Технологический процесс изготовления валов

В зависимости от конструкции и масштабов выпуска технологиче­ские процессы изготовления валов могут быть различными. Однако, не­смотря на их разнообразие, можно дать типовую последовательность обра­ботки валов:

1.Изготовление большинства валов начинается с обработки их торцов, центровых гнезд и проточки одной крайней ступени вала на длину 15-20мм (фрезерно-центровальная операция). Эти поверхности используются в качестве чистовых технологических баз на следующей операции механиче­ской обработки.

2.Две или три токарных операции обработки наружного контура вала.

3.Получистовая обработка поверхностей, используемых в качестве техно­логических баз при зубообработке.

4.Черновая обработка резьб, шлицев, зубьев, шпоночных пазов.

5.Окончательная обработка крепежных отверстий, отверстий под смазку, пазов, лысок и т.д.

6.Термообработка.

7.Правка вала на прессе (чугунные валы не правятся).

8.Чистовая обработка технологических баз (центровочное отверстие, крайняя шейка вала, торцы вала).

9.Чистовая обработка шеек вала, резьб, шлицев, зубьев.

10.Отделочная обработка основных конструкторских баз, вспомогатель­ных конструкторских баз, исполнительных поверхностей.

11.Окончательный контроль.

Рассмотрим содержание некоторых технологических операций:

1.Фрезерно-центровальная операция.

Оборудование - фрезерно-центровальные полуавтоматы моделей МР-71М; МР-179Ф4 и др. Эти станки могут работать по следующим схемам:

а) Если диаметр крайней ступени более 50 мм - последовательное фрезеро­вание (рис.7.2).

Рис.7.2. Последовательное фрезерование

б) Если диаметр крайней ступени вала менее 50 мм, то обрабатывают одно­временно торцы, отверстия и протачивают крайнюю ступень. При этом используют специальную режущую головку (рис.7.3).

Рис.7.3. Одновременная обработка

В серийном производстве применяют фрезерно-центровальный полу­автомат с ЧПУ МР-179Ф4. Он позволяет обрабатывать каждый торец заго­товки с поворотом на 180°. Оснащен магазином на 36 инструментов и мо­жет фрезеровать торцы, сверлить на них различные отверстия, нарезать в них резьбу и протачивать крайние ступени валов.

Для закрепления заготовок на данной операции применяется приспо­собление с установочными элементами в виде призм, которые должны пе­ремещаться к центру заготовки с одинаковой скоростью. Такие призмы на­зываются самоцентрирующими.

По торцу вал может базироваться различными способами (рис.7.4):

Рис.7.4. Базирование по торцу

Режущий инструмент - как стандартный (фрезы для обработки тор­цов, центровочные сверла и т.д.), так и специальный (режущие головки, которые позволяют одновременно обрабатывать торец заготовки, центро­вочное отверстие и протачивать крайнюю ступень вала).

После фрезерно-центровальной операции заготовки подвергаются 100%-му контролю (рис.7.5).

Рис.7.5. Контролируемые размеры

2. Токарные операции.

Назначение токарных операций - снять основную массу припуска, оставленного под механическую обработку. При этом поверхности с квалитетом больше 10 и Ra больше 6,3 мкм обрабатываются окончательно, а более точные и чистые - с припуском под последующее шлифование. Обо­рудование:

1. Токарно-копировальные многорезцовые станки. Они предназначены для многопроходной обработки деталей типа ступенчатый вал. На этих станках можно протачивать цилиндрические участки вала с использованием про­дольного и копировального суппортов, подрезать торцы, протачивать ка­навки и т.д.

2. Токарно-винторезные станки с ЧПУ. Кроме обработки наружного конту­ра на них можно нарезать резьбу, точить конусы, обрабатывать криволи­нейные поверхности. Эти станки оснащены сменными инструментальными головками или магазинами, вмещающими до 24 инструментов.

3. Специальные токарные станки. Встраиваются в поточные и автоматиче­ские линии и применяются чаще всего для обработки коленчатых и кулач­ковых валов.

4. Токарные многошпиндельные полуавтоматы горизонтального исполне­ния. Применяются для обработки валов (длиной менее 150 мм) в крупносе­рийном и массовом производстве. Эти станки позволяют обрабатывать с одной установки большое количество поверхностей. На них размещается до 20-ти режущих инструментов.

Технологическая оснастка - 2-х или 3-х кулачковые патроны и вра­щающийся центр. Или поводковый патрон и вращающийся центр. При об­работке нежестких валов применяют люнет. Последовательность токарной обработки:

-черновые технологические переходы (снимается основная масса припуска и при этом не ставится задача достижения малой шероховатости);

-чистовые технологические переходы.

Чистовые переходы токарных операций могут быть заменены на круглое шлифование.

3. Зубообрабатывающие операции.

Для обработки зубьев на деталях типа вал-шестерня применяют сле­дующие методы: зубофрезерование, зубодолбление, зубошевингование и зубошлифование.

Фрезерование зубьев модулем до 8 мм производится на станках мо­делей 5306; 5307; 5А312 и других червячной фрезой. При обработке на этих станках можно достичь девятой степени точности и шероховатости боковых поверхностей зубьев до Rz 20 мкм.

Важным моментом при фрезеровании зубьев является базирование заготовки, т.к. боковые поверхности зубьев являются исполнительными поверхностями, влияющими на эксплутационные свойства вала.

Вал устанавливается на основные конструкторские базы, которые должны быть обработаны с точностью 6-7 квалитет и Ra 1,25-2,5 мкм. При этом биение базовых поверхностей относительно центров - не более 0,02 мм. Такая схема установки заготовки включает точный самоцентрирующий патрон (цанговый, мембранный и т.п.) и жесткий центр (рис.7.6).

Жёсткий центр

Рис.7.6. Базирование заготовки

Схема установки на зубодолбежном станке аналогична. Шевингование дисковым шевером - метод чистовой обработки неза­каленных зубьев после зубофрезерования или зубодолбления. Шевингова­ние позволяет повысить степень точности до 6 - 7 и понизить шероховатость Ra до 0,8-2,5 мкм, исправить погрешность шага и профиля зуба, значи­тельно снизить уровень шума при работе передачи. Станки: 5701; 5Б702; 5Б702Ф2 и т.п.

Базирование – в жестких центрах по центровым гнездам.

Зубозачистная операция предназначена для снятия заусенцев обра­зующихся при выходе фрезы. Инструмент - шлифовальные круги, станок -5Б525.

Зубозакругление - обеспечивает закругление зуба со стороны входа в зацепление (для зубьев, периодически включающихся в зацепление). Ста­нок - 5Д580, инструмент - концевая фреза.

Зубошлифование применяется для обработки закаленных заготовок и обеспечивает самую высокую точность обработки (3-6 степень точности и Ra до 0,2 мкм). Станки: зубошлифовальные 5В53; 5А841 и т.д.

Базирование - по центровым гнездам, которые после термообработки шлифуются на специальных станках.

4. Обработка шлицев (прямобочных и эвольвентных).

Для получения шлицев применяются следующие методы:

а) шлицестрогание. Станки моделей 5104; 5104МА и др. Инструмент - спе­циальные резцовые головки.

Заготовка базируется по основным конструкторским базам и центро­вочному гнезду. Базы должны быть обработаны в пределах 6-7 квалитетов точности и иметь шероховатость порядка Ra 2,5 мкм (рис.7.7).

Рис.7.7. Шлицестрогание

Для базирования используется точный самоцентрирующий патрон, например, цанговый. Профиль режущей части строгальных резцов соответствует профилю впадины.

б) шлицепротягивание. При этом обрабатывается две противоположные впадины при помощи сборных протяжек. Профиль резца соответствует профилю впадины. Станки: МА51; 7520. Базирование аналогично базиро­ванию при шлицестрогании. Применяется в крупносерийном и массовом производствах (рис. 7.8).

подвижная часть копир

Рис .7.8 Шлицепротягивание

в) шлицефрезерование. Станки: 5350; 5350 и др. Инструмент - червячные шлицевые фрезы. Базирование аналогично предыдущим методам (рис.7.9).

Рис.7.9.Шлицефрезерование

В процессе обработки фреза и заготовка совершают строго согласо­ванное движение. Кроме того, фрезе сообщается движение подачи.

г) метод накатывания. При холодном накатывании шлицы обрабатываются путем пластического деформирования материала заготовки. Уплотнение поверхностного слоя в месте накатки повышает прочность шлицев до 20%. Холодное накатывание проводят в эвольвентных шлицах с модулем до 2,5 мм и при в < 1200 МПа. Заготовка в месте накатывания шлицев должна иметь диаметр, равный делительному диаметру детали (рис.7.10).

ролики

Рис.7.10. Шлиценакатывание

Производительность накатывания приблизительно в пять раз выше, чем при шлицефрезеровании.

д) отделочная обработка закаленных шлицев производится на шлицешли-фовальных станках. Заготовка устанавливается по центровочным гнездам в поводковом патроне.

5. Обработка шпоночных пазов.

Различают шпоночные пазы для призматических и для сегментных шпонок.

Наиболее точно выполняют размер b(ширина паза) - 8...9 квалитет. Глубина паза с точностью 13... 14 квалитет.

Обработка пазов для призматических шпонок осуществляется на вертикальных фрезерных станках 6Р11; 6Р11ФЗ концевыми фрезами. Диа­метр фрезы равен ширине шпоночного паза.

Обработка пазов для сегментных шпонок проводится на горизон­тальных фрезерных станках дисковыми фрезами.

При нарезании шпоночных пазов заготовка устанавливается либо на неподвижных призмах, либо в самоцентрирующихся призмах.

6. Обработка отверстий.

Отверстия, выполняемые на валах, можно классифицировать:

а) отверстия, расположенные на оси вала. Обычно эти отверстия имеют значительную длину 1»d и предназначены для подвода смазки;

б) отверстия, расположенные на торце вала и предназначенные для закреп­ления присоединяемых к нему деталей. Могут быть с резьбой или выпол­няться под точные штифты;

в) отверстия для подвода смазки к рабочим поверхностям. Они расположе­ны перпендикулярно осевому отверстию и выходят на поверхности тру­щихся шеек (распредвалы, коленвалы и т.д.).

Отверстия для подвода смазки обычно сверлятся в два этапа (рис.7.11).

Рис.7.11. Сверление отверстий

Для обработки глубоких отверстий используются станки УС80; РТ65; РТ601. Для остальных - вертикально-сверлильные 2Н106; 2М112 и т.д.

7. Контроль полученных деталей.

При контроле линейных размеров обычно используют стандартные измерительные инструменты (штангенциркули, микрометры, калибры и т.п.).

Для контроля пазов, фасонных поверхностей используют специаль­ные шаблоны.