV шестернями 12 и 9.
Гильза V и втулка VI имеют отверстия, расположенные эксцентрично по отношению к внешней поверхности, с величиной эксцентриситета 1 мм. При установке втулку VI поворачивают внутри гильзы V с помощью червяка 15. Благодаря этому оказывается возможным смещение оси шпинделя III на величину эксцентриситета до 2 мм. Отсчет поворота производится по лимбу, и после его осуществления гильзу V стопорят.
При такой конструкции фрезе сообщается не только вращательное движение, но ее ось описывает круговую траекторию, что позволяет обеспечивать получение необходимой ширины паза за один проход.
Числа оборотов шпинделя III колеблются в пределах п = 160 - 2000 об/мин.
Отклонение по ширине обработанных пазов составляет 0,01 мм при чистоте поверхности Rа 1,25. При необходимости фрезерования в детали нескольких шпоночных пазов, расположенных под некоторыми углами один относительно другого, на планшайбе станка следует установить делительный механизм, или использовать методы деления при нарезании многозаходных резьб.