Изготовление деталей типа валов и осей. Изготовление вторичного вала коробки передач автомобиля. Изготовление деталей типа дисков.

Валы и оси составляют 10-13% в общем объеме производства деталей машин. Они весьма разнообразны по своему назначению, конструктивной форме, размерам и марке конструкционного материала. Эти изделия делятся на гладкие и ступенчатые; цельные и пустотелые; валы с фланцами, шлицевые валы и валы-шестерни, а также комбинированные с разнообразными сочетаниями указанных выше типов. По форме геометрической оси валы могут быть прямыми, коленчатыми, кривошипными и эксцентриковыми (кулачковыми).

Наибольшее распространение в машиностроении получили ступенчатые валы длиной от 150 до 1200 мм. По соотношению длины l и среднего диаметра d валы делят на жесткие (l / d~8…12) и нежесткие (l / d>12).

    При конструировании деталей этого типа предъявляют следующие технологические требования:

    1. Изделия должны обладать концентричными наружными и внутренними поверхностями, минимальной несоосностью отдельных обрабатываемых поверхностей и стабильностью положения оси вращения (для шпинделей).

    2. Для упрощения изготовления, контроля и ремонта изделия предусматривают центровые отверстия в торцовых поверхностях.

    3. Ступенчатые валы и оси должны иметь небольшие перепады диаметров, при этом на разных ступенях желательно иметь одинаковые перепады. Это особенно важно, если заготовка будет обрабатываться на многорезцовых станках.

   4. При конструировании валов и осей со шпоночными пазами следует отдавать предпочтение пазам, образуемым дисковой фрезой, так как обработка концевой фрезой менее производительная.

   5. При проектировании этих деталей со шлицами следует предусматривать возможность свободного выхода режущего инструмента. Поэтому диаметр вала, прилегающего к шлицевому участку, выполняют меньше внутреннего диаметра шлицев.

   Валы и оси изготавливают из углеродистых и легированных сталей, обладающих высокой прочностью, хорошей обрабатываемостью резанием, способностью упрочняться в результате термической обработки. К ним относятся стали: 35, 40, 45, 40Х, 30ХН, 50Х, 40Г2, 45ХН2МФ и др. Для изготовления шпинделей применяют высокопрочный чугун ВЧ45, ВЧ50, а для некоторых тяжелых станков применяют отливки из серого чугуна СЧ15, СЧ20 и др.

    В условиях единичного производства почти все валы получают механической обработкой резанием заготовок из сортового профиля круглого поперечного сечения и поковок для крупных изделий. Валы с фланцами целесообразно проектировать и изготавливать кованносварными или штампосварными. Гладкие и ступенчатые валы с перепадом между наибольшим и наименьшим диаметрами, не превышающими 15…25%, изготавливают из сортовых профилей независимо от типа производства.

    В массовом и крупносерийном производстве внедряется профилирование заготовок методами ротационной ковки и поперечно-винтовой прокатки. Эти процессы являются высокопроизводительными и обеспечивают получение заготовок со значительным перепадом поперечных сечений, с хорошим качеством поверхностного слоя и высокой точностью размеров.

    Механическую обработку резанием заготовок начинают с подготовки технологических баз - подрезки торцов и их зацентровки. В зависимости от программы выпуска изделий эти технологические операции можно производить как на токарных станках, так и на центровальных, фрезерно-центровальных станках. Наружные поверхности ступенчатых валов обтачивают на разнообразных токарных станках.

    Шлицы нарезают фрезерованием, строганием, протягиванием, а для эвольвентных шлицов - холодным накатыванием. В неавтоматизированном серийном производстве шлицы получают фрезерованием на шлице-фрезерных и зубо-фрезерных станках червячной фрезой методом обкатки. Этот процесс трудоемкий, так как выполняется на низких скоростях резания ( u= 0.3…0.5 м/с) и малых подачах (S = 0.3 мм/с). Более производительными технологическими процессами являются шлицестрогание и шлицепротягивание.

    Шпоночные пазы в зависимости от их формы обрабатывают концевыми или дисковыми фрезами. Точность глубины шпоночных канавок и параллельность образующих их поверхностей относительно оси вала зависит от выбора технологических баз для установки вала на станке. Наилучшие результаты получают в том случае, когда поверхности центровых отверстий при установке в центрах являются технологическими базами. В случае сквозной канавки наиболее производительным процессом является фрезерование дисковой фрезой напроход.

    Наружные резьбы на валах в зависимости от технических условий, программы выпуска изделий и имеющегося оборудования нарезают плашками, резцами, фрезами и др.

Вал вторичный коробки передач воспринимает динамические нагрузки, таким образом, его тело должно иметь хорошую пластичность. При этом зубчатые и шлицевые венцы испытывают большие контактные нагрузки, поэтому они должны иметь достаточно высокую твердость. Основным технологическим свойством стали, является ее большая износостойкость.

Каждая поверхность детали имеет свои точностные характеристики, свою высоту микронеровностей, свою точность взаимного расположения.

Самой точной поверхностью является цилиндрическая поверхность, в которую вставляется вал коробки передач (6-ой квалитет точности и шероховатость поверхности Ra=0,32), а также, внутренняя поверхность конуса (Ra = 0,16...0,4; биение 0,1; отклонение от округлости 0,01) Требуемые параметры позволяют получить финишную операцию такую как полирование.

Менее ответственными, а, следовательно, и менее точными являются правый торец ступицы (Ra = 0,8; 8 квалитет; биение 0,025; отклонение от плоскостности 0,016), цилиндрическая поверхность под конус (Ra = 2,5; 9 квалитет; биение 0,04), левый торец ступицы (Ra = 0,8; 9 квалитет; биение 0,025; отклонение от плоскостности 0,016) и плоскость уступа под конус (Ra = 2,5; 9 квалитет; биение 0,03). Получить требуемые параметры позволяют шлифование или чистовое и получистовое точение.

Еще менее точными являются проточка шлицевого венца. (Ra = 20; 11 квалитет по торцу и 12 - по диаметру), левый и правый торцы зубчатого венца (Ra = 20; 11 квалитет). Эти параметры достигаются однократным точением.

Остальные обрабатываемые поверхности соответствуют 13... 14 квалитетам с Ra = 20. Это достигается однократным точением.

Отдельно следует отметить зубчатый и шлицевой венцы. Последний не требует большой точности - допуск по роликам 0,72 мм, который достигается долблением или фрезерованием без последующей обработки.

Необрабатываемые поверхности имеют шероховатость Ra = 40. Все поверхности легко доступны для инструмента.

К данной детали предъявляются, также, следующие технические требования:

> твердость на поверхности зубьев, обеспечивающая хорошую износостойкость: 61...66 HRСэ;

> твёрдость сердцевины, обеспечивающая надежную работу шестерни при динамических нагрузках: 35... 45 НRСэ;

> твердость резьбового конца HRC 25.. .40;

> нитроцементация для повышения твёрдости, для обеспечения более точной и продолжительной работы детали, глубина нитроцементированного слоя 1,0…1,4;

> шлифовальные прижоги не допускаются.

Исходную заготовку получают методоми обработки металлов давлением такими как штамповка на молотах, свободная ковка, штамповка в прессах. Затем с помощью обработки резаньем получается конечная деталь, в процессе выполняются такие операции как гидрокопировальное точение и шлицешлифование.

Детали типа дисков находят широкое применение в автомобиле и тракторостроении. К ним относятся маховики, тормозные барабаны, диски сцепления, цилиндрические и конические зубчатые колеса, диски с гладким или шлицевым отверстием и другие детали. Конструктивная особенность деталей этого типа состоит в том, что все они имеют форму тела вращения, у которого диаметр превышает высоту (длину). Детали имеют центральное отверстие (цилиндрическое, коническое или шлицевое); у многих деталей предусмотрены отверстия для крепления, расположенные по окружности, концентричной центральному (посадочному) отверстию.

 Для обработки резанием заготовок рассматриваемых деталей применяют одинаковые технологические схемы, причем основные операции выполняются при вращении заготовки. Поскольку детали имеют конструктивное различие, в типовую технологическую схему вносят изменения. Например, нарезание (или накатывание) и отделку зубьев при обработке зубчатых колес. Количество чистовых и отделочных технологических операций зависит от метода получения заготовок детали и технических условий на изготовление детали.

 Заготовки деталей типа дисков получают в виде поковок, отливок из чугуна, стали и цветных сплавов, а также холодной штамповкой из листа. В отдельных случаях штучные заготовки получают из труб и прутков.