Тех.маш.Ч
.1.pdf
5. Бесцентровое шлифование поверхностей (рис. 2.15).
Рис. 2.15. Схема бесцентрового шлифования
Данным способом обрабатываются валы на бесцентрово-шлифовальных станках методом врезного (с поперечной подачей) или сквозного (на проход) шлифования. Жёсткость технологической системы при бесцентровом шлифовании в 1,5– 2,0 раза выше жёсткости системы при круглом шлифовании; поэтому при бесцентровом шлифовании режимы резания повышаются в 1,5–2 раза; в то же время облегчается задача обработки нежёстких валов. Однако при шлифовании в центрах легче обеспечить меньшее отклонение от круглости и большую соосность. Бесцентровые станки легко автоматизируются и встраиваются в автоматические линии.
Обрабатываемая заготовка 1 устанавливается на опорный нож 3 между шлифовальным 4 и ведущим 2 кругами (рис. 2.15) выше оси центров шлифовальных кругов. Вращение заготовки происходит за счёт сил трения между заготовкой и ведущим кругом, а продольная подача достигается поворотом оси ведущего круга на определенный угол α, который составляет 1,0º–4,5º. Благодаря этому наклону ведущий круг сообщает заготовке через силы трения движение подачи. Бесцентровым шлифованием обрабатываются гладкие валы или валы, имеющие небольшие перепады ступеней с ограниченными размерами.
Бесцентровое шлифование имеет ряд преимуществ, а именно:
–высокая производительность;
–не требуются операции обработки центровых отверстий;
–не требуются люнеты при обработке длинных нежестких валов;
–достигается высокая точность при низкой квалификации рабочего;
–станки легко встраиваются в автоматические линии.
Недостатки бесцентрового шлифования:
– требуется продолжительная настройка и регулировка станков (поэтому экономически оправдано использование только в массовом производстве);
41
–форма детали должна быть простой;
–шпоночные и смазочные канавки мешают работе станка (часто делают невозможным применение бесцентровой шлифовки);
–наличие отклонений от круглости на малых диаметрах.
6. ОТДЕЛОЧНЫЕ МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ ВРАЩЕНИЯ НА ВАЛАХ
Шероховатость поверхности шеек валов, получаемая на операциях шлифования (Ra = 0,32…1,25 мкм) часто бывает недостаточной для обеспечения технических требований чертежа детали, поэтому применяются дополнительные операции отделки для улучшения шероховатости поверхности.
Хонингование и суперфиниширование – обработка наружных поверхностей вала абразивными и алмазными брусками. При хонинговании используются специальные самоустанавливающиеся хонинговальные головки (рис. 2.16, см. с. 40). Хонингование производится путём вращения вала, установленного в центрах станка и возвратно-поступательного движения хона вдоль его оси.
2
Рис. 2.16. Хонинговальная головка для обработки валов: 1– абразивные бруски, 2– заготовка
Сущность метода суперфиниширования заключается в сглаживании поверхности обрабатываемой заготовки путём удаления мелкозернистыми абразивными брусками гребешков, оставшихся от предыдущей обработки (рис. 2.17).
Одним из основных отличий, характеризующих суперфиниширование, является то, что каждое из зёрен абразивных брусков не повторяет своего первоначального пути по поверхности обрабатываемой детали. Достигается это сочетанием большого числа движений абразивных брусков в различных направлениях относительно обрабатываемой поверхности. При обработке суперфинишированием длинных шеек в режимы добавляется поступательно-возвратное движение подачи абразивных брусков (или детали) вдоль оси последней.
42
Рис. 2.17. Схема операции суперфиниширования: 1 – державка; 2 – бруски; 3 – деталь
При обработке вал вращается со скоростью v = 5…10 м/мин, бруски прижимаются к поверхности с давлением 2…2,5·10-5 Па. Шероховатость получается в пределах Ra = 0,025…0,100 мкм, уменьшается овальность, огранка и волнистость.
Алмазные бруски производительнее абразивных в 2…3 раза и имеют одинаковую интенсивность съёма во время обработки (у абразивных брусков интенсивность съема снижается по мере уменьшения снимаемых гребешков).
Полирование осуществляется мягкими кругами (войлок, фетр, парусина, кожа), с нанесёнными на них мелкозернистыми абразивными или алмазными порошками, смешанными со смазкой. Для обработки наружных поверхностей вращения вместо кругов широко используются полировальные ленты. Достигаемый параметр шероховатости Ra = 0,01 мкм. Точность и погрешность формы определяется предварительной обработкой.
Для полирования, а иногда и шлифования наружных поверхностей вращения, применяется магнитно-абразивная обработка. Обрабатываемая деталь 1 (рис. 2.18) помещается между полюсными наконечниками 2 электромагнита с некоторым зазором, в которые подаётся порошок 3, обладающий магнитными и абразивными свойствами. Силами магнитного поля зёрна порошка удерживаются в рабочих зазорах, прижимаются к поверхности детали и проводят ее полирование. В рабочие зазоры подаётся смазывающе-охлаждающее технологическое средство СОТС (эмульсия, керосин и т.д.).
43
Рис. 2.18. Схема магнитно-абразивной обработки наружной фасонной поверхности вращения:
1 – обрабатываемая заготовка;2 – полюсные наконечники электромагнита; 3 – абразивный порошок
Точность размеров определяется предшествующей обработкой, достигаемый параметр шероховатости Ra = 0,025 мкм.
Притирка осуществляется абразивными или алмазными пастами с помощью притиров, которые изготавливаются из чугуна, бронзы, меди, дерева, кожи. Материал притиров выбирается в зависимости от обрабатываемого материала и структуры применяемой пасты. Процесс химико-механический, так как паста кроме абразивного порошка содержит парафин и олеиновую кислоту. Последняя в несколько раз повышает интенсивность съёма за счёт образования окисных пленок на поверхности металла. Достигаемый параметр шероховатости Ra = 0,01 мкм.
Поверхностное пластическое деформирование – накатывание или выглаживание поверхности валов роликами или шариками, которые располагаются в специальных накатных головках (рис. 2.19 и 2.20).
Рис. 2.19. Схема накатывания поверхности шариками
44
Данный способ применяется при твёрдости обрабатываемой поверхности HRC
< 50.
Помимо улучшения шероховатости до Ra ~ 0,05 мкм происходит упрочнение поверхностного слоя с получением определённых сжимающих напряжений, которые компенсируют опасные растягивающие напряжения, возникающие в поверхностном слое при эксплуатации деталей. Но при этом необходимо опасаться повторного наклёпа, который может привести к поверхностному разрушению металла.
V
Рис. 2.20. Схема обработки центробежно-ударным инструментом:
1 – обрабатываемая деталь; 2 – инструмент центробежно-ударного действия; 3 – рабочие шарики; 4 – сепаратор
В инструментах центробежно-ударного действия рабочие шарики или ролики определенной массы размещаются в радиальных пазах диска или сепаратора в определенном порядке (рис. 2.20). Это позволяет за счёт заданных частот вращения инструмента, детали и продольной подачи обеспечить необходимое число ударов определённой силы на каждый 1 мм2 обрабатываемой поверхности.
Параметр шероховатости поверхности снижается с Ra = 1,0…2,5 мкм до Ra = 0,2…0,8 мкм и может достигать Ra = 0,05 мкм, поверхностная микротвёрдость увеличивается на 30…80% при глубине наклепа 0,3…2,0 мм; остаточные напряжения сжатия на поверхности достигают 400…800 МПа.
Электромеханическая обработка (ЭМО) позволяет значительно повысить поверхностную твёрдость, уменьшить параметр исходной шероховатости в 5–15 раз (например, с Ra = 1 мкм до Ra = 0,08 мкм) и увеличить ее несущую способность при незначительных рабочих усилиях. Это обеспечивается нагревом зоны контакта рабочего ролика и обрабатываемой поверхности при пропускании через него тока большой силы (I = 200…1500А) (рис. 2.21).
Для повышения коррозионной стойкости и износостойкости валов и штоков или отдельных их рабочих поверхностей могут применяться различные покрытия или легирование.
45
Рис. 2.21.Схема электромеханической обработки (ЭМО):
1 – обрабатываемая деталь; 2 – рабочий ролик; 3 – источник тока
Как правило, гальванические способы нанесения покрытий (хромирование, кадмирование, свинцевание, никелирование) применяются для защиты от коррозии.
Механические, лазерные и ионно-плазменные методы нанесения покрытий и легирования поверхностей служат для повышения износостойкости рабочих шеек валов.
7. ИЗГОТОВЛЕНИЕ НА ВАЛАХ ШПОНОЧНЫХ КАНАВОК
Большинство валов для передачи крутящего момента имеют на наружной поверхности конструктивный элемент в виде шпоночной канавки. Операции фрезерования шпоночных канавок выполняются в технологическом процессе перед операциями термической обработки и шлифования. Если требования по смещению шпоночного паза относительно диаметрального осевого сечения вала очень высоки (0,05 мм и выше), то «сырой» вал перед фрезерованием шлифуется для создания точной диаметральной базы.
Наибольшее распространение в машиностроении получили призматические и сегментные шпонки. Шпоночные пазы для призматических шпонок могут быть сквозными, закрытыми с одной стороны и закрытыми с двух сторон (глухими) (рис. 2.22).
Наименее технологичными являются глухие шпоночные пазы. Предпочтительнее применение сквозных пазов и пазов, закрытых с одной стороны, но с радиусным выходом, и пазов под сегментную шпонку.
К технологическим задачам, стоящим при обработке шпоночных пазов относятся требования по точности ширины паза (по IT9), глубины паза (с рядом отклонений: +0,1; +0,2; +0,3), длины паза (по IT11…IT12). Требуется обеспечить также симметричность расположения паза относительно оси шейки, на которой он расположен.
46
а) |
б) |
в) |
г) д)
Рис. 2.22. Виды шпоночных пазов:
а) сквозной; б) закрытый с одной стороны; в) глухой; г) паз с радиусным выходом; д) паз с выходом под концевую фрезу
Установка заготовок валов при обработке пазов обычно производится на призме или в центрах (рис. 2.23).
Сквозные и закрытые с одной стороны шпоночные пазы изготовляются фрезерованием дисковыми фрезами (рис. 2.23, а). Фрезерование пазов производится за один – два рабочих хода. Этот способ наиболее производителен и обеспечивает достаточную точность ширины паза. Применение этого способа ограничивается конфигурацией пазов.
Закрытые пазы с закруглениями на концах изготовляются концевыми фрезами за один или несколько рабочих ходов (рис. 2.23, б). Фрезерование концевой фрезой за один рабочий ход производится таким образом, что сначала фреза при вертикальной подаче врезается на полную глубину паза, а затем включается продольная подача, с которой шпоночный паз фрезеруется на полную длину. При этом способе требуется мощный станок, прочное крепление фрезы и обильное охлаждение.
Для получения точных по ширине пазов применяются специальные шпоночнофрезерные станки с маятниковой подачей, работающие концевыми двуспиральными фрезами с торцевыми режущими кромками. При этом способе фреза врезается на 0,1…0,3 мм и фрезерует паз на всю длину, затем опять врезается на ту же глубину, как и в предыдущем случае, и фрезерует паз опять на всю длину, но в другом направлении (рис. 2.23, в). Отсюда и происходит определение метода – «маятниковая подача».
47
а)
s
б)
s
в)
s
г)
Рис. 2.23. Методы фрезерования шпоночных пазов: а) дисковой фрезой с продольной подачей; б) концевой фрезой с продольной подачей; в) шпоночной фрезой с маятниковой подачей; г) дисковой фрезой с вертикальной подачей
Этот метод является наиболее рациональным для изготовления шпоночных пазов в серийном и массовом производстве, так как обеспечивается необходимая точность и гарантируется полная взаимозаменяемость в шпоночном соединении при сборке. Кроме этого, поскольку фреза работает торцовой частью, она будет долговечнее, так как изнашивается не периферическая её часть, а торцевая. Недостатком этого способа является значительно большая затрата времени на изго-
48
товление паза по сравнению с фрезерованием концевой фрезой за один рабочий ход или фрезерованием дисковой фрезой.
Из выше изложенного можно сделать следующие выводы:
–метод маятниковой подачи применяется при изготовлении шпоночных пазов, требующих полной взаимозаменяемости при сборке или ремонте;
–фрезерование шпоночных пазов за один рабочий ход возможно в тех случаях, когда допускается последующая пригонка шпонок по шпоночным пазам.
Шпоночные пазы под сегментные шпонки изготавливаются фрезерованием с помощью дисковых фрез с радиальной подачей (рис. 2.23, г), но из-за большого торцевого биения фрезы сделать точный паз по ширине крайне сложно.
Сквозные шпоночные пазы валов также могут обрабатываться на строгальных станках. Пазы на длинных валах, например, на ходовом вале токарного станка, строгаются на продольно-строгальном станке. Пазы на коротких валах строгаются на поперечно-строгальных станках – преимущественно в единичном и мелкосерийном производствах.
8. ОБРАБОТКА ШЛИЦЕВЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ НА ВАЛАХ
При эксплуатации машин и механизмов шлицевые соединения валов и втулок имеют ряд преимуществ по сравнению с их шпоночными соединениями:
–возможность передачи больших крутящих моментов;
–более высокая точность по соосности валов и втулок;
–отсутствие круговых люфтов при подвижных посадках;
–взаимозаменяемость (как, для большинства шпоночных соединений требуются пригоночные ручные работы).
По форме профиля шлицевые соединения разделяются на прямоугольные соединения (рис. 2.24, а), эвольвентные (рис. 2.24, б) и треугольные (рис. 2.24, в).
|
|
|
а) |
б) |
в) |
Рис. 2.24. Шлицевые соединения вала и отверстия:
а) прямоугольные, б) эвольвентные, в) треугольные
Применяются три способа центрирования прямоугольных шлицевых соединений. Центрирование по наружному диаметру используется в том случае, когда твёрдость отверстия втулки невысокая и его можно обработать протяжкой, а вал не подвергается значительным деформациям при термической обработке.
49
Центрирование по внутреннему диаметру осуществляется при высокой твёрдости отверстия и значительных деформациях вала, для устранения которых требуются операции шлифования.
Центрирование по ширине шлица применяется при высокой твёрдости отверстия и необходимости минимальных зазоров по боковым поверхностям.
Центрирование эвольвентных и треугольных шлицевых соединений производится только по профилю шлицев с гарантированными зазорами по диаметрам впадин и выступов.
8.1.Технология обработки шлицев на валах при центрировании по внутреннему диаметру
Предварительная обработка шлицевых поверхностей на валах осуществляется методом деления или методом обкатки. Методом деления шлицы фрезеруются в единичном и мелкосерийном производстве на горизонтально-фрезерных станках набором фрез или фасонными фрезами (рис. 2.25).
Рис. 2.25. Фрезерование шлицев профильной дисковой фрезой
Точность обработки при данном методе зависит от точности делительного устройства станка и точности изготовления профиля фасонной фрезы.
В серийном и массовом производстве используется метод обкатки. Шлицы нарезаются на шлицефрезерных и зубофрезерных станках однозаходной червячной фрезой, профиль которой при обкатке с обрабатываемой заготовкой образует шлицы требуемой формы и размеров (рис. 2.26, см. с. 48).
50