Раздел 3. Технология изготовления

типовых деталей

19. Разработка технологий изготовления валов

Классификация валов. Валы предназначены для передачи крутящих моментов. Валы классифицируются по служебному назначению, конструк­тивной форме, размерам и материалу. По форме валы делятся на ступенчатые, цельные и пустотелые, гладкие и шлицевые, валы-шестерни и др. По форме геометрической оси валы могут быть прямыми, коленчатыми, кривошипными и эксцентриковыми (кулачко­выми). Свыше 85 % общего количества типоразмеров ступенча­тых валов в машиностроении составляют валы длиной от 150 до 1000 мм [51]. Шлицевые валы могут быть со сквозными и закрытыми шли­цами (65 % общего количества). Шлицы могут быть прямобочными (до 85-90 %) и эвольвентными.

Материалы заготовок. Валы изготовляют из конструкционных и ле­гированных сталей, которые обладают высокой проч­ностью, хорошей обрабатываемостью, малой чувствительностью к концентрации напряжений. Для износостойких валов применяются стали 35, 40, 45, 40Х, 50Х, 40Г2 и др. с термической обработкой.

Способы изготовления заготовок. В мелкосерийном и единичном произ­водстве, при небольшой разнице диаметров ступеней, заготовки изготавливают отреза­нием от кругляков или прутков. В крупносерийном производстве при небольшой разнице диаметров заготовки изготавливают обжатием на ротационно-ковочных машинах и поперечно-винтовой прокаткой; а при большой разнице – ковкой и штамповкой.

Технология обработки ступенчатых валов. Проектирование технологического процесса изготовления вала начинается с детального изучения служебного назначе­ния поверхностей вала. Устанавливается взаимосвязь между поверхностями вала.

Основными базами при обработке большинства валов являются поверхности его опорных шеек и цетровые отверстия.

а)

ж

з

б

в

и

г

к

л

д

е

Рис. 18.1. Схемы ступенчатых валов, классификационные по форме: а – без центрального отверстия шлицев и без зубчатых колес; б – вал без центрального отверстия со шлицами; в, г – вал-шестерня без центрального отверстия без шлицев; д – вал-шестерня цилиндрический без центрального отверстия со шлицами; е – вал-шестерня конический без центрального отверстия со шлицами; ж – вал с центральным отверстием без шлицев и без зубчатых колес; з – вал с центральным отверстием со шлицами; и – вал-шестерня с центральным отверстием со шлицами; к – вал-шестерня с центральным отверстием со шлицами; л – вал-рейка с центральным отверстием

При шлифования используют центровые отверстия с обоих торцов заготовки. В связи с этим механическую обработку валов начинают с подрезания торцов и их зацентровки. В зависимости от типа производства эту операцию выполняют на токарных, револьверных, центровальных и фрезерно-центровальных станках. Наружные поверхности ступенчатых валов обтачивают на токарных, токарно-копировальных, горизонтальных многорезцо­вых станках на вертикальных одно шпиндельных и много шпин­дельных автоматах, токарных станках с ЧПУ, токар­ных станках с копировальными устройствами.

При обработке ступенчатых валов в центрах для выдержи­вания линейных размеров от постоянной базы реко­мендуется применять пла­вающие передние центра с упором торца заготовки от которого проставлен конструктивный монтажный размер. Это позволяет предотвращать погрешности базирования. В мелкосерийном производстве для сокращения времени наладки гидравлических суппортов (до 80-85 %) целесообразно применять групповую обработку деталей, различающихся размерами в пределах группы. Токарно-копировальные станки на 50-80 % производительнее универсальных токарных.

В серийном и - крупносерийном производствах для обработки жестких валов по 9 - 11-му квалитетам ши­рокое распространение находят многорезцовые и токарно-копировальные станки, полуавтоматы и автоматы.

В мелкосерийном производстве целесообразно применение универсальных токарных станков с программным управлением типа 16К20ФЗС5. Они обеспечивают обтачивание ступенчатых валов по автоматическому циклу с быстрой переналадкой на раз­личные размеры.

Обработка шлицев и шпоночных пазов на валах. Технологический процесс обработки шлицев зависит от метода центрирования шлицевого соединения и термической обработки. Шлицы нарезают фрезерованием, строганием, протягиванием и холодным накатыванием. В неавтоматизированном серийном производстве шлицы нарезают на шлицефрезерных или зубофрезерных станках червячной фрезой методом обкатки. Метод трудоемкий, выполняется при скорости V=20-30 м/мин с подачей S=20 мм/мин. В качестве технологических баз обычно используются центровые отверстия. Валы с короткими опорными шейками, со стороны шлицов базируются в шпинделе станка по шлифованной опорной шейке в специальной оправке с обратным конусом.

Шлицы закаленных валов с центрированием 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. Режимы резания для среднеуглеродистой стали: для чернового фрезерования V=30-40 м/мин и S=150-190 мм/мин, для чистового фрезерования V=150-180 м/мин и S=0,3-0,5 мм/зуб.

Строгание шлицев применяют для закрытых и внутренних шлицев набором фасонных резцов. Шлицестрогание выполняют на станке МА4, предназначенном для обработки валов диаметров 20-50 мм, длиной до 435 мм, с длиной обрабатываемой части 70-370 мм. Метод позволяет вести обработку шлицев на валах, имеющих уступы с увеличением диаметров на 25-30 мм больше обрабатывае­мого.

Протягивание шлицев произ­водят двумя блочными протяжками одновременно двух диаметрально противоположных впадин на валу с последующим поворотом вала на определенный угол. Блок протяжки состоит из набора резцов-зубьев, которые могут независимо перемещаться в радиальном направлении. Резцы затачивают комплектно и устанавливают в блоки в спе­циальном приспособлении. Разность диаметров ступеней, не более 25-30 мм. По производительно­сти строгание и протягивание шлицев производительнее фрезерования в 3–5 раз.

Холодное накатывание шлицев осуществляется без снятия стружки, в основном эвольвентного профиля. Накатка выполняется роликами, рейками и много роликовыми профильными головками. Уплотнение слоя металла при накатывании повышает проч­ность на 10-20 % шлицевых валов. Холодное накатывание выполняется в центрах с упором в торец.

Шпоночные канавки обрабатывают на обычных фрезер­ных горизонтальных или вертикальных станках, на спе­циальных станках, работающих по маятниковому методу, сня­тием специальными двух зубовыми пальцевыми фрезами небольших слоев металла за каждый рабочий ход. Маятниковый метод обработки шпоночных канавок обеспечивает высокую точность и качество. Наиболее производительный метод фрезерования сквозной шпоночной канавки – с помощью дисковой фрезы.

Нарезание резьбы на валах. Резьбы по точности нормируются степенями точности с 3 по 10 в порядке убывания точности, разбиты на три класса: точный, средний и грубый). Степени точности нормируют средний диаметр профиля резьбы [51].

Нарезание резьбы осуществляется лезвийным и абразивным инструментами на станках. Малые диаметры резьбы (до 8–10 мм) нарезаются вручную метчиками и плашками; большие диаметры – на станках специальным инструментом.

Плашки применяются для нарезания наружных резьб небольшого диаметра: вручную до диаметра 8–10 мм; с применением станков — до 14–16 мм. Плашки устанавливаются перпендикулярно оси профиля резьбы на станках в специальных патронах и закрепляются винтами.

Самооткрывающиеся головки применяются для нарезания более точных наружных резьб с более высокой производительностью на токарных автоматах и полуавтоматах в серийном и массовом производствах.

Резцы и резьбовые гребенки применяются для нарезания наружных и внутренних точных резьб большого диаметра в ответственных деталях на токарных станках за несколько ходов. Достоинством метода является универсальность и высокая точность, недостатком — низкая производительность. Нормативная стойкость метчиков, плашек и резьбовых головок из быстрорежущей стали равна от 90–100 до 240–270 мин, при скорости резания V 4 м/мин конструкционных сталей с 750МПа; винторезными головками V 15–20 м/ мин [51].

Вихревым методом нарезаются резьбовые поверхности среднего и большого диаметров одним или несколькими резцами. Метод обладает высокой производительностью.

Резьбовые гребенки круглые и призматические, шириной не менее шести шагов профиля резьбы, применяются для нарезания резьбы несколькими зубьями гребенки, поэтому число рабочих ходов снижается до одного, производительность повышается.

Профильная дисковая и гребенчатая фреза применяются в серийном и массовом производствах для нарезания наружных и внутренних резьб на резьбофрезерных станках. Дисковая резьбовая фреза применяется при нарезании резьб с большим шагом и круглым профилем, для предварительного нарезания трапецеидальных резьб за несколько ходов с невысокой производи­тельностью.

Метчики применяются для нарезания внутренней сквозной и глухой резьбы ручным методом (диаметре до 8–10 мм) и машинными метчиками на револьверных станках, токарных автоматах и полуавтоматах Применяются жесткие, плавающие и самовыключающиеся патроны.

Таблица 20.1