Методы обработки поверхностей валов

Обработка торцов и центровых отверстий в условиях единичного и мелкосерийного (МС) производства выполняется точением, сверлением и фрезерованием на универсальных токарных, сверлильных и фрезерных станках. В среднесерийном производстве (при Кзо>15) - на револьверных, универсально-фрезерных, центровальных (одно или двусторонних) и фрезерно-центровальных станках (одно и двусторонних). В среднесерийном (при Кзо<15), крупносерийном и массовом (КСМ) производствах - на фрезерно-центровальных полуавтоматах в одну операцию (двухпозиционных или многопозиционных барабанного типа) или две операции (раздельно фрезерование торцов А981М и сверление центровых отверстий А982М, которые могут встраиваться в автоматические линии). Торцы и центровые отверстия, как правило, подвергаются однопроходной обработке. Прогрессивным методом является одновременная обработка торцов и центровых отверстий спец. головками, которые могут быть оснащены сверлом, широким твердосплавным резцом для подрезки торца, резцами для снятия фаски, либо наружной проточки крайней шейки.

Токарная обработка ступеней вала в условиях КСМ производства выполняется на одно и многошпиндельных прутковых автоматах (lдет<150-180 мм), на многошпиндельных полуавтоматах горизонтального и вертикального типа, на одношпиндельных многорезцовых и гидрокопировальных полуавтоматах горизонтального и вертикального типа, двухшпиндельных вертикальных полуавтоматах и токарных станках с ЧПУ. В зависимости от конкретной производственной обстановки, характеристики изготавливаемого вала, применяется тот или другой вид оборудования, обеспечивающий большую или меньшую концентрации операций и реализацию параллельной, параллельно-последовательной или последовательной схемы построения операции.

В условиях МС производства для обработки наружных и внутренних поверхностей вращения, как правило, используется универсальное токарное оборудование, в том числе и с ЧПУ, а в среднесерийном (20>Кзо>15) - на револьверных токарных полуавтоматах (станках). На универсальных токарных станках целесообразно использовать универсальные гидрокопировальные устройства и для повышения жесткости длинных валов (l/d>12-15) – центр задней бабки и люнет.

Шпоночные пазы в зависимости от формы получают фрезерованием концевыми или дисковыми фрезами. Наиболее производителен метод фрезерования пазов под сегментные шпонки дисковой фрезой на горизонтально или вертикально фрезерных или агрегатных станках.

Под призматическую шпонку закрытые пазы получают фрезерованием концевой, в т.ч. шпоночной фрезой за один проход либо с маятниковой подачей на шпоночно-фрезерных станках (КСМ производства) или универсальных фрезерных станках (МС производство). Открытые и полуоткрытые пазы получают фрезерованием дисковой фрезой (МС и КСМ) либо протягиванием (КСМ). Для обработки точных пазов (в основном закрытых) немерным инструментом применяют простое и двойное рамочное фрезерование с осциллированием.

При простом рамочном фрезеровании инструмент подают на всю глубину и обрабатывают сначала одну, а затем другую боковую сторону; при двойном - фрезеруют сначала середину паза, а затем боковые стороны. При фрезеровании с осциллированием инструмент (двузубая фреза) крепится в специальном патроне с определенным эксцентриситетом относительно оси вращения. Обработку ведут на специальном шпоночно-фрезерном станке с маятниковой подачей (0,1-0,25 мм на ход). Заготовки для обработки шпоночных пазов устанавливают в тисках, призмах и в центрах.

Обработка шлицев на валах может производиться на зубофрезерных и шлицефрезерных станках однозаходными червячными фрезами аналогично фрезерованию зубьев колес. В зависимости от точности и размеров шлицев фрезерование осуществляют за один или два хода. Черновое фрезерование шлицев иногда производят на горизонтально-фрезерных станках с делительной головкой фасонными дисковыми фрезами (одна впадина) или набором двух фрез (один выступ). В КСМ производстве противоположные впадины шлицев можно протягивать двумя специальными блочными протяжками. Производительными методами обработки шлицев являются одновременное долбление всех впадин специальной многорезцовой головкой и холодное накатывание, которое повышает твердость материала на 20-30%, что может исключить термообработку; повышается также в 1,4 раза износостойкость и прочность валов и снижается на 10-20% расход материала; производительность по сравнению с нарезанием шлицев червячной фрезой увеличивается в 10-40 раз и точность повышается на 2-3 квалитета.

После термообработки повышается долговечность и износостойкость шлицев в 1,3 раза и они, как правило, подлежат шлифованию: наружному круглому и впадин шлицев в зависимости от центрирования вала с сопрягаемой деталью: профильным кругом (одна впадина), плоскими кругами - одним (диаметр впадин), двумя (боковые стороны), тремя (за оборот вала все впадины) кругами, установленными на одной оправке. Наибольшую точность шлифования обеспечивает установка вала в центрах.

Наиболее часто используются в машиностроении валы шестерни с цилиндрической зубчатой поверхностью (прямые и косые зубья) и конической (с прямыми, косыми и криволинейными зубьями). Нарезание цилиндрических зубчатых поверхностей выполняется методом копирования (дисковыми, концевыми, модульными фрезами, долблением многорезцовой головкой и протягиванием) и методом обкатки (червячными фрезами и круглыми долбяками). Закругление зубьев осуществляется на специальных зубозакругляющих станках методом копирования при помощи концевых, дисковых фасонных и пустотелых фрез.

В МС производстве конические зубчатые поверхности с прямым и косым зубом 9-10 степени точности нарезают методом копирования дисковыми модульными фрезами на универсально-фрезерных станках. В КСМ производстве - зубостроганием (принцип обкатки) и круговой протяжкой (принцип копирования для прямозубых конических зубчатых поверхностей). Применяется также накатывание зубчатых поверхностей, которые в 15-20 раз производительнее зубофрезерования и дает большую экономию металла. Зубья с модулем до 1 мм накатывают в холодном состоянии, а свыше 1 мм - в горячем (лучше токами ТВЧ до 1000-1100^оС).

Отделка зубчатых поверхностей осуществляется: шевингованием (круглый шевер или шевер-рейка), шлифованием (методами копирования или обкатки), притиркой (по притиру), приработкой (сопрягаемая пара) и хонингованием, которое осуществляется на станках аналогичных шевинговальным, но без устройства для радиальной подачи. При этом обеспечивается самая высокая степень точности 5 при шлифовании и низкая (8) при шевинговании.

Обработка радиальных и осевых отверстий на валах наиболее часто выполняется в зависимости от точности и диаметра отверстия: сверлением (IT 14-12, Ra20-Ra10), зенкерованием (IT 11-12, Ra5-Ra2,5), развертыванием (однократным - IT 10-8, Ra2,5-Ra0,63; двукратным - IT 7-6 и даже 5, Ra1,25-Ra0,16). Применяется также для более крупных по диаметру отверстий растачивание резцами и резцовыми блоками (ступенчатое отверстие). При этом может обеспечиваться IT12-6 и Ra2,5-Ra0,32. Встречается обработка отверстий на валах пластическим деформированием (калибрование отверстия шариком или оправкой, раскатывание более крупных отверстий).

Обработка резьбовых поверхностей на валах наиболее часто производится на универсальных токарно-винторезных станках (МС производство), резьбонарезных и резьбофрезерных станках (КСМ) и токарных станках с ЧПУ (во всех типах производства). При этом осуществляется нарезание резьбы резцами и гребенками, вращающимися резцами (вихревое нарезание), резьбонарезными головками и, наиболее часто для небольших диаметров резьб - метчиками и плашками. Резьбовые поверхности также полируются накатыванием (плоскими плашками, роликами, цилиндрическими и сегментными плашками) и шлифованием, которое выполняют на резьбошлифовальных станках одно - или многониточным кругом (аналогично фрезерованию дисковой и групповой фрезой), а также на бесцентрово-шлифовальных станках (КСМ) многониточными кругами, что позволяет получать резьбу высокой степени точности с высокой производительностью.

Обработка фасонных и конических поверхностей на валах выполняется, как правило, точением с поперечной подачей фасонным резцом, с продольной подачей проходным резцом (лучше по копиру) и на токарных станках с ЧПУ. Поверхности фасок, канавок, лысок и т.п. получают, как правило, однократной обработкой - точением или фрезерованием в зависимости от того какая поверхность.

В качестве финишных (отделочных) методов обработки валов применяют. Тонкое (алмазное) точение, которое обеспечивает IT 7-6 и Ra1,25-0,32; выполняется резцами, оснащенными твердым сплавом (ВК4, ВК3, ВК2 - для обработки чугуна или Т30К4, Т60К6 - для стали) при малых подачах (0,02…0,05 мм/об) и глубинах резания (0,05…0,15мм). Скорость резания зависит от материала заготовки и колеблется от 100 до 1000 и более м/мин. В ряде случаев тонкое точение осуществляют алмазными резцами (алмазным кристаллом). Стойкость алмазных резцов в 10 раз выше, а себестоимость обработки в 1,5-2 раза меньше, чем твердосплавных.

Шлифование является основным методом отделочной обработки наружных цилиндрических поверхностей валов, обеспечивая IT 7-6, Ra1,25-Ra0,63 для обычных условий обработки и при тонком шлифовании может обеспечить до IT5 и Ra0,16-Ra0,04. Наружное круглое шлифование осуществляется с продольной подачей и поперечной (более производительное) на круглошлифовальных станках, бесцентровошлифовальных и торцекруглошлифовальных станках.

Выполняется, в случае необходимости, отделочная обработка наружных поверхностей валов:

- полированием мягкими (войлочные, фетровые и др.) кругами, абразивной лентой, а также кругами с графитовым наполнителем, которые могут быть использованы на обычных круглошлифовальных и бесцентровошлифовальных станках, обеспечивая Rz=0,1…0,05 мкм. Припуск под полирование не превышает 6 мкм, в противном случае теряется ранее полученная точность размера;

- притиркой (доводкой) обрабатывают прошлифованные поверхности (притирами, на которые наносятся абразивные порошки с маслом или специальные пасты), обеспечивая Rz=0,05 мкм;

- суперфинишированием (абразивными колеблющимися брусками), обеспечивая Rz=0,07…0,025 мкм;

- пластическим деформированием повышается износостойкость и усталостная прочность валов. Оно может осуществляться роликовыми и шариковыми инструментами, алмазным выглаживанием или дробеструйным наклепом, что обеспечивает уменьшение шероховатости ранее обработанной поверхности и увеличивает твердость поверхностных слоев заготовки.

В случае необходимости, в т.ч. и для удобства пользования, на некоторых поверхностях валов накатывают рифления, товарные знаки и др.