Технологический процесс изготовления валов.

В зависимости от конструкции и размера, требуемой точности и объема выпуска строится маршрут обработки вала. Валы, размером до 150 мм длиной обрабатываются полностью на токарно-револьверных станках или автоматах до их отрезки после выполнения всех черновых и чистовых операций.

Прутковые и штампованные заготовки длиной более 150 мм обрабатывают по следующему маршруту:

1. Одновременное или поочередное фрезерование торцов.

2. Одновременная или поочередная зацентровка торцов.

3. Черновое обтачивание наружных поверхностей.

4. Чистовое обтачивание наружных поверхностей.

5. Предварительное шлифование шеек.

6. Нарезание шлицев и получение шпоночных пазов.

7. Сверление отверстий (если предусматривается конструкцией).

8. Нарезание резьбы.

9. Термическая обработка (если предусматривается).

10. Окончательное шлифование шеек.

При обработке нежестких валов в маршрут могут вводиться дополнительные операции, такие как протачивание и шлифование шейки под люнет или промежуточные правки заготовки, если они допускаются техническими требованиями.

Фрезерование торцов и их зацентровка в крупносерийном и массовом производстве может выполняться на фрезерно-центровальных полуавтоматах МР-71 и МР-73 или МР-77 и МР-78. На этих станках одновременно производится обработка двух заготовок.

Обработка торцов может производиться на двухсторонних торцефрезерных автоматах А-981М и на двухсторонних центровальных автоматах А-982М. Раздельная обработка торцов может производиться на горизонтально- и продольно-фрезерных станках, на одно- или двухсторонних центровальных станках.

В единичном или мелкосерийном производстве выполнение этих операций может производиться на токарных и револьверных станках.

Наружное черновое и чистовое обтачивание поверхности валов в зависимости от объема выпуска может производиться на токарных, токарно-копировальных, одношпиндельных горизонтальных многорезцовых станках (полуавтоматах), на одно- или многошпиндельных вертикальных полуавтоматах, на станках с ЧПУ.

Обработка на многорезцовых полуавтоматах обеспечивает точность в пределах 11 – 12 квалитетов. При тщательной наладке станка, правильном выборе инструмента точность может быть повышена до 6 – 8 квалитета.

Одновременное черновое и чистовое обтачивание допускается, если обеспечивается заданная точность и не увеличивается шероховатость обрабатываемой поверхности.

Многорезцовое обтачивание целесообразно применять при обработке длинных шеек валов и большом перепаде диаметров ступеней вала. Однако, при данном методе возрастает Т_пз, время на техническое обслуживание, на настройку и поднастройку системы.

При увеличении количества резцов в наладке возможно возникновение вибрации, неравномерный износ режущего инструмента и др. Поэтому в ряде случаев целесообразнее производить обработку на гидрокопировальных полуавтоматах, позволяющих работать на более высоких скоростях резания и подачах. При небольших затратах Т_пз и времени технического обслуживания затраты на настройку и под настройку сокращаются в 2 – 3 раза по сравнению с многорезцовым обтачиванием. Обработка на гидрокопировальных станках позволяет получить 6 – 8 квалитет и применяется обычно при чистовой обработке нежестких валов. Поэтому в каждом конкретном случае необходимо производить сравнение варианта обработки на многорезцовом и гидрокопировальном станках.

Обработка на вертикальных полуавтоматах производится в патроне или в центрах, при этом на каждой позиции может производиться или полная обработка заготовки или заготовка обрабатывается при перемещении ее из позиции в позицию. Точность обработки на вертикальных полуавтоматах – 11 квалитет.

Примеры наладок многорезцовых горизонтальных и вертикальных полуавтоматов приведены в [5].

Фрезерование шпоночных пазов на валах может производиться на шпоночно-фрезерных станках пальцевой фрезой или на горизонтально-фрезерных – дисковой фрезой в зависимости от конструкции паза.

Шпоночные пазы можно получать на вертикально- или горизонтально-фрезерных станках, работающих по маятниковому методу путем снятия пальцевой фрезой за каждый рабочий ход определенного слоя материала. При данном методе обеспечивается высокая точность обработки. Схема обработки приведена на рис, где t – припуск, снимаемый за один рабочий ход; n – общий припуск.

Сквозные шпоночные канавки наиболее эффективно обрабатывать дисковой фрезой напроход.

В единичном и мелкосерийном производстве сквозные шпоночные канавки могут обрабатывать на строгальных станках.

Нарезание шлицев на валах может производиться шлицефрезерованием, шлицестроганием, протягиванием, накатыванием. Фрезерование производится на шлицефрезерных или зубофрезерных станках червячными фрезами. При нарезании шлицев на валах диаметром до 60 мм их обработка производится за один переход, при большем диаметре – за два перехода – черновой и чистовой. Предварительное нарезание шлицев производится до термической обработки, окончательное – после термической обработки. При наличии термической обработки нарезание производится после предварительного шлифования шеек, а при отсутствии термической обработки – после чистового шлифования шеек. Нарезание шлицев может производиться фасонными дисковыми фрезами на горизонтально-фрезерных станках с применением делительных приспособлений. Данный способ производительнее в 3 – 4 раза способа шлицефрезерования.

Шлицепротягивание производится на горизонтально-протяжных станках с помощью специальных приспособлений и протяжек, профиль зубьев которых соответствует профилю протягиваемых шлицев. Каждый шлиц нарезается поочередно в двух диаметрально противоположных направлениях двумя блоками протяжек с последующим поворотом для нарезания следующих шлицев.

Шлицестрогание производится набором специальных фасонных резцов, устанавливаемых в резцовой головке. Количество резцов и их профиль соответствуют профилю получаемых шлицев. Все резцы одновременно нарезают шлицы, получая радиальную подачу. Метод высокопроизводителен и применяется в крупносерийном и массовом производстве. Производительность шлицепротягивания или шлицестрогания в 5 – 8 раз выше шлицефрезерования.

Накатывание шлицев может производиться на специальных станках и гидравлических прессах многороликовыми головками. Накатывают эвольвентные и треугольные шлицы модулем до 3, диаметром 20 – 100 мм, длина зуба или шлица – L_z = 120 мм. Накатывание в ряде случаев позволяет отказываться от термической обработки и последующей механической обработки. Шероховатость поверхности в пределах Ra = 0,40 – 0,20 мкм. Производительность метода приблизительно в 10 раз выше шлицефрезерования.

Сверление отверстий в валах может производиться на одно- или многошпиндельных сверлильных станках. Выбор станка определяется количеством отверстий и их расположением на валу.

Выбор метода нарезания резьбы на валах определяется типом производства и требуемой точностью. В крупносерийном и массовом производстве резьбы 6 квалитета могут быть получены на резьботокарных полуавтоматах. Резьбы 8 – 11 квалитетов могут быть получены на резьбофрезерных или резьбонакатных станках.

В условиях единичного и мелкосерийного производства резьбы 6 квалитета точности могут быть получены на токарно-винторезных станках с помощью резцов или вихревым методом с помощью специальных резцовых головок.

Резьбы на валах могут быть получены с помощью плашек различной конструкции, резьбонарезных головок, резьбовых резцов, гребенчатых фрез. Нарезание плашками обеспечивает 8 – 9 квалитет и ниже. Применение резьбонарезных головок обеспечивает повышение производительности в 3 – 4 раза по сравнению с нарезанием плашкой, а точность может быть получена в пределах 6 квалитета. Нарезание резьбы может производиться дисковыми или групповыми гребенчатыми фрезами, обеспечивая 8 –9 квалитет и выше.

В крупносерийном и массовом производстве резьбы 6 квалитета точности могут быть получены путем накатывания плоскими плашками или роликами. Производительность метода в 15 – 20 раз выше по сравнению с накатыванием головками.

Резьбошлифование применяется для труднообрабатываемых материалов или когда к резьбе предъявляются высокие требования по точности. Резьбы шлифуют на специальных резьбошлифовальных станках, а в единичном и мелкосерийном производстве можно производить на токарных станках с помощью специальных приспособлений.

В качестве чистового и окончательного метода обработки поверхности валов наиболее широко применяется шлифование с продольными или поперечными подачами. Шлифование закаленных шлицев может производиться фасонными кругами или отдельно шлифуют боковые поверхности и впадины шлицев. Шлифование фасонным кругом обеспечивает большую точность и производительность.

Обработка на бесцентрово-шлифовальных станках производится продольной подачей на проход или врезанием - поперечной. Жесткость бесцентрово-шлифовальных станков примерно в 1,5 – 2 раза выше круглошлифовальных и обеспечивает повышение производительности примерно в 1,5 – 2 раза. Бесцентровое шлифование эффективно исправляет некруглость (с исходной некруглости 0,3 мм может быть получена некруглость 0,0025 мм). Точность обработки - 5 – 6 квалитет, шероховатость Ra = 0,32 – 0,20 мкм.

1. Шлифующий круг. 2. Заготовка. 3. Ведущий круг. 4. Опорный нож.

Рассмотрим схему бесцентрового шлифования.

В процессе обработки опорный нож должен регулироваться по высоте так, чтобы обеспечивать необходимое повышение h оси обрабатываемого вала (шейки вала) над центровой линией кругов. Это превышение составляет 0,35¸0,4 диаметра обрабатываемой заготовки, но не более 14 мм. Меньшая или большая величина h приводит к огранке шлифуемой поверхности.

nкр

S

nдет

При шлифовании торцев ступеней вала применяют торцокруглошлифовальные станки. Ось круга может располагаться под углом от 8° до 45°. Величина угла определяется в зависимости от снимаемого припуска и шлифуемого диаметра.

Отделочная обработка ступеней валов может производиться также абразивными и алмазными лентами на ленточно-шлифовальных станках, поверхностно-пластическим деформированием путем обкатывания шариками или роликами, алмазным выглаживанием, суперфинишем абразивными или алмазными брусками. При суперфинише брусок совершает осциллирующее движение, возвратно-поступательное и продольное перемещение вдоль оси обрабатываемой заготовки.

Контроль валов.

Контроль валов осуществляется с помощью универсальных измерительных средств, различных калибров и комплексных измерительных устройств.

Контролируются как размеры, так и форма и относительные повороты поверхностей вала.

Рассмотрим некоторые схемы контроля:

а) Отклонение от круглости контролируется с помощью рычажной двухконтактной скобы при установке вала в центрах.

в) Отклонение от соосности опорных шеек контролируется с помощью индикаторов при установке вала на ножевые опоры.

б) Огранка контролируется с помощью индикатора при установке вала в призму.

г) Радиальное биение размера d относительно опорных шеек определяется индикатором при установке вала в призмы.

д) Торцевое биение вала контролируется индикатором при установке его на призме.