3.5..1. Типовой технологический процесс обработки деталей типа «Вал»

Служебное назначение, технические требования, материал и методы получения заготовок

Детали типа «вал» имеют длину, в несколько раз большую диаметра, об­разованы наружной цилиндрической и торцовыми поверхностями, имеющих общую ось вращения. Валы используются для передачи крутящего момента или в качестве опор.

Точными поверхностями валов являются их опорные шейки, сопряженные поверхности под детали, передающие крутящие моменты. Для большинства ва­лов главным критерием качества в процессе изготовления является соосность рабочих поверхностей, а также перпендикулярность рабочих торцов к базовым поверхностям.

Валы в основном изготавливают из конструкционных и легированных сталей, которые должны иметь высокую прочность, хорошую обрабатывае­мость, малую чувствительность к концентрации напряжений, а для повышения износостойкости должны хорошо воспринимать термическую обработку. Этим требованиям отвечают стали: 35, 40,45,40Х, 50Х, 40Г2 и др.

В единичном и мелкосерийном производстве заготовки валов с неболь­шим числом ступеней и незначительной разницей их диаметров получают от­резкой от горячекатаных или нормальных холоднотянутых прутков. Заготовки валов массой более 15 кг целесообразно получать свободой ковкой для уменьшения расхода материала. В серийном и массовом производстве заготовки целесообразно получать методом пластического деформирования (ковка, штамповка, прокат и т.д.). Эти методы обеспечивают получение заготовок, близких по форме и размерам гото­вой детали, что повышает производительность механической обработки и снижа­ет коэффициент использования металла. Так в крупносерийном и массовом про­изводстве преобладают методы получения заготовок с коэффициентом использо­вания металла (отношение массы детали к норме расхода металла) 0,7.. .0,95.

При изготовлении деталей типа «вал», полученных из прутка или штампо­ванные заготовки, обрабатывают по следующему технологическому маршруту обработки:

• фрезерно – центровальная операция;

• токарная операция (черновая);

• токарная операция (чистовая);

• обработка пазов и шлицев;

• нарезание резьбы;

• термическая обработка;

• шлифование.

При выполнении большинства операций в качестве технологических баз используют поверхности центровых отверстий и левый торец установленного на станке вала. От этого торца удобно обеспечивать точность линейных размеров.

Фрезерно – центровальная операция.Подрезание торцов и сверление центровых отверстий являются первыми технологическими переходами изго­товления ступенчатых и гладких валов, на которых подготавливаются техноло­гические базы для последующей обработки.

В единичном производстве указанные переходы выполняют на универ­сальных токарных станках. В серийном производстве обработку ведут на фрезерное – центровальных станках с установкой заготовки по наружному диаметру в призмы и в осевом направлении по упору. На горизонтально – или продольно – фрезерных станках выполняют только подрезку торцов, а на одно или двусто­роннем центровальном станке – центрование. В крупносерийном и массовом производстве для фрезерования торцов и центрования применяют фрезерно – центровальные станки барабанного типа, двусторонние торцефрезерные авто­маты и двусторонние центровальные автоматы [15].

Фрезерование осуществляют торцовыми или цилиндрическими фрезами. Центрование заготовок производят двумя инструментами: спиральным сверлом, которое образует цилиндрическое отверстие малого диаметра и зенковкой, которое образует коническую поверхность. В серийном производстве центрование производят комбинированными центровочными сверлами.

Токарные операции.В зависимости от типа производства наружные поверхности валов можно обтачивать на различном оборудовании. В единичном производстве применяются универсальные станки; в крупносерийном и массовом производстве – одно – и многошпиндельные вертикальные полуавтоматы и автома­ты, горизонтальные многорезцовые станки и др.

При обработке на многорезцовом полуавтомате обеспечивается точность обработки 11 – го квалитета, а при правильном выборе наладки и технологиче­ской оснастки точность может быть повышена до 9 – го квалитета [13].

Для обработки ступенчатых валов широко используют одношпиндельные гидрокопировальные полуавтоматы. На этих станках обработку можно вести на более высоких скоростях, чем на многорезцовых станках. При обработке на гидрокопировальном полуавтомате обеспечивается точность, соответствующая 9 – му квалитету, а при соответствующей наладке и правильном выборе режуще­го инструмента точность может быть повышена до 6 – го квалитета.

На многошпиндельном вертикальном полуавтомате непрерывного (па­раллельного) действия выполняют обработку валов в центрах. На этих станках обеспечивается точность 10 – 11 – го квалитета и шероховатость обработанной по­верхности Ra = 2,5 мкм. Точность 6 – 9 – го квалитета может быть обеспечена при применении специального инструмента (плавающих головок). На многошпин­дельном вертикальном полуавтомате последовательного действия при обработ­ке заготовку закрепляют в патроне или специальных приспособлениях. На этих станках достигается точность обработки наружных и внутренних поверхностей 6 – 9 – го квалитета. В серийном производстве для обтачивания валов целесообразно исполь­зовать токарные станки, оснащенные универсальными гидрокопировальными суппортами. Обтачивание на гидрокопировальных станках целесообразно для нежестких валов и для чистового обтачивания валов с длинными шейками. Точность обработки обеспечивается по 8 – 9 – му квалитетам.

В мелко – и среднесерийном производстве эффективно применение стан­ков с ЧПУ для обработки валов, особенно сложных многоступенчатых загото­вок и заготовок с криволинейными поверхностями.

Обработка шлицев и шпоночных пазов на валах.Технологический про­цесс обработки шлицев зависит от метода центрирования шлицевого соедине­ния и термической обработки.

В серийном производстве шлицы нарезают на шлице – или зубофрезерных станках червячной фрезой. Технологическими базами являются поверхности центровых отверстий.

Более производительными методами образования шлицев являются кон­турное шлицестрогание, шлицепротягивание и накатывание. В крупносерийном и массовом производстве эффективно строгание шлицев на шлицестрогальных станках набором фасонных резцов, собранных в головке. Параметр .шерохова­тости обработанной поверхности Ra= 1,25...2,5 мкм. Шлицепротягивание на шлицепротяжных станках выполняются двумя блочными протяжками. Протя­гивать можно сквозные и несквозные шлицы. Накатывание применяется в ос­новном для образования эвольвентных шлиц на валах с твердостью, не выше НВ=220 и модуле шлиц не более 2,5 мм. Накатывание осуществляют роликами или рейками, при котором обеспечивается параметр шероховатости Ra = 0,63... 0,32 мкм.

У закаливаемых валов, центрируемых по наружной поверхности, шлицы обрабатывают в следующем порядке:

• шлифование наружной поверхности;

• фрезерование шлицев с припуском на шлифование боковых поверхностей;

• термическая обработка;

• наружное шлифование;

• шлифование боковых поверхностей шлицев.

Шпоночные пазы в зависимости от конфигурации обрабатывают либо дисковой фрезой, если паз сквозной или закрытый с одной стороны, либо торцо­вой (пальцевой) фрезой, если паз глухой. Обработку производят на горизонталь­но – и вертикально – фрезерном станках, на шпоночно – фрезерном полуавтомате.

В серийном и массовом производстве для получения глухих шпоночных пазов обработку осуществляют двузубой пальцевой (шпоночной) фрезой на шпоночно – фрезерных полуавтоматах. В качестве технологических баз исполь­зуются поверхности центровых отверстий при установке вала в центрах и на­ружные цилиндрические поверхности вала с установкой вала на призмы. При установке вала в центрах достигается максимальная точность паза, а при уста­новке на призмы возникают погрешности установки. С целью сведения по­грешности к минимуму используют самоцентрирующие тиски.

Нарезание резьбы.В конструкции деталей типа «вал» встречаются на­ружные и внутренние резьбы.

Внутреннею резьбу на валах нарезают метчиком на сверлильных, револь­верных станках, резьбонарезных, а также на агрегатных станках, полуавтоматах и автоматах. В единичном и мелкосерийном производстве наружные резьбы нарезают на токарно – винторезных станках резьбовыми резцами или гребёнка­ми, обеспечивая 6 – 8 – ю степень точности.

Нарезание резьбы плашками и резьбонарезными головками выполняют на болторезных станках и на токарно – револьверных автоматах. В мелко – и среднесерийном производстве при требовании точности не выше 7 – й степени точности резьбу нарезают плашками. В крупносерийном и массовом производ­стве резьбы нарезают резьбонарезными головками, обеспечивающими 6 – ю сте­пень точности.

Фрезерование резьбы целесообразно применять при достаточно больших партиях деталей в силу своей производительности. Короткие резьбы с мелким шагом фрезеруют гребенчатой групповой фрезой на резьбонарезных станках. Это особенно целесообразно в тех случаях, когда резьба близко расположена к торцу ступени большого диаметра. Фрезерование дисковой фрезой применяет­ся при нарезании резьб с большим шагом и крупным профилем.

Накатывание резьбы резьбонакатными плашками или роликами применяется в крупносерийном и массовом производстве, обеспечивая 6 – ю степень точности. Если шейки вала подвергаются термообработке, то резьбу изготавливают до термообработки. Если вал не подвергался термообработке, то резьбу наре­зают после окончательного шлифования шеек.

Шлифовальные операции.Шлифование является основным методом чис­товой отделки наружных цилиндрических поверхностей. На операциях предва­рительного шлифования достигается точность 6 – 9 – го квалитета и шероховатость поверхности Ra = 1,2...2,5 мкм, а окончательным шлифованием достигается точность 5 – 6квалитета и шероховатость поверхности Ra = 0,2... 1,2 мкм.

Шлифование валов выполняют на круглошлифовальных и бесцентрово – шлифовальных станках.

Одновременное шлифование шейки и торца уступа выполняют на тор – цешлифовальных станках с наклоном круга. Для шлифования шлиц применяют шлицешлифовальные станки.

Технологический маршрут обработки деталей типа «вал» приведен в [123].