конспект лекций ТОМ

продумать последовательность переходов в операции, выбрать оборудование, обеспечивающее оптимальную производительность при заданном качестве, рассчитать его загрузку, выбрать конструкции оснастки из ее стандартных систем. Необходимо установить исходные данные для расчета оптимальных режимов обработки припусков на обработку, а также норм времени и произвести расчет их.

Определить разряд работ и профессии исполнителей операций в зависимости от их сложности. На этом этапе используют структурные формулы технологических операций, модели структур, стандарты и классификаторы на технологическое оборудование, технологическую оснастку, на разряды работ и процессов, методики по расчету режимов резания, норм времени.

Расчет точности, производительности и экономиче - ской э ф ф ективности вариантов типовых технологических процессов для выбора оптимального варианта производится по методикам расчёта экономической эффективности и расчёта точности.

На последнем этапе производится оформление типовых технологических процессов согласно требований стандартов ЕСКД.

7 ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТИПОВЫХ ДЕТАЛЕЙ

7.1. Технологияпроизводствавалов

При конструировании валов (гладких, ступенчатых, сплошных и полых) существенным признаком служит их жесткость. Жесткими считаются валы, у которых отношение длины к диаметру не превышает 15; валы с большим соотношением называют нежесткими. Изготовляют валы в основном из стали 40 или 45, реже — из легированных сталей 40Х, 18ХГТ. Валы из среднеуглеродистых сталей подвергают термообработке до твердости НВ 230 ...260. Шейки валов из низкоуглеродистых сталей для повышения износостойкости подвергают цементации с последующей термообработкой до

72

твердости HRCэ 50 ...60.

Сопрягаемые цилиндрические поверхности валов выполняют с точностью, соответствующей 6-му или 8-му квалитетам и с параметром шероховатости поверхности соответственно Ra= 1,25...0,63 мкм и Ra=2,5...1,25 мкм.

Заготовки для валов. При изготовлении валов исходные заготовки получают либо путем пластического деформирования (ковка, штамповка, обжатие на ротационно-ковочных машинах, электровысадка, поперечно-винтовая прокатка), либо путем резки проката (рис. 7.1). Заготовки для ступенчатых валов получают штамповкой в подкладных штампах (рис. 7.1, а) или в массовом производстве поперечно-винтовой прокаткой (рис.7.1, б); для валов с фланцами применяют штамповку на горизонтально-ковочной машине

(рис.7.1, в).

а) б)

Рисунок 7.1. –Заготовки для валов

Большое значение придается эффективности использования металла, которая характеризуется отношением массы готовой детали Gд расходу металла на исходную заготовку Gз. Это отношение называют коэффициентом использования металла

КМ= GД / GЗ

Для серийного и массового производств коэффициент КМ составляет

0,75...0,95.

В единичном и мелкосерийном производствах при изготовлении ва-

73

лов с небольшим перепадом диаметральных размеров используют горячекатаный нормальный прокат, который разрезают на штучные заготовки для последующей механической обработки; при значительном числе ступеней и существенной разнице размеров диаметров применяют весьма эффективный способ ковки на вертикальных радиально-ковочных машинах (ротационная ковка).

В серийном производстве большое распространение получила горячая штамповка заготовок в открытых штампах (облойная штамповка), а в крупносерийном и массовом производствах — в закрытых штампах (безоблойная штамповка). При изготовлении заготовок с односторонним утолщением весьма эффективна штамповка на горизонтально-ковочных машинах. Для повышения точности штамповочных заготовок применяют калибровку (чеканку) поковок.

Для тяжелых валов (массой свыше 1 т) заготовки получают из слитка свободной ковкой. -

Изготовление ступенчатых валов. При выполнении основных операций изготовления ступенчатых валов за установочные базы принимают поверхности центровых отверстий заготовки. Если заготовку устанавливают на плавающий передний центр, то установочной базой будет торец заготовки, примыкающий к торцу переднего центра. Применение плавающего переднего центра исключает погрешность базирования при выдерживании длин , ступеней от левого торца.

Рассмотрим отдельные операции обработки ступенчатых валов П о д р е з а н и е т о р ц о в и ц е н т р о в а н и е . Первые технологи-

ческие переходы при изготовлении ступенчатых валов — подготовка технических баз, т. е. подрезка торцов и их зацентровка. В зависимости от масштаба выпуска валов эти переходы можно выполнять с применением различного оборудования.

В серийном производстве обработку ведут на фрезерно-центровальных полуавтоматах с установкой заготовки по наружному диаметру в призмы

74

и базированием в осевом направлении по упору.

Подрезку торцов выполняют раздельно от центрования на продольнофрезерных или горизонтально-фрезерных станках, а центрование — на одностороннем или двустороннем центровальном станке.

В массовом производстве для фрезерования торцов и центрование применяют станки барабанного типа. В единичном производстве подрезку торцов и центрование ведут в основном на универсальных токарных станках. Обтачивание валов, в зависимости от объема выпуска, выполняют на обычных токарных станках с программным управлением или оснащенных станках гидрокопировальным суппортом, на копировальных токарных станках, а также на станках с многорезцовыми головками. На станках с многорезцовыми головками обтачивание повышает производительность по сравнению с обычной токарной обработкой за счет совмещения переходов и автоматической настройки измерений операционных размеров.

Проектируя операцию, решают вопрос о размещении резцов. Схема обтачивания валов, приведенная на рис. 7.2,а, позволяет каждую ступень вала обрабатывать одним резцом; продольный ход суппорта определяется длиной наибольшей ступени, обтачиваемой резцом , а резцы 2 и 3 совершают вспомогательный ход.

При наладке станка по наименьшей ступени ℓ3 (рис. 7.2, б) ход суппорта будет равен длине ступени ℓ3. В этом случае для обтачивания других ступеней устанавливают по нескольку резцов, причем число резцов зависит от отношения длин ступеней ℓ1/ℓ3 и ℓ2 /ℓ3 Второй вариант более производителен, но его недостатком является появление уступов при обтачивании ступени несколькими резцами (из-за неточности установки резцов на размер и разной интенсивности их изнашивания). Установку резцов про-

изводят по эталонной детали или вне станка, применяя сменные блоки. Если ступенчатый вал изготовляют из проката, то при точении ступеней с меньшим диаметром возможны недопустимо большие глубины резания. В этом случае применяют метод деления припуска. Одним из вариантов мо-

75

жет быть удаление резцами 1, 2 и 3 (рис.7.2, а) частей припуска z1 z2 и z3. При этом варианте продольный суппорт перемещается на всю длину ℓ обтачиваемых ступеней

Рисунок 7.2 – Схема обтачивания валов

Обработка валов на станках с многорезцовой головкой требует относительно длительной их наладки, поэтому данный метод применяют в серийном и массовом производствах.

Для обработки ступенчатых валов широко используют одно-шпиндельные копировальные полуавтоматы. Схема обработки ступенчатого вала (рис. 7.3) на копировальном полуавтомате следующая: продольный суппорт обтачивает вал по копиру 2, а поперечный – образует выточку. Поперечным суппортом можно выполнять и подрезку торцов.

Обработка валов на этих станках имеет ряд преимуществ перед многорезцовым обтачиванием:

время для технологической наладки средней сложности составляет 30-35 мин, что в 2-3 раза меньше времени соответствующей наладки станка с

76

многорезцовой головкой; при чистовом точении обеспечивается точность, соответствующая 9-му

квалитету, вместо 11-го, при многорезцовом обтачивании; наблюдается малое влияние упругих сжатий системы, так как при про-

дольном точении участвует в работе только один резец; повышается качество обработанной поверхности (отсутствуют уступы,

характерные при обработке на станках с многорезцовой головкой); обработка ведется на более высоких скоростях резания, так как при

многорезцовом точении скорость резания занижается для повышения стойкости резцов до 3 ...4 ч.

На токарных копировальных полуавтоматах выполняют черновую и чистовую обработку валов. Эти станки применяют в серийном производстве, где они повышают производительность по сравнению с использованием обычных токарных станков в 2 раза и более. При обточке валов с числом ступеней более четырех полуавтоматыРаботаютэффективноприразмерепартиив

10…15 шт.

Вмассовом и крупносерийном производствах широко используют многошпиндельные многорезцовые полуавтоматы. При изготовлении мелких валов длиной до 150 ... 200мм — применяют токарные автоматы.

Вмелкосерийном производстве весьма эффективно применение токарных станков с гидросуппортами, а также станков с программным управлением.

Шлицевые поверхности на валах получают обкатыванием червячной фрезой на шлицефрезерных или зуборезных станках. При диаметре вала более 80 мм шлицы фрезеруют за два рабочих хода. У закаливаемых валов, центрируемых по наружной поверхности, обработка шлицев включает следующие операции: шлифование наружной поверхности; фрезерование шлицев с припуском на шлифование боковых поверхностей; термическую обработку; наружное шлифование; шлифование боковых поверхностей шлицев, которое выполняется на шлицешлифовальном полуавтомате одновременно двумя кругами с применением делительного механизма для поворота заготовки. У

77

таких же не закаливаемых валов обработка шлицев состоит только из двух операций: наружного шлифования цилиндрической поверхности и фрезерования шлицев. Если шлицевое соединение центрируется по поверхности внутреннего диаметра, то последовательность операций до термообработки остается той же. После термической обработки выполняется шлифование боковых поверхностей шлицев и шлифование внутренних поверхностей по диаметру. В этом случае шлицы шлифуют либо профильным кругом одновременно по боковым поверхностям и дну впадины, либо в две операции: шлифование двумя кругами боковых поверхностей, а затем шлифование внутренней поверхности кругом, заправленным по дуге. Шлифование одним профильным кругом дает лучшие результаты по точности и производительности.

Имеются более производительные методы: обработка шлицев на шлицестрогальных и шлицепротяжных станках, а также образование эвольвентных шлицев методом пластического деформирования с помощью накатывания. Накатыванию подвергают валы с твердостью не более НВ 220 при модуле шлицев не свыше 2,5 мм. Накатанные шлицы повышают износостойкость вала.

Шпоночные пазы, в зависимости от их конструкции, обрабатывают либо дисковой фрезой, если паз сквозной, либо торцовой (пальцевой) фрезой, если паз глухой. Вал устанавливают в центрах или по наружной поверхности на призмы приспособления. При установке вала на призмы появляется погрешность базирования, влияющая на точность глубины паза.

Шпоночные пазы выполняют на горизонтально- и вертикально-фрезерных станках. В серийном и массовом производствах для получения глухих шпоночных пазов применяют шпоночно-фрезерные полуавтоматы, работающие «маятниковым» методом: двух-зубая пальцевая фреза за один рабочий ход подается на глубину резания b = 0,2...0,3 мм и фрезерует паз на всю длину, затем вновь подается на эту же глубину и фрезерует паз в другом направлении и так до получения полной глубины паза. В крупносерийном и

78

массовом производствах фрезеровать пазы целесообразно с применением многоместных приспособлений комплектом фрез.

Н а р е з а н и е резьбы. Внутренние резьбы на валах нарезают машинными метчиками на сверлильных, револьверных и резьбонарезных станках в зависимости от типа производства: наружные – резцами, гребенками, плашками. Наружные резьбы также получают фрезерованием, вихревым методом, накатыванием. В мелкосерийном и единичном производствах наружные резьбы изготовляют на токарно-винторезных станках с применением резьбовых резцов или гребенок, обеспечивая 6—8-ю степени точности. Резьбы 4-й степени точности нарезают на прецизионных токарновинторезных станках.

Нарезание резьбы плашками и резьбонарезными головками выполняют на револьверных, токарных и болторезных станках, а также на токарноревольверных автоматах. В серийном и мелкосерийном производствах нарезают резьбы плашками при требованиях точности к резьбе не выше 7-й степени. В серийном и массовом производствах резьбы нарезают резьбонарезными головками, обеспечивающими повышение производительности в 2...4 раза по сравнению с нарезанием плашками, и повышение точности резьбы до 6-й степени.

При нарезании коротких остроугольных резьб широкое распространение получило фрезерование гребенчатой групповой фрезой на резьбофрезерных станках, причем ось фрезы устанавливается параллельно оси нарезаемой детали. При фрезеровании, кроме вращения фрезы и медленного вращения детали, необходимо обеспечить осевое перемещение фрезерной головки на шаг резьбы за один оборот детали.

В крупносерийном и массовом производствах резьбы получают накатыванием, при этом получают резьбу 6-й степени точности. Накатывание резьбы производительнее нарезания ее резьбовыми головками.

Если вал не подвергается закалке, то резьбу нарезают после окончательного шлифования шеек, что устраняет опасность повреждения резьбы в

79

процессе передачи вала на другую операцию. На закаливаемых шейках резьбу изготовляют до термообработки.

Мелкие резьбы у термообрабатываемых валов получают сразу на резьбошлифовальных станках.

Ш л и ф о в а н и е валов производят на круглошлифовальных и бесцен- трово-шлифовальных станках соответственно 6-му квалитету. Шлифуют в две операции (два перехода). При обработке валов на круглошлифовальных станках технологической базой являются центровые отверстия на торцах заготовки. От качества центровых отверстий зависит точность обработки, поэтому перед шлифованием центровые отверстия подвергают исправлению путем шлифования конусным кругом.

.

Рис. 7.4. Схема шлифования валов:

1 — шлифовальный круг; 2 — обрабатываемая заготовка; 3 — нож; 4 — ведущий круг

При шлифовании наиболее распространены два метода: осциллирующее шлифование (рис. 7.4, а), применяемое при обработке поверхностей значительной протяженности, и врезное шлифование (рис. 7.4, б), применяемое при обработке коротких шеек. В серийном и массовом производствах врезное шлифование часто выполняется по автоматическому циклу, что обеспечивает лучшее качество обработки и повышает производительность.

В тех случаях, когда необходимо достигнуть точности размеров, соответствующей 5-му или 6-му квалитетам и шероховатости поверхности Ra = 0,1

80

мкм и меньше, после чистовой шлифовальной операции шейки вала притирают.

При шлифовании размеры деталей часто контролируют в процессе обработки, т. е. без остановки станка, что повышает производительность. Используют также измерительные средства активного контроля, которые автоматически выключают поперечную подачу при достижении заданного размера.

Схема бесцентрового шлифования показана на рис. 7.4, в. Заготовка располагается выше осевой линии шлифовальных кругов на размер h. Подача S заготовки 2 вдоль оси осуществляется путем поворота ведущего круга 4 на угол α, который составляет 1—4,5°. Благодаря этому наклону ведущий круг сообщает заготовке посредством силы трения движение подачи. Бесцентровое шлифование выполняют с продольной подачей, как показано на рис. 7.4, в, и с поперечной подачей (врезанием). Если вал гладкий, то применяют шлифование с продольной подачей на проход; если же ступенчатый — шлифуют с продольной подачей до упора. Врезным бесцентровым шлифованием обрабатывают короткие буртики. Бесцентровое шлифование применяют при обработке небольших валов, при этом обеспечивается точность по 6—8-му квалитетам. Этот метод по точности несколько уступает шлифованию на круглошлифовальных станках.

При изготовлении штоков для гидроузлов при окончательной их обработке применяют обкатывание поверхности роликами. В результате пластического деформирования повышается качество поверхности, упрочняется поверхностный слой, повышается износостойкость, коррозионная стойкость.

К о н т р о л ь валов. Диаметральные размеры, длины ступеней, размеры резьб, шлицев, шпоночных пазов проверяют с помощью предельных скоб, резьбовых и шлицевых колец. Шероховатость поверхности контролируют преимущественно сличением с эталонами.

Для проверки отклонения от соосности шеек ступенчатый вал уклады-

81