Питання для самоконтролю

1. Перелічіть загальні напрямки конструювання елементів машин з урахуванням вимог технології виробництва

2. Які використовують заготовки в умовах великосерійного й масового виробництва?

3. Якими вказівками потрібно керуватися при конструюванні деталей із поковок?

4. У чому полягає специфіка вибору розмірів отворів у процесі розробки конструкції елементів машини?

5. Назвіть вимоги, що ставляться до литтєвих деталей виробів

6. Перелічіть загальні положення до конструкції деталей машин з точки зору технології механічної оброки

7. Сформулюйте технологічні вимоги для поверхонь деталей різної конфігурації

10.3. Технологічні процеси виготовлення типових деталей

Розробка раціонального технологічного процесу безпосередньо пов’язана з його типізацією. Під типізацією розуміють групування деталей машин за однорідністю технологічних процесів обробки в умовах їх певної конфігурації. Типові технологічні процеси розробляють на підставі аналізу, систематизації та узагальнення досвіду технічних рішень. У них передбачається та обґрунтовується застосування високопродуктивного обладнання, засобів механізації і автоматизації, використання прогресивних методів отримання заготовок і їх обробки. Такий підхід дозволяє краще здійснити оснащення технологічних процесів при одночасному скороченні строків і здешевленні підготовки виробництва. Крім того, типові схеми виготовлення дозволяють в серійному виробництві створити предметно-замкнуті ділянки з оптимальним рівнем механізації транспортних і завантажувальних операцій, а в ряді випадків і впроваджувати змінно-поточні автоматичні лінії.

Перший етап типізації полягає в об’єднанні згрупованих деталей в класи для різних галузей машинобудування. Робота з класифікації деталей супроводжується уніфікацією та нормалізацією їх конструкцій. Це дозволяє укрупняти партії деталей при виготовленні й застосовувати великосерійне виробництво, а також сприяє скороченню номенклатури різальних і вимірювальних інструментів та спрощенню переналагодження верстатів.

Потім розробляється принципово загальний технологічний процес, на основі якого встановлюється типова послідовність операцій, методи встановлення, типові конструкції технологічного оснащення та інші умови. Для деталей з високим ступенем конструктивної уніфікації складається одна технологічна карта, меншим ступенем – принципова технологічна схема виготовлення, що використовується для конкретних деталей як обов’язковий зразок, і для деталей, що суттєво відрізняються за конструкцією – технологічні інструкції.

10.4. Технологія виготовлення деталей типу круглих стержнів

10.4.1. Класифікація валів і методи виробництва заготовок

Основними конструктивними різновидами деталей розглядуваного типу є вали: гладкі, ступеневі й фланцеві. Найбільше розповсюджені ступеневі вали, які виконують із стовщеною частиною посередині чи з одного кінця.

Фланцеві вали зустрічаються переважно у важкому машинобудуванні (гідротурбобудуванні) і виготовляються звичайно порожнистими. Особливу групу складають колінчасті й кулачкові вали. Залежно від потрібної точності обробки посадочних розмірів розрізнюють чотири види валів: особливо точні, підвищеної, нормальної та зниженої точності.

Шийки валів можуть мати шпоночні пази, шліци або різьбу. При переході від одного ступеня до іншого передбачаються канавки чи галтелі. Враховуючи, що обробка галтелі дуже складна, в усіх випадках, коли це допустимо, треба передбачати канавки. З технологічних міркувань торці вала доцільно забезпечувати фасками. Кожний вал може бути жорстким або нежорстким залежно від відношення його довжини l до величини діаметра d. Прийнято вважати вали жорсткими, для яких l≤15d, і нежорсткими – l>15d.

Величина овальності й конусності шийок вала повинна знаходитися в межах допусків на їх діаметри. Биття посадочних шийок відносно бази не повинне перевищувати 10...30мкм, а осьове биття упертих торців або уступів бути більше 0,01мм на найбільшому радіусі. Відхилення від паралельності шпоночних канавок або шліців відносно осі вала не повинно перевищувати 0,1мкм/мм (0,1мкм на 1мм довжини), допуски на довжину ступенів – 50...20мкм, а допустима скривленість осі вала – 0,03...0,05мм/м.

Вихідним матеріалом для валів у загальному машинобудуванні служить сталь марок 40 і 45, а для відповідальних використовують легувальні конструкційні сталі (хромонікелеві, хромисті, хромонікелемолібденові). Застосовують також перлітні ковкі чавуни, а також чавуни, які модифіковані магнієм, для виготовлення спеціальних деталей (прокатні валки, шпинделі великих металорізальних верстатів). Вказані матеріали зносостійкі й володіють властивостями демпфірувати коливання.

В умовах масового і великосерійного виробництва заготовки для валів штампують у закритих штампах на молотах або пресах з наступним обрізуванням облоя. Заготовки ступеневих валів виконують на ротаційно-кувальних машинах і поперечно-гвинтовим прокатуванням, а з однобічним утовщенням – на горизонтально-кувальних машинах і методом електровисадження.

Крім того, для вказаних валів з невеликим перепадом діаметрів ступенів використовують гарячекатаний прокат. Відносно виробництва гладких валів, то заготовкою служить калібруючий прокат діаметром до 100мм. Критерієм вибору методу отримання заготовки є порівняння собівартості процесів отримання заготовки та механічної обробки порівнюваних варіантів.

В умовах одиночного чи дрібносерійного виробництва заготовки для валів виконують вільним куванням. Вихідним матеріалом для кованих заготовок є круглий прокат, що стосується великих валів, то заготовки для них отримують вільним куванням із зливків або електрошлаковим зварюванням з попередньо підготовлених елементів.

Враховуючи, що в ряді випадків кривизна прокату і поковок досягає 5мкм/мм, виникає необхідність правки заготовки з метою зменшення припусків на механічну обробку. Застосування цієї операції сприяє зменшенню кривизни заготовки на 0,5...1,0мкм/мм.

Технологія обробки ступеневих валів. Технологічний процес обробки та використовуване обладнання залежать від конфігурації, розмірів і жорсткості валів, а також обсягу випуску. Нижче розглянемо технологію обробки ступеневих і гладких валів.

При однобічному розміщенні ступенів і довжини валів до 120мм обробку здійснюють на пруткових револьверних верстатах, виконуючи при цьому усі чорнові та чистові переходи до відрізки деталі. Обточування кінця вала під різьбу здійснюється за допомогою люнетної тримачки, що зменшує вібрацію та віджим прутка під час обробки. На рис.10.11наведено налагоджування револьверного верстата для обробки вала із каліброваного прутка.

Рис. 10.11 – Технологічна схема валів на токарно-револьверному верстаті: ІІ – підрізання торця; ІІІ – обточування кінця вала під різьбу; ІV – знаття фаски; V – нарізання різьби; VІ – відкріплення, подача до упора та закріплення прутка; VІІ – відрізка

Заготовки з прутка для ступеневих валів довжиною більше 120мм обробляють в центрах за наступним маршрутом: почергове або одночасне фрезерування торців заготовки; зацентрування її з двох боків; попереднє обточування заготовки (звичайно з двох установ); чистове обточування; попереднє шліфування шийок; фрезерування шпоночних пазів або шліців; свердління отворів; нарізання різьб; термічна обробка; остаточне шліфування шийок. У свою чергу, технологія обробки нежорстких валів ускладнюється через введення додаткових операцій проточування та шліфування шийки під люнет, а також проміжної правки у випадку, коли вона допускається технічними умовами. При кожному технологічному переході механічної обробки заготовки похибка її закономірно зменшується. На підставі відміченого положення кількість переходів для обробки елементарної поверхні визначається точністю отримання заготовки та вимогами, що ставляться до готової деталі.

Биття посадочних шийок відносно базуючих усувають обробкою з одного установа заготовки. При виконанні більшості операцій за бази приймають центрові гнізда заготовки. Для порожнистих валів повинна бути забезпечена концентричність зовнішніх поверхонь відносно посадочних ділянок центрального отвору. Базування порожничих валів виконують на центрові пробки або конічні фаски отвору. Для забезпечення паралельності шпоночних пазів або шліців відносно осі валів обробка повинна здійснюватися з установленням на центрах і в призмах або центруючих втулках при умові точної обробки базуючих шийок відносно осі центрових гнізд.

Для масового й великосерійного виробництва операції фрезерування та зацентрування торців виконують за двома варіантами:

• для валів більших розмірів застосовують фрезерувально-центрові напівавтомати, що обробляють заготовки діаметром до 125мм і довжиною до 500мм, і фрезерувально-центрові напівавтомати барабанного типу, призначені для заготовок діаметром до 60мм і довжиною до 825мм;

• для валів діаметром до 50мм і довжиною до 525мм фрезерування торців здійснюють на двобічних торцево-фрезерувальних автоматах, а центрування – на двобічному центрувальному автоматі.

У серійному і дрібносерійному виробництві зазначені операції виконують на фрезерувально-центрувальних верстатах моделі ФЦ–1 і ФЦ–2. Необхідно відмітити, що здійснюється також роздільне фрезерування торців на горизонтально - або поздовжньо-фрезерувальних верстатах, а центрування – на дво - або однобічному технологічному обладнанні.

З метою забезпечення точності й шорсткості, що передбачені технічним стандартом, торці валів піддають однопроходній обробці. Як приклад, розглянемо типову для серійного виробництва схему обробки торців на горизонтально-фрезерувальному верстаті з перекладанням заготовок (рис.10.12).

Рис.10.12 – Схема фрезерування торців двох заготовок на горизонтально-фрезерувальному верстаті:1 – установочні призми; 2 – затискаюча планка; 3 – оброблювані заготовки; 4 – упори; 5 – фреза.

Після кожного ходу стола верстата із другої позиції знімається підрізана з двох боків заготовка, а інша перекладається у звільнену позицію. При цьому в першу позицію установлюється нова заготовка для здійснення підрізки першого торця. Установлення для фрезерування торців виконують в призмах з фіксацією заготовки в поздовжньому напрямку базовим уступом, якій розміщується по можливості посередині заготовки. У цьому випадку забезпечуються рівні припуски на обробку кожного торця та глибини центрових гнізд при виконанні фрезерування торців і зацентрування в одну операцію. При роздільному зацентруванні на двобічному верстаті за базу приймають також уступ або один з оброблених торців. Центрові гнізда виконують без або із запобіжним конусом для захисту від випадкових пошкоджень.

Чорнове й чистове обточування в масовому й великосерійному виробництві виконують на токарних багатошпиндельних вертикальних напівавтоматах, одношпиндельних багаторізцових напівавтоматах, а також токарних гідрокопіювальних. У серійному та дрібносерійному виробництві для виконання аналогічних операцій механічної обробки застосовують токарні гідрокопіювальні напівавтомати, токарні верстати, обладнані гідрокопіювальними супортами, а також звичайного типу. Застосування гідрокопіювального супорта в порівнянні з звичайними токарними верстатами дозволяє скоротити допоміжний час в 3...4 рази, а штучний – у 2,5...3,0 рази. Малий підготовчо-заключний час дозволяє їх використовувати при обробці партії в три - чотири заготовки.

П ри побудові технологічного процесу механічної обробки доводиться робити вибір між обробкою на горизонтальному одношпиндельному багаторізцовому та гідрокопіювальному напівавтоматах. У порівнянні з обточуванням на звичайних токарних верстатах багаторізцове при будь-якому варіанті має переваги щодо витрат основного часу. Найбільш ефективною є побудова операцій зазначеного виду обробки за методом розподілу її довжини. При цьому кожна шийка вала обробляється за один прохід і основний час визначається по різцю, що обробляє найбільш довгу ділянку вала.

Під час обробки на багаторізцевому напівавтоматі довжину ділянок, на яких працюють прохідні різці, слід по можливості встановлювати однаковою. Обробку довгих ступенів можна виконувати кількома різцями одночасно. Для багаторізцевого обточування найбільш доцільна така конструкція заготовки, коли її ступені розміщуються по зростаючому або спадаючому ступені від одного кінця до іншого (рис.10.13).

Разом з цим за продуктивністю багаторізцове обточування не завжди має переваги перед застосуванням гідрокопіювальних напівавтоматів. Це пояснюється великими витратами підготовчо-заключного часу та часу технічного обслуговування на багаторізцових верстатах, а також підвищеною швидкістю різання на гідрокопіювальних.

Кількість різців лімітується жорсткістю заготівок, потужністю верстата та складністю конструкцій різцетримачів. Це обмежує застосування багаторізцевих напівавтоматів у масовому й серійному виробництві.

Серед переваг обточування на гідрокопіювальних напівавтоматах необхідно відмітити наступні. Час на налагоджування та підналогоджування внаслідок зменшення кількості різців і простоти установлення копіра менший в 2...3 рази і складає для налагоджування середньої складності 30...35 хв. При чистовій обробці на гідрокопіювальних верстатах забезпечується більш висока точність. Крім того, висока чутливість слідкуючої системи забезпечує відповідність розмірів оброблюваної заготовки та копіра; вплив відтиснень в пружній системі незначний через малу кількість різців; виключаються неточності взаємного положення різців і нерівномірність їх зносу. Особливо доцільно застосовувати гідрокопіювальне обточування для валів нежорсткої конструкції та чистового точіння валів з довгими шийками, які через високі вимоги до шорсткості поверхонь не можна обробляти при багаторізцевих настроюваннях методом розподілу довжини.

При індивідуальному виробництві виготовлення вала здійснюється на звичайних токарних верстатах. Зацентрування великих валів виконують за розміткою, а обробку – з кріпленням у патроні та установленням іншого кінця вала в люнеті. При цьому шийку під люнет обробляють, установлюючи вал в патроні з піджимом заднім центром.