3. Методы изготовления и маршуруты обработки типовых деталей машин
Несмотря на громадное разнообразие в мировом машиностроении различных конструкций деталей машин, их можно систематизировать по конструкторско-технологическим признакам. Наибольшее распространение получили такие классы деталей, как валы, корпусные детали, зубчатые колеса и т. д. Детали каждого класса имеют свои особенности построения технологического процесса /2/.
3.1. Обработка валов
В конструкциях машин и механизмов основными деталями для передачи вращательного движения и крутящего момента являются валы.
В процессе работы валы испытывают сложные деформации - кручение, изгиб, растяжение и сжатие. Поэтому, чтобы обеспечить нормальную работу деталей, передающих движение на вал, и узла в целом к валам предъявляются требования жесткости.
Валы очень разнообразны как по форме, так и по размерам, однако по технологическим признакам их можно привести к двум исходным формам: гладкому и ступенчатому валам.
Наиболее простую геометрическую форму имеют прямые гладкие валы постоянного диаметра, но их применение весьма ограничено.
Наиболее распространены в машиностроении ступенчатые валы, основными технологическими параметрами которых являются: общая длина вала, количество ступеней, неравномерность их перепада по диаметрам, диаметр наибольшей ступени, наличие шлицев и их форма.
В табл. 3.1 приведены разновидности сплошных и полых ступенчатых валов.
Таблица 3.1
Основные виды ступенчатых валов
Конструктивные разновидности
|
Сплошные без центрального отверстия |
Полые с центральным отверстием |
Гладкие без шлицев и зубчатых венцов
Гладкие с фланцем
|
|
|
Шлицевые
|
|
|
С зубчатым венцом
|
|
|
Жесткость конструкции вала определяется геометрической формой (отношением длины вала к диаметру); увеличение жесткости вала за счет уменьшения длины не всегда возможно.
Наиболее технологичными являются валы с возрастающими или убывающими диаметрами ступеней со стандартными размерами. Участки вала, имеющие один и тот же номинальный диаметр, но разные посадки, должны быть разделены канавками, четко разграничивающими обрабатываемые поверхности от необрабатываемых, при этом желательно, чтобы обрабатываемые участки вала имели равные или кратные длины, а перепады ступеней вала были бы невелики.
Валы изготовляют из сталей, обладающих высокой прочностью, малой чувствительностью к концентрации напряжений, хорошей обрабатываемостью и способностью подвергаться термической обработке. Этим требованиям отвечают конструкционные и легированные стали марок 35, 40, 45, 40Г и 50Г.
Валы с небольшим числом ступеней и незначительными перепадами диаметров изготовляют из штучных заготовок, отрезанных от горячекатаного или холоднотянутого прутка, а имеющие более сложную конфигурацию и с большим числом ступеней или со ступенями, значительно отличающимися по диаметрам, - из заготовок, получаемых штамповкой, поперечным прокатом или ротационным обжатием. Выбор рациональной заготовки должен быть обоснован технико-экономическими расчетами.
В массовом и крупносерийном производствах валы изготовляют из заготовок, обеспечивающих эффективное использование металла (коэффициент использования металла К = 0,65 0,7 и более) и значительное сокращение трудоемкости механической обработки.
Штучную заготовку из прутка заменяют штамповкой, если К. повышается не менее чем на 5 %. Заготовка, полученная ротационным обжатием, наиболее близко приближается по конфигурации и размерам к готовой детали, при этом К. = 0,85 0,95.
Заготовки небольших ступенчатых валов диаметром до 25 мм изготовляют сочетанием холодной высадки и экстрюдинг - процесс а, а именно: из штучной прутковой заготовки за несколько переходов высаживают ступенчатую часть, имеющую диаметр больший, чем исходная заготовка, а затем вытягивают ту часть, диаметр которой меньше размера исходной прутковой заготовки.
Механической обработке поверхностей вала предшествует образование единой базы для установки обрабатываемой заготовки вала на всех операциях. Основными базами вала являются торцевые поверхности и центровые отверстия, от точности выполнения которых зависит и точность исполнения последующих операций.
Основной технологической задачей, решаемой в процессе механической обработки ступенчатых валов, является обеспечение расположения осей всех обрабатываемых ступеней вала на одной геометрической линии в целях уменьшения радиального биения.