Раздел 3 методы обработки основных поверхностей типовых деталей

Тема 3.1 Обработка наружных поверхностей тел вращения (валов)

Служебное назначение

Детали типа «тел вращения» широко распространены в машиностроении. Они различны по служебному назначению, конструкции, размерам и материалу.

К таким деталям относятся: валы, диски и втулки.. Различие конструктивных форм и размеров деталей влияет на способ установки заготовок и последовательность их обработки.

Валы используют для передачи крутящего момента или в качестве опор. Они бывают:

-ступенчатые и бесступенчатые;

- цельные и пустотелые;

- гладкие и шлицевые, валы шестерни, а также комбинированные в различных сочетаниях.

Различают валы прямые, коленчатые, кривошипные и эксцентриковые.

Наиболее трудоемкими в изготовлении являются валы, имеющие шейки под подшипники и зубчатые колеса, шпоночные канавки, шлицевые и резьбовые поверхности.

3.1.2.Технические требования, предъявляемые к валам.

1-.поверхности посадочных шеек валов под зубчатые колеса должны быть обработаны с параметром шероховатости Ra=0,5...2,0 мкм, под подшипники качения - Ra=0,63...20 мкм, под подшипники скольжения - Ra=0,2...0,5 мкм,

2-торцовые поверхности должны быть обработаны с получением параметра Ra=3,2...1O мкм;

3-центровочные отверстия валов должны быть сохранены в готовых деталях, кроме случаев, оговариваемых техническими требованиями;

4-трещины, раковины и другие дефекты в материале заготовки не допускаются;'

5-сварка валов не допускается;

6-особо ответственные валы должны проходить контроль на твердость;

7-обработанные поверхности валов перед сдачей на склад должны быть покрыты антикоррозионной смазкой

Материал заготовок для валов

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 марок 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 подвергают цементации с последующей термической обработкой до твердости HRC 50-60.

Легированные стали по сравнению с конструкционными применяют реже ввиду их более высокой стоимости, а также повышенной чувствительности к концентрации напряжений.

Заготовки для валов.

При выборе технологических методов получения заготовок учитываются прогрессивные тенденции развития технологии машиностроения. Решение задачи формообразования деталей целесообразно перенести на заготовительную стадию и тем самым снизить расход материала, уменьшить долю затрат на механическую обработку в себестоимости готовой детали.

Производительность механической обработки валов 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 из проката. Заготовки валов массой более 15 кг целесообразно получать свободной ковкой для уменьшения расхода материала. При изготовлении валов сложной конфигурации заготовки целесообразно получать методами пластического деформирования (ковка, штамповка, периодический прокат и др.)

С увеличением масштаба выпуска особое значение приобретает эффективность использования металла и сокращения механической обработки. Поэтому в крупносерийном и массовом производстве преобладают методы получения заготовок с коэффициентом использования металла от 0,7 и выше (иногда до 0,95). Штучную заготовку из прутка целесообразно заменять штампованной, если коэффициент использования металла повышается не менее, чем на 5%, учитывая, конечно, экономическую целесообразность других факторов.

При механической обработке валов на настроенных и автоматизированных станках приобретает большое значение и точность заготовки. Заготовки, полученные методом радиального обжатия, отличаются малыми припусками и высокой точностью. Сущность метода заключается 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. Радиальное обжатие заготовки проводится как в горячем, так и в холодном состоянии. Вследствие такого обжатия материал пластически деформируется и течет в осевом направлении, уменьшая поперечное сечение заготовки и придавая ей полученную форму.

Особую группу валов представляют шпиндели, для изготовления которых применяют высокопрочный (магниевый) чугун, серый чугун СЧ15, СЧ20 и модифицированный чугун, значительно реже стальные отливки. В зависимости от серийности в качестве заготовок для шпинделей применяют поковки, реже стальные отливки, прутковый материал и трубы. Заготовки чугунных полых шпинделей получают центробежным литьем в металлические формы. В крупносерийном производстве заготовки стальных шпинделей целесообразно изготовлять горячей высадкой на горизонтально-ковочных машинах или ковкой на ротационно-ковочных машинах.

Технологические базы

Основными базами большинства валов являются поверхности его опорных шеек. Однако использовать их в качестве технологических баз для обработки наружных поверхностей, как правило, затруднительно, особенно при условии сохранения единства баз, что очень важно при автоматизированном технологическом процессе. Поэтому при большинстве операций за технологические базы принимают поверхности центровых отверстий и торцов заготовки, что позволяет обрабатывать почти все наружные поверхности вала на единых базах с установкой его в центрах.

При выполнении фрезерных и сверлильных операций в качестве баз чаще используют наружные цилиндрические поверхности вала.

3.1.6 Методы обработки валов

Обработку валов подразделяют на предварительную, как правило, осуществляемую в заготовительных цехах или отделениях, и окончательную, реализуемую в механических цехах.

Предварительная обработка валов

Резку заготовокиз проката проводят на металлических и гидравлических прессах, фрикционных пилах, специальных отрезных станках, станках для анодно-механической резки, резки абразивными кругами. К перспективным методам резки заготовок относятся плазменная и лазерная.

Стальной прокат малой и средней прочности (σ_в =300...900 МПа) при диаметре 20...30 мм и 60...80 мм экономически выгодно разрезать сегментными дисковыми пилами, при диаметрах 40...50 мм - на токарно-отрезных станках; из высокопрочных сталей (σ_в =900... 1200 МПа) при диаметре прутков 20...30 мм - на абразивно-отрезных станках, а при диаметрах 40...80 мм - на анодно-механических ленточных станках.

Правка заготовоквалов может проводиться в горячем и холодном состояниях. В зависимости от требуемой точности правку можно осуществлять различными методами:

1) в центрах токарного станка;

2) под прессом;.

3) правкой и калибровкой на специальных правильно-калибровочных станках.

Центровкавалов может осуществляться на различных станках: сверлильных, токарных, центровочных и фрезерно-центровальных. Перед зацентровкой валов обычно проводят обработку их торцов. Крупные валы в условиях единичного и мелкосерийного производства зацентровывают по разметке на горизонтально-сверлильных (расточных) станках. Мелкие валы в условиях единичного и мелкосерийного производства зацентровывают обычно на токарных или вертикально-сверлильных станках.

В серийном, крупносерийном и массовом производствах зацентровку валов обычно проводят на фрезерно-центровальных полуавтоматах (Рис.3.1).

Рисунок 3.1

Для центрования применяют типовые наборы инструмента

- спиральные сверла и конические зенковки, (Рисунок 3.2 а):

- комбинированные центровочные сверла (Рисунок 3.2б,в)

Рисунок 3.2

Центровые отверстия могут иметь различную форму в зависимости от назначения. Центровые отверстия в деталях типа валов являются базой для ряда операций: обтачивания, нарезания резьбы, шлифования, нарезания шлицев и др., а также для правки и проверки изготовляемых деталей. Центровые отверстия в таких режущих инструментах, как сверла, зенкеры, развертки, метчики и т. д., нужны не только для обработки, но и для проверки заточки и переточки их во время эксплуатации.

При ремонтных работах сохранившимися центровыми отверстиями пользуются как базами для обтачивания изношенных или поврежденных поверхностей шеек валов, для правки, шлифования, контроля и при других операциях.

Ввиду такого значения центровых отверстий центрование необходимо производить весьма тщательно: центровые отверстия должны быть правильно засверлены и иметь достаточные размеры, конусность их должна точно совпадать с конусностью центров станка. При несоблюдении этих требований центровые отверстия быстро теряют форму и размеры и повреждают центры станка.

Тип А без предохра-

нительного конуса Тип Б с предохранительным конусом

Рисунок 3.3 Центровые отверстия

Из восьми разновидностей (типов) с углом конуса 60, 75 и 120° наиболее распространены формы центровых отверстий Л и С, которые применяют в случаях, когда после обработки необходимость в центровых отверстиях отпадает или когда сохранность их в процессе эксплуатации гарантируется соответствующей термообработкой.

Формы В и Е применяют в случаях, когда центровые отверстия являются базой для многократного использования, а также при сохранении их в готовых изделиях. Форма В снабжена дополнительной конической фаской для предохранения центровых отверстий от повреждения, а также для осуществления возможности подрезки торца. При повышенной точности обработки применяются центровые отверстия формы R с дугообразной образующей. Центровые отверстия типов F и Н применяются при необходимости выполнения монтажных работ, транспортировки, хранения или выполнения термообработки в вертикальном положении. Кроме предохранительной фаски такие отверстия снабжены резьбой, предназначенной для резьбовых пробок, ввинчиваемых в центровые отверстия при транспортировке деталей. Форма Т применяется только для оправок и калибров-пробок.

На практике чаще всего применяют центры у станков, а значит, и центровые отверстия у заготовок (деталей) с углом конуса 60°. Иногда при обработке крупных, тяжелых деталей этот угол увеличивают до 75, 90°. Центр станка должен соприкасаться с центровым отверстием заготовки (детали) лишь по поверхности конуса. В центровом отверстии вершина центра не должна упираться в заготовку. Поэтому центровые отверстия (ГОСТ 14034-74) всегда имеют цилиндрическую часть малого диаметра и коническую поверхность большего диаметра.