Служебное назначение, технические требования, материал и методы получения заготовок (стр. 1 )

4.1. Служебное назначение, технические требования, материал и методы получения заготовок

Детали типа тел вращения широко распространены в машиностроении. Они различны по служебному назначению, конструкции, размерам и материалу. Среди них детали типа валов имеют длину, в несколько раз большую диаметра, у деталей типа дисков диаметр больше длины, а у деталей типа втулок, цилиндров диаметр и длина примерно одинаковы. Различие конструктивных форм и размеров деталей влияет на способ установки заготовок и последовательность их обработки. Объединяющим признаком этих деталей является то, что они образованы в основном наружными, внутренними и торцовыми поверхностями, имеющими общую ось вращения. Поэтому при обработке таких деталей, кроме общей задачи получения заданных размеров, стоит технологическая задача обеспечения соосности поверхностей и точного расположения торцов относительно оси детали.

При изготовлении деталей типа тел вращения превалирует токарная обработка. Указанные требования обеспечиваются следующими способами установки и обработки заготовок на токарных станках: обработка соосных поверхностей с одной установки; обработка в два установа сначала наружных, а затем внутренних поверхностей с базированием детали по наружной поверхности; обработка в два установа сначала внутренней, а затем наружной поверхности с базированием по внутренней поверхности (обработка от отверстия) [2, 25].

Обработка жестких деталей за один установ обеспечивает малые отклонения от соосности и перпендикулярности торцов к оси детали. Второй и третий способы относятся к обработке деталей, закрепляемых в патроне и на оправке. Кроме указанных, возможны и другие способы. Так, на станках с ЧПУ обработку ведут за два установа. Сначала заготовку обрабатывают с одной стороны, затем после ее снятия и поворота на угол 180° — с другой. В этом случае связанные жесткими допусками поверхности желательно обрабатывать за один установ.

Наиболее характерными деталями типа тел вращения являются валы, шпиндели, фланцы.

Валы используют для передачи крутящего момента или в качестве опор. Валы бывают бесступенчатые и ступенчатые, цельные

и пустотелые, гладкие и шлицевые, валы-шестерни, а также комбинированные в различном сочетании. Различают валы прямые, коленчатые, кривошипные и эксцентриковые (кулачковые). В машиностроении наиболее распространены ступенчатые валы средних размеров длиной 150—1000 мм, среди которых превалируют гладкие [1]. Шлицевые валы имеют сквозные или закрытые шлицы (прямобочные или эвольвентные). Существуют валы с равноосным контуром (типа РК), имеющие некоторые преимущества по сравнению с шлицевыми. РК-профильные валы используют вместо шлицевых или валов со шпоночными пазами в тяжело-нагруженны Х передачах. Жесткими считают валы, у которых отношение длины к диаметру не превышает 15; валы е большим соотношением считают нежесткими.

Наиболее трудоемкими в изготовлении являются ступенчатые валы, имеющие шейки под подшипники и зубчатые колеса, шпоночные канавки, шлицевые, резьбовые поверхности. Из соображений экономичности изготовления следует считать наиболее технологичными валы, конструкция которых предусматривает возрастание диаметров ступеней к середине или одному из концов вала.

Валы в основном изготовляют 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. Валы из среднеуглеродистых сталей подвергают термической обработке до твердости НВ 230—260. Шейки валов из низкоуглеродистых сталей для повышения износостойкости подвергают цементации с последующей термической обработкой до твердости HRC, 50 ... 60.

К валам обычно предъявляют следующие требования: 1) точность сопрягаемых цилиндрических поверхностей по 6—8-му квалитетам с параметрами шероховатости поверхности соответственно Ra = 1,25 ... 0,63 мкм и Ra — 2,5 ... 1,25 мкм; 2) допуск цилиндричности и круглости шеек под подшипники примерно 0,25—0,5 допуска на диаметральный размер; 3) допуск радиального биения шеек под зубчатые колеса относительно шеек под подшипники примерно 0,25—0,5 допуска на диаметральный размер; 3) допуск радиального биения шеек под зубчатые колеса относительно шеек под подшипники 0,01—0,03 мм; 4) допуск соосности шеек под подшипники 0,01—0,02 мм; 5) допуск симметричности боковых сторон шпоночных канавок и зубьев шлицевых поверхностей относительно общей оси подшипниковых шеек 0,03— 0,05 мм.

Заготовки для валов. Производительность механической обработки резанием во многом определяется маркой материала, размерами и конфигурацией заготовки, а также характером производства. В единичном и мелкосерийном производстве заготовки валов с небольшим числом ступеней и незначительной разницей их диаметров получают отрезкой от горячекатаных или холоднотянутых нормальных прутков и сразу подвергают механической обработке. Заготовки валов массой более 15 кг целесообразно получать свободной ковкой (без штампов) для уменьшения расхода материала. Ее выгодно применять в том случае, когда расходы, связанные с ковкой, компенсируются экономией металла и снижением стоимости механической обработки резанием.

В производстве с достаточно большим масштабом выпуска, а также при изготовлении валов сложной конфигурации со ступенями, значительно различающимися по диаметру, заготовки целесообразно получать методом пластического деформирования (ковка, штамповка, периодический прокат, обжатие на ротационно-ковочных машинах, электровысадка). Эти методы обеспечивают по лучение заготовок, близких по форме и размерам к готовой детали, что повышает производительность механической обработки и снижает коэффициент использования металла [21].

В среднесерийном производстве заготовки валов получают из проката путем разрезки с последующей механической обработкой или ковкой в недорогих подкладных или групповых переналаживаемых штампах. Широко используют ротационную ковку на ковочных машинах с программным управлением. При выборе того или иного метода получения заготовки следует сравнить себестоимость и коэффициент использования материала КИМ. Установлено, например, что если Ким штамповки больше, чем К им проката на 0,15, то более экономичной является заготовка, полученная штамповкой.

В крупносерийном и массовом производстве заготовки валов, как правило, получают разрезкой (рубкой) проката и последующей ковкой в дорогостоящих штампах, обеспечивающих минимальные припуски на обработку (1,5 — 2 мм) и максимальное приближение конфигурации заготовки к конфигурации готового вала. Используют также поперечно-винтовую прокатку. В указанных производствах Ким = 0,7 ... 0,95.

При механической обработке резанием валов в автоматизированном производстве, в частности на станках с ЧПУ, использование заготовок с низкой точностью недопустимо. В этом случае припуски и допуски заготовок должны быть на 10 — 30 % меньше, чем при обработке на станках е ручным управлением. Ужесточение требований по свойствам материала и точности заготовок, обрабатываемых на станках с ЧПУ, обусловлено необходимостью уменьшить нагрузку на дорогостоящий станок, стремлением сократить количество стружки, создать наиболее благоприятные условия для работы режущего инструмента. В ряде случаев целесообразно применять комплексные заготовки (рис. 4.1). Из комплексной заготовки можно изготовить несколько различных деталей, близких по форме и размерам [2].

Заготовки валов перед обработкой должны подвергаться правке и термической обработке для улучшения обрабатываемости и снятия остаточных напряжений.

Рис. 4.1 Схема образования комплексной заготовки с односторонним расположением ступеней.

4.2. Технология изготовления деталей типа валов и фланцев

При разработке технологического процесса механической обработки вала целесообразно использовать типовые процессы, которые созданы на основе классификации валов.

Основными базами большинства валов являются поверхности опорных шеек. Однако их использование в качестве технологических баз для обработки наружных поверхностей затруднительно, особенно при условии сохранения единства баз. Последнее важно при автоматизации технологического процесса. Поэтому при выполнении большинства основных операций изготовления ступенчатых валов в качестве технологических баз используют поверхности центровых отверстий и левый торец установленного на станке вала. От этого торца удобно обеспечивать точность линейных (осевых) размеров, так как система упоров, ограничивающих продольное перемещение суппорта с резцами, связана с положением буртика шпинделя. Применение плавающего переднего центра исключает погрешность установки заготовки вала при выдерживании длин ступеней от левого торца.

При одностороннем расположении ступеней и длине вала до 120 мм обработку выполняют из прутка на револьверных станках (рис. 4.2) или автоматах, осуществив до отрезки детали все черновые и чистовые переходы.

Полученные из прутка или штампованные заготовки ступенчатых валов длиной более 120 мм обрабатывают в центрах по следующему маршруту: 1) поочередная или одновременная обработка торцов заготовки; 2) сверление в торцах заготовки центровых отверстий; 3) предварительное обтачивание заготовки; 4) чистовое обтачивание; 5) предварительное шлифование шеек; 6) фрезерование шпоночных пазов и шлицев; 7) сверление отверстий (если предусмотрены чертежом); 8) нарезание резьбы; 9) термическая обработка; 10) окончательное шлифование шеек; 11) контроль. В маршрут обработки нежестких валов включают дополнительные операции точения и шлифования шейки под люнет.

Рис.4.2 Обработка вала на токарно-револьверном станке.

1-подача прутка до упора, 2-сверление центрового отверстия, 3(4)предварительное и чистовое обтачивание наружной поверхности, 5(6)- предварительное и чистовое обтачивание шейки, 7-прорезка канавки, 8-отрезка

Подрезание борцов и сверление центровых отверстий являются первыми технологическими переходами изготовления ступенчатых валов, на которых подготовляются технологические базы для последующей обработки. В зависимости от масштаба выпуска эти переходы выполняют на различном оборудовании: центровальных, центровально-подрезных, фрезерно-центровальных, центровально-отрезных, универсальных токарных, фрезерных, сверлильных и других станках. К центровым отверстиям предъявляют требования по соосности, постоянству глубины, диаметра и конусности.