Технология механической обработки вала (7 видео)

Токарной обработкой металлических деталей называется процесс удаления припуска с поверхности заготовки за счет стружкообразования. При этом возникают механические деформации, сопровождаемые трением и, как следствие, нагреванием изделия и рабочего инструмента. Одним из видов токарной обработки является точение валов.

Вал — это круглая цилиндрическая деталь, длина которой намного больше ее диаметра. Форма валов подразделяется на гладкую и ступенчатую. При обработке гладких валов должны выдерживаться заданные размеры и показатели шероховатости. К ступенчатым валам предъявляются дополнительные требования: соосность отдельных цилиндрических участков и соблюдение перпендикулярности уступов к оси вращения.

Содержание

Общие сведения
Обработка гладких валов
Изготовление ступенчатых валов
Типовые технологические процессы обработки валов
🎥 Видео

Видео:Чертеж вал шестерни. Процесс изготовления валов с зубчатым венцомСкачать

Общие сведения

Для изготовления валов используются заготовки с большим припуском, которые зажимаются в патроне и поджимаются задним центром. При черновой обработке необходимо максимально снять припуск, используя наибольшую глубину резания, определяемую мощностью станка. Оставшиеся припуски для окончательной обработки высчитываются исходя из конфигурации и размеров детали, методов последующей обработки.

При соотношении диаметра вала к его длине более чем 1:15 применяются подвижные и неподвижные люнеты. Эти поддерживающие устройства принимают на себя реакцию сил резания, не допуская деформаций заготовки. Этим повышается жесткость режущей системы и уменьшается вероятность возникновения нежелательных вибраций.

Чистовая обработка валов проводится в центрах, при этом конец вала закрепляется в поводковом патроне или используется хомутик. При обработке единичных изделий одна сторона вала проходится за одну установку с использованием всех необходимых инструментов. Крупные партии изделий изготавливаются на различных станках с использованием минимального набора инструментов.

Чистовая обработка проводится на высокоточном оборудовании. При этом обработка начинается с наибольшего диаметра, последовательно переходя на следующий меньший размер.

Обработка гладких валов

Изготовление гладкого вала заключается в обтачивании наружной цилиндрической поверхности. Работа выполняется проходным резцом с использованием продольной подачи. При этом заготовка устанавливается в центрах.

Центровые отверстия выполняются на различных станках: токарных, сверлильных, револьверных. На специальных двухсторонних центровальных станках проводится одновременное протачивание противоположных центров. В любом случае для этой операции применяются спиральные сверла, зенковки или комбинированный центровочный инструмент.

От точности выполнения центровочных отверстий, называемых установочными базами, зависит качество изготовления всей детали.

При изготовлении гладкого вала выполняются следующие операции:

Отрезание заготовки от общего прутка.
Обработка торцовой поверхности с последующим центрованием
Изготовление противоположной торцовой плоскости и ее центрование.
Черновая обработка одной половины заготовки, находящейся в центрах.
Черновая обработка второй части заготовки.
Последовательная чистовая обработка первой и второй части заготовки.

Надо сказать, что самым экономичным способом изготовления гладкого вала является применение калиброванной стали. При этом отпадает необходимость в обработке внешней цилиндрической поверхности. Но в большинстве случаев применяется сортовой прокат. Поэтому, выбирая заготовку, нужно брать наружный размер прутка с диаметром, наиболее близким к максимальному сечению будущего вала.

Изготовление ступенчатых валов

Ступенчатые валы изготавливают по двум схемам:

Деление припуска на части.
Деление длины заготовки на несколько отрезков.

Первая схема предполагает обработку заготовки с небольшой глубиной резания. При этом общее расстояние проходимое резцом получается больше. Во втором случае снятие припуска происходит за один проход с большой глубиной резания. При таком подходе необходим более мощный электропривод станка.

Перед обработкой цилиндрической поверхности подрезаются торцы. Операция проводится подрезным резцом с подачей в двух направлениях. Подрезание от центра к поверхности вала отличается менее шероховатым качеством плоскости.

Галтели (скругления между ступенями) выполняют проходным резцом с одновременной поперечной и продольной подачей. Радиус галтели зависит от диаметра ступени.

Канавки проходятся поперечной подачей фасонного резца с режущей частью равной ширине канавки. Широкие канавки выполняют в два приема: поперечной и продольной подачей.

Читайте также: Опорный подшипник коленчатого вала ваз 2106

Сверлят отверстия закрепленным в пиноли инструментом. Расточные резцы, закрепленные в резцедержателе, служат для прохода внутренних цилиндрических поверхностей.

Проходные резцы

Для гладких сквозных отверстий применяются проходные резцы. Упорные расточные резцы используются для изготовления глухих и ступенчатых отверстий.

Для отрезки готовой детали устанавливают отрезной резец и применяют поперечную подачу. При этом, для получения чистого среза лучше использовать резец с наклонной режущей кромкой. Прямая кромка разрушает срез и требуется дальнейшая подрезка торца.

Массовое производство ступенчатых валов организуется следующими методами:

Обработка на обычных станках без использования специальной оснастки.
Обработка с применением дополнительных приспособлений на специально настроенных станках.
Работа на станках с копировальными устройствами.

Для изготовления валов обычной точности необходимо не более двух установок заготовки. Токарная обработка за три-четыре установки требуется для изготовления валов высокой точности и в случаях, когда заготовка имеет неравномерные припуски.

Черновые и чистовые операции должны быть разделены по времени. Это необходимо для снятия внутренних механических напряжений металла, возникших при первичной обработке.

Видео:Изготовление валаСкачать

Типовые технологические процессы обработки валов

Несмотря на большое разнообразие размеров и конструктивных форм, валы подвергаются одинаковым процессам обработки. Типичными установочными базами для них являются центровые отверстия. На некоторых операциях обработки при воздействии изгибающих сил резания, например, при фрезеровании плоскостей, сверлении радиальных отверстий в качестве установочных баз используют обработанные шейки.

В зависимости от конструкций или программы выпуска изделий технологический процесс изготовления валов может отличаться только последовательностью обработки или введением дополнительных операций.

Типовую схему процесса изготовления валов можно представить в такой последовательности:

— подготовка технологических баз – подрезание торцов и центрование. Эту операцию при серийном и массовом производствах выполняют на центровальных и фрезерно-центровальных станках двустороннего или барабанного типа;

— черновая токарная обработка обоих концов вала, подрезание торцов и уступов;

— чистовая токарная обработка в той же последовательности, что и черновая. Наружные поверхности валов обтачивают на токарно-копировальных и на многорезцовых одно- и многошпиндельных автоматах;

— черновое шлифование шеек вала, служащих дополнительными базами при фрезеровании, сверлении, растачивании отверстий на одном из концов вала;

— правка стержня при обработке нежестких валов;

— черновая и чистовая обработка фасонных поверхностей – нарезание шлицев, зубчатых венцов, фрезерование кулачков и др.;

— выполнение второстепенных операций – сверления, развертывания, нарезания резьбы, фрезерования лысок, шпоночных канавок;

— термическая обработка всей детали или отдельных поверхностей;

— черновое и чистовое шлифование наружных поверхностей, торцов, отверстий;

— доводка особо точных поверхностей.

Оборудование для выполнения типового процесса может быть разным, но порядок и характер операций при обработке валов должны оставаться неизменными.

При разработке технологических процессов изготовления валов необходимо руководствоваться типовыми технологическими процессами обработки различных поверхностей (табл. 1).

Рассмотрим типовой технологический процесс изготовления вала – представителя группы ступенчатых валов, составленный по типовым процессам обработки отдельных поверхностей валов.

Типовой маршрутный технологический процесс изготовления вала. Дано: вал – представитель группы валов (рис. 2); материал – сталь 45; тип производства – среднесерийное; заготовка – штамповка.

005 операция. Фрезерно-центровальная, код 4269. Фрезеровать торцы и сверлить центровые отверстия окончательно. Станок: фрезерно-центровальный, код 381825, мод. МР76М. Приспособление: тиски с самоцентрирующими губками призматической формы, привод пневматический, код 396131. Базирование: по наружным поверхностям и одному торцу заготовки. Режущие инструменты: торцовые фрезы диаметром 100 мм, число зубьев 12, материал режущей части Т14К8, код 381855; центровочные сверла диаметром 5 мм, материал Р6М5, код 391242. Измерительный инструмент: штангенциркуль ШЦ1, диапазон измерения 400 мм, цена деления нониуса 0,1 мм, код 393310 (для наладки), шаблон для контроля длины 286±0,6, код 393610 (для работы).

Читайте также: Двс чемпион 200 с вертикальным валом

010 операция. Токарно-копировальная, код 4117. Точить начерно поверхности диаметрами 50k6; 55h6; 52; 62; 65 мм. Станок: токарный гидрокопировальный полуавтомат, код 381115, мод. 1Н713. Приспособление: центры, код 392840; патрон поводковый с пневмоприводом, код 396115. Режущий инструмент: проходной резец, правый, сечением 25х20 мм; материал режущей части Т14К8, j = 45 °, a = 8 °, g = 12 °, код 392101. Измерительный инструмент: штангенциркуль ШЦ1, диапазон измерения 125 мм, цена деления нониуса 0,1 мм для наладки, код 393310; калибры скобы 51,5h14, 53,5h14; 56,5h14; 63,5h14; для работы код 393120.

015 операция. Токарно-копировальная, код 4117. Обточить поверхности диаметрами 40j_S6 и 65 мм начерно (остальные данные приведены в операции 010).

Типовые технологические процессы (операции) обработки различных поверхностей валов в условиях серийного производства

Поверхности	Точность	Шероховатость	Характер и последовательность выполнения операций (переходов)
Незакаливаемые цилиндрические и конические	11-й квалитет и грубее	25 и грубее	Черновое точение на станках класса Н
9-й квалитет и грубее	3,2 и грубее	Черновое и чистовое точение на станках класса Н
6…8-й квалитеты	0,4…1,6	1. Черновое, чистовое (получистовое) точение и круглое шлифование на станках класса Н 2. Предварительное и чистовое точение на станках класса П
Закаливаемые цилиндрические и конические	6…8-й квалитеты	0,4…1,6	1. Черновое и (получистовое) точение, закалка, круглое шлифование на станках класса Н 2. Черновое, чистовое (получистовое) точение, закалка, чистовое точение на станках класса П с использованием сверхтвердых режущих материалов на основе нитрида бора (композит 01), карбонада (например, марки АСПК) и др.
Незакаливаемые шлицевые поверхности	6-й квалитет точности наружного диаметра	0,4…1,6	1. Черновое, чистовое точение, круглое шлифование, шлицефрезерование 2. Черновое, чистовое точение, шлицефрезерование, и круглое шлифование
Закаливаемые шлицевые поверхности	Квалитет точности внутреннего диаметра 6…7-й	0,4…1,6	1. Черновое, чистовое точение, шлицефрезерование, закалка, шлицешлифование 2. Получистовое точение, шлицефрезерование, закалка, шлицешлифование
Цилиндрическая со шпоночной канавкой	Ширины канавки 8…9-й квалитет, точность диаметра 6…8-й квалитет	1,6 0,4…0,8	1. Черновое, чистовое точение, шпоночное фрезерование, круглое шлифование 2. Получистовое точение, фрезерование шпонки, круглое шлифование
Резьбовая(крепежная резьба) с нормальным и мелким шагами	8h…8g	1,6	1. Черновое, чистовое точение, нарезание резьбы плашками или резьбофрезерованием 2. Получистовое точение, нарезание резьбы плашками или резцами 3. Получистовое точение, накатывание резьбы
Резьбовая с нормальным и мелким шагами	4h…6g	0,8	1. Черновое, чистовое точение, нарезание резьбы резцами 2. Черновое, чистовое точение, резьбонакатывание, резьбошлифование

020 операция. Токарная с программным управлением. Обточить поверхности диаметрами 50k6, 55h6, 40j_S6 с припуском на шлифование диаметром 65, 60a11, 52, проточки диаметром 38, 48, 53, 58 мм и фаски окончательно. Станок: токарный с программным управлением, код 381021, мод.16К20Т. Приспособление: поводковый плавающий центр, диаметр поводковой части 36 мм, код 392840. Базирование: по центровым отверстиям и левому торцу (диаметром 40 мм). Режущие инструменты: проходные резцы, правый и левый, сечениями 20х25 мм, материал режущей части Т14К8, j = 90 °, код 392101; прорезной резец, ширина режущей части 3 мм, материал режущей части Т14К8, код 392112; фасочные резцы левый и правый, j = 45°код 392114. Измерительный инструмент: штангенциркуль ШЦ1 для наладки; калибры скобы для работы 40, 3h9; 55,4h9; 50,4h9; 60a11; 65_-0,3.

025 операция. Шпоночно-фрезерная, код 4272. Фрезеровать шпоночный паз 16S9 окончательно. Станок: шпоночно-фрезерный полуавтомат, код 381610. Мод. 692А. Приспособление: тиски с призматическим основанием, привод пневматический, код 396131. Базирование: по поверхности диаметром 55h6 и торцу диаметром 62. Режущий инструмент: шпоночная фреза диаметром 16 мм, материал режущей части Т14К8 (Р6М5), код 391826 (391856). Измерительный инструмент: штангенциркуль ШЦ1, код 393310: калибр-пробка 16S9, код 393110.

Читайте также: Шайба вторичного вала 2108

030 операция. Шлицефрезерная, код 4260. Фрезеровать шлицы с припуском на шлифование. Станок: шлицефрезерный, код 381630, мод. 5350Б. Приспособление: поводковое устройство, код 396115: центры, код 392840. Базирование: по центровым отверстиям. Режущий инструмент: червячная шлицевая фреза, материал Р6К5. d – 8х56х7х62а11х10j_S7, код 391810. Измерительный инструмент: комплексный калибр-втулка, код 393180.

035 операция. Шлицешлифовальная, код 4142. Шлифовать шлицы окончательно. Станок: шлицешлифовальный, код 381315, мод. 3Б450. Приспособления: центры, код 392840; поводковое устройство, код 396115. Базирование: по центровым отверстиям. Режущий инструмент: шлифовальный профильный круг ПП250х16х76 24А25ПСМ15К435М/С2КЛА, код 397111. Измерительный инструмент: комплексный калибр-втулка, код 393180; микрометр гладкий, диапазоны измерения: 50…75 и 0…25 мм, цена деления 0,01 мм, код 393410 для измерения внутреннего диаметра и толщины зубьев (шлицев).

040 операция. Круглошлифовальная, код 4131. Шлифовать поверхности диаметрами 50К6, 55h6, 40j_S6 окончательно. Станок: круглошлифовальный, код 381311, мод. 3М150А. Приспособления: центры, код 393840: поводковое устройство, код 396155. Базирование: по центровым отверстиям. Режущий инструмент: шлифовальный круг ПП350х50х127 24А25ПСМ15К435М/С2КЛА, код 397111. Измерительный инструмент: рычажные скобы с диапазоном измерения 25…50 и 50…75 мм, ценой деления 0,002 мм для наладки, код 394240; калибры скобы 40j_S6, 50К6, 55h6, код 393120.

045 операция. Резьбофрезерная, код 4271. Фрезеровать резьбу М52х1,5 – 8g окончательно. Станок: резьбофрезерный, код 391632, мод. 5Б63Г. Приспособление: центры, код 392840; поводковое устройство, код 396115. Базирование: по центровым отверстиям. Режущий инструмент – резьбовая гребенчатая фреза, материал Р6М5, код 391810. Измерительный инструмент: резьбовые калибры-кольца М52х1,5 – 8g, код 393140.

При составлении рабочих маршрутных технологических процессов на конкретные валы данной группы валов часть операций может быть опущена (например, при отсутствии на вале резьбы, шлицев, шпоночной канавки или др.). Кроме того, следует учесть, что в некоторых операциях приведенного выше технологического процесса перечислены не все режущие и измерительные инструменты, необходимые для обработки и измерения элементов валов, входящих в данную группу.

В табл. 2 приведены схемы технологических процессов изготовления первичного вала коробки передач ЗИЛ, вторичного вала ВАЗ и промежуточного КамАЗ. Анализ таблицы показывает, что ступенчатые шлицевые валы и валы с зубчатыми венцами обрабатываются по единой технологической схеме. Основное отличие при изготовлении – у шлицевого вала фрезеруют или накатывают шлицы, у вала шестерни – нарезают зубчатый венец.

Для обеспечения заданных точности и шероховатости отдельных поверхностей детали вводят ряд доводочных операций: микрофиниширование или полирование, например, при обработке первичного вала коробки передач ЗИЛ и вторичного вала автомобиля ВАЗ.

Схемы технологических процессов изготовления первичного вала коробки передач ЗИЛ, вторичного вала ВАЗ и промежуточного КамАЗ

Операция механической обработки	Первичный вал	Вторичный вал	Промежуточный вал
ЗИЛ (20ХГМ)	ВАЗ (20ХГНМ)	КамАЗ (15ХГНТ2А)
Центровальная	+	+	+
Черновая токарная	+	+	+
Чистовая токарная	+	+	+
Правка	—	+	—
Черновое шлифование шеек под подшипник	+	+	—
Токарная	+	—	—
Нарезание шлицев	+	+	—
Накатывание рифлений	—	+	—
Фрезерование зубьев	+	—	+
Долбление зубьев	—	—	+
Закругление зубьев	+	—	+
Шевингование зубьев	+	—	+
Сверление отверстий	+	+	+
Фрезерование шпоночных пазов	—	+	+
Нарезание резьбы	—	+	+
Термообработка	+	+	+
Зачистка центров	—	+	+
Правка	—	+	+
Окончательное шлифование шеек	+	+	+
Шлифование отверстия под подшипник	+	—	—
Хонингование отверстия под подшипник	+	—	—
Микрофиниширование шеек вала	+	П	—
Хонингование зубьев венцов	+	_	+
Обкатка с эталонной шестерней	+	—	+
Промывка	+	+	+
Окончательный контроль	+	+	+