Технологические задачи

Технологические задачи формулируются в соответствии с реко-мендациями, приведенными в первом томе. Они охватывают тре-бования к точности деталей по всем их параметрам (рис. 1.2 и см. рис. 1.44).

Точность размеров. Точными поверхностями валов являются, как правило, его опорные шейки, поверхности под детали, передающие крутящий момент. Обычно они выполняются по 6...7-му квалитетам.

Точность формы. Наиболее точно регламентируется форма в про-дольном и поперечном сечениях у опорных шеек под подшипники качения. Отклонения от круглости и профиля в продольном сечении не должны превышать 0,25...0,5 допуска на диаметр в зависимости от типа и класса точности подшипника.

Точность взаимного расположения поверхностей. Для большинства валов главным является обеспечение соосности рабочих поверхностей, а также перпендикулярности рабочих торцов базовым поверхностям. Как правило, эти величины выбираются по V...VII степеням точности.

Качество поверхностного слоя. Шероховатость базовых поверх-ностей обычно составляет Ra = 3,2...0,4 мкм, рабочих торцов Ra = 3,2...1,6 мкм, остальных несоответственных поверхностей Ra = 12,5...6,3 мкм. Валы могут быть сырыми и термообработанными. Твердость поверхностных слоев, способ термообработки могут быть весьма разнообразными в зависимости от конструктивного на-значения валов. Если значение твердости не превышает НВ 200...230,

Рис. 1.2. Эскиз вала с типовыми техническими требованиями

то заготовки подвергают нормализации, отжигу или термически не обрабатывают. Для увеличения износостойкости валов повышают твердость их рабочих поверхностей. Часто это достигается поверхностной закалкой токами высокой частоты, обеспечивающей твердость HRС_Э48...55. Поверхности валов из низкоуглеродистых марок стали подвергают цементации на глубину 0,7... 1,5 мм с последующей закал-кой и отпуском. Таким способом можно достичь твердости HRС_Э55...6О.

Наличие остаточных напряжений в поверхностных слоях и их знак регламентируются редко и в основном для очень ответственных валов.

Так, для вала (см. рис. 1.44) технологические задачи формулиру-ются следующим образом:

— точность размеров основных поверхностей находится в преде-лах 6...8-го квалитетов, а размеры с неуказанными отклонениями выполняются по 14-му квалитету;

— точность формы регламентируется для опорных шеек допус-ками круглости и профиля в продольном сечении — 0,006 мм, а у остальных поверхностей погрешности формы не должны превышать определенной части поля допуска на соответствующий размер (например, для нормальной геометрической точности 60 % от поля до-пуска);

— точность взаимного расположения задается допусками ради-ального и торцового биений (соответственно 0,02 мм и 0,016 мм) относительно базы;

— шероховатость сопрягаемых цилиндрических поверхностей ограничивается значениями Ra = 0,8 мкм, а торцовых Ra = 1,6 мкм; шероховатость несопрягаемых поверхностей Ra = 6,3 мкм; шлице-вый участок подвергается термообработке ТВЧ HRС_Э50...55.

Некоторые требования к технологичности валов

Наряду с общими требованиями, приведенными в первом томе, к технологичности валов предъявляются и некоторые специфические требования.

1. Перепады диаметров ступенчатых валов должны быть мини-мальными. Это позволяет уменьшить объем механической обработки при их изготовлении и сократить отходы металла. По этой причине конструкция вала с канавками и пружинными кольцами более технологична конструкции вала с буртами.

2. Длины ступеней валов желательно проектировать равными или кратными длине короткой ступени, если токарная обработка валов будет осуществляться на многорезцовых станках. Такая конструкция позволяет упростить настройку резцов и сократить их холостые перемещения.

3. Шлицевые и резьбовые участки валов желательно конструиро-вать открытыми или заканчивать канавками для выхода инструмента. Канавки на валу необходимо задавать одной ширины, что позволит прорезать их одним резцом.

4. Валы должны иметь центровые отверстия. Запись в техничес-ких требованиях о недопустимости центровых отверстий резко сни-жает технологичность вала. В таких случаях заметно удлиняют заготовку для нанесения временных центров, которые срезают в конце обработки.

1.1.2. Материалы и заготовки валов

Валы в основном изготовляют из конструкционных и легирован-ных сталей, к которым предъявляются требования высокой прочно-сти, хорошей обрабатываемости, малой чувствительности к концен-трации напряжений, а также повышенной износостойкости. Этим требованиям, в определенной степени, отвечают стали марок 35, 40, 45,40Г, 40ХН и др. Достаточно редко валы отливают из чугуна.

В технических требованиях на изготовление валов прежде всего указываются твердость материала или необходимость соответствующей термической обработки. Если значение твердости не превышает НВ 200...230, то заготовки подвергают нормализации, отжигу или термически не обрабатывают. Для увеличения износостойкости валов повышают твердость их рабочих поверхностей. Часто это достигается поверхностной закалкой токами высокой частоты, обеспечивающей твердость НRС_Э48...55. Поверхности валов из низкоуглеродистых марок стали подвергают цементации на глубину 0,7... 1,5 мм с последующей закалкой и отпуском. Таким способом можно достичь твердости HRС_Э55...60.

Производительность механической обработки валов во многом зависит от вида заготовки, ее материалов, размера и конфигурации, а также от характера производства. Заготовки получают отрезкой от горячекатаных или холоднотянутых нормальных прутков и непосредственно подвергают механической обработке.

Прокат круглого сечения поступает на машиностроительные за-воды в виде многометровых прутков, из которых в заготовительных цехах нарезаются заготовки необходимой длины. Резка может быть проведена различными способами на различном оборудовании с со-блюдением следующих условий. Процесс должен быть производи-тельным, обеспечивать требуемую точность по длине заготовки, перпендикулярность торцов вала, необходимое качество поверхности торцов, включая заданную шероховатость, а также минимальные потери металла.

В наибольшей мере указанным требованиям отвечают отрезные круглопильные станки, применяемые в серийном и массовом производствах. В качестве режущего инструмента в них применяются пильные диски, оснащенные сегментами из быстрорежущей стали. Таким диском можно разрезать прокат диаметром до 240 мм или пакет прутков меньшего диаметра. Торцы заготовок после отрезки имеют шероховатость Ra = 25 мкм.

В мелкосерийном и единичном производствах применяются более простые, но менее производительные отрезные ножовочные станки. Тонкие ножовочные полотна дают узкий пропил, но вследствие малой жесткости не обеспечивают высокой перпендикулярности торцов заготовок.

Резка прутков и труб из высокотвердых, закаленных сталей наи-более эффективна на абразивно-отрезных станках, оснащенных тонкими, толщиной 3...6 мм абразивными кругами на бакелитовой или вулканитовой связках. Благодаря высокой скорости вращения, достигающей 80 м/с, круги быстро разрезают пруток, образуя ровный срез с шероховатостью Ra = 3,2...6,3 мкм. Во избежание пережога торцов зона резания обильно поливается охлаждающей жидкостью.

В сравнении с перечисленными другие методы резки применяются реже. К ним относятся резка на токарно-отрезных станках отрез-ными резцами, на фрезерных станках прорезными фрезами, резка фрикционными пилами. Фрикционная пила представляет собой тон-кий стальной диск, которому сообщается скорость вращения выше 100 м/с. В месте контакта с заготовкой выделяющаяся вследствие трения теплота расплавляет металл прутка, что обеспечивает высокую производительность процесса. Однако оплавление торцов заготовок снижает их качество. К наиболее производительным методам относятся рубка прутков на прессах и резка ножницами. Существенным недостатком этих методов, ограничивающим их применение, является смятие концов заготовок.

На машиностроительные заводы прокат поступает с заметными отклонениями от прямолинейности оси. Для устранения кривизны прутки перед резкой подвергают правке. Для этой цели служат пра-вильно-калибровочные станки. Нарезанные заготовки перед нача-лом обработки, а иногда и в процессе дальнейшей обработки также приходится подвергать правке. Такую правку обычно проводят на прессах.

Заготовки такого вида применяют в основном в мелкосерийном и единичном производстве, а также при изготовлении валов с неболь-шим количеством ступеней и незначительными перепадами их диа-метров.

В производстве с более значительным масштабом выпуска, а также при изготовлении валов более сложной конфигурации с большим количеством ступеней, значительно различающихся по диаметру, заготовки целесообразно получать методом пластической деформации. Эти методы (ковка, штамповка, периодический прокат, обжатие на ротационно-ковочных машинах, электровысадка) позволяют получать заготовки по форме и размерам наиболее близкие к готовой детали, что значительно повышает производительность механической обработки и снижает металлоемкость изделия.

Выбор наиболее рационального способа получения заготовки в каждом отдельном случае определяется комплексно с учетом технико-экономической целесообразности. С увеличением масштабов выпуска особое значение приобретают эффективность использования металлов и сокращение трудоемкости механической обработки. Поэтому в крупносерийном и массовом производстве преобладают методы получения заготовок с коэффициентом использования металлов от 0,7 и выше (отношение массы детали к норме расхода металла), доходящего в отдельных случаях до 0,95.

Полые валы несообразно изготавливать из труб.

1.1.3. Основные схемы базирования

Основными базами подавляющего большинства валов являются поверхности его опорных шеек. Однако использовать их в качестве технологических баз для обработки наружных поверхностей, как пра-вило, затруднительно, особенно при условии сохранения единства баз. Поэтому при большинстве операций за технологические базы принимают поверхности центровых отверстий с обоих торцов заготовки, что позволяет обрабатывать почти все наружные поверхности вала на постоянных базах с установкой его в центрах.

При этом может возникать погрешность базирования, влияющая на точность взаимного расположения шеек, равная величине несов-падения оси центровых отверстий и общей оси опорных шеек.

Для исключения погрешности базирования при выдерживании длин ступеней от торца вала необходимо в качестве технологической

базы использовать торец заготовки. С этой целью заготовку устанавливают на плавающий передний центр, схема которого приведена в первом томе.

Форма и размеры центровых отверстий стандартизованы. Суще-ствует несколько типов центровых отверстий, из которых для валов чаще всего применяются три (табл. 1.1).

Таблица 1.1