Отделочная обработка валов

При необходимости улучшения качества наружных поверхностей вращения применяют отделочную обработку: суперфиниширование, полирование, притирку.

Суперфиниширование осуществляется мелкозернистыми абразивными или алмазными брусками за счет их осциллирующего движения в сочетании с вращением и продольной подачей детали или брусков (рисунок 1). Суперфиниширование, как правило, осуществляется после чистового шлифования и позволяет получить 5 квалитет точности и Ra = 0,03... 0,1 мкм, уменьшить на 50 – 80 % овальность, огранку и волнистость.

Полирование, как правило, осуществляется мягкими кругами (войлок, фетр, парусина, кожа) с нанесенными на них мелкозернистыми абразивными или алмазными порошками, смешанными со смазкой. Для обработки наружных поверхностей вращения вместо кругов широко используются полировальные ленты. Достигаемая шероховатость – Ra = 0,05 мкм, t₂₀ = 30 – 40 %. Точность и погрешность формы определяются предварительной обработкой.

Рисунок 1 – Схема суперфиниширования:

/ – обрабатываемая деталь; 2 – суперфинишный брусок

В последнее время для полирования, а иногда и шлифования наружных поверхностей вращения применяют и магнитно-абразивную обработку (рисунок 2). Точность размеров при ней определяется предшествующей обработкой, достигаемая шероховатость – Ra = 0,16 мкм, t₂₀ = 20 – 30 %.

Рисунок 2 – Схема магнитно-абразивной обработки наружной фасонной поверхности вращения:

1 – обрабатываемая заготовка;

2 – полюсные наконечники электромагнита;

3 – абразивный порошок.

Притирка наружных цилиндрических поверхностей выполняется притирами, изготовленными из чугуна, бронзы или меди, которые обычно предварительно шаржируются абразивным или алмазным микропорошком с маслом или специальной пастой. Достигаемая точность – 4 – 5 квалитеты, шероховатость – Ra = 0,05... 0,1 мкм, t₂₀ = 50 – 60 %.

Для повышения эксплуатационных показателей наружных поверхностей вращения широкое применение имеет отделочно-упрочняющая обработка поверхностным пластическим деформированием (ОУО ППД) (накатывание, выглаживание, вибронакатывание, обработка инструментами центробежно-ударного действия, электромеханическая обработка), нанесение покрытий (мягких, твердых, многослойных) и легирование поверхностей.

Накатывание может производиться роликами или шариками. Оно применяется как для упрочнения поверхностного слоя (Uн = 150 - 200 %), так и для уменьшения высотных параметров шероховатости и увеличения ее несущей способности: Ra = 0,05 мкм, t₂₀ = 30 – 40 %. Исходная погрешность формы и размеров, как при всех методах ОУО ППД, практически не исправляется.

Выглаживание производится шариком или алмазом. При этом рабочей части алмаза придают сферическую форму (r = 2... 4 мм). Обеспечивается как упрочнение поверхностного слоя (Uн = 150 – 200 %), так и уменьшение исходной шероховатости Ra = 0,05 мкм и увеличение ее несущей способности t₂₀ = 30 – 40 %.

Вибронакатывание может применяться как для отделочно-упрочняющей обработки наружных поверхностей вращения, так и для увеличения маслоемкости опорных поверхностей трения валов, шпинделей. Сущность вибронакатывания заключается в том, что на движение подачи рабочего шарика накладываются его колебательные движения. В зависимости от сочетания режимов (v, S, p, A, f) может быть обеспечено упрочнение поверхности (Uн = 150 – 200 %), сглаживание исходной шероховатости (Ra = 0,1 мкм, t₂₀ = 40 – 50 %), формирование нового регулярного микрорельефа или системы масляных канавок.

Широкое распространение для повышения усталостной прочности деталей авиационной промышленности получила центробежно-ударная обработка. В инструментах центробежно-ударного действия рабочие шарики или ролики определенной массы размещаются в радиальных пазах диска или сепаратора в определенном порядке. Это позволяет за счет заданных частот вращения инструмента и детали и продольной подачи обеспечить необходимое число ударов, определенной силы на каждый мм обрабатываемой поверхности. Шероховатость поверхности снижается с R_a = 2,5 мкм до R_a = 0,2... 0,8 мкм и может достигатьR_a = 0,05 мкм, t₂₀ ⁼ 30 %, поверхностная микротвердость увеличивается на 30 – 88 % при глубине наклепа 0,3... 2,0 мм, остаточные напряжения сжатия на поверхности достигают 400... 800 МПа.

Электромеханическая обработка (ЭМО) позволяет значительно повысить поверхностную твердость (U_н = 180 - 220 %), уменьшить высоту исходной шероховатости в 5 – 12 раз (например, с R_a = 1 мкм до R_a = 0,08 мкм) и увеличить ее несущую способность (t₂₀ = 40 – 50 %) при незначительных рабочих усилиях. Это обеспечивается нагревом зоны контакта рабочего ролика и обрабатываемой поверхности при пропускании через него тока большой силы (I = 200... 1500 А).

Для повышения коррозионной стойкости и износостойкости валов и штоков или отдельных их рабочих поверхностей могут применяться различные покрытия или легирование. 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, штоков, шпинделей.

Обработка шлицев на валах. Шлицы на валах обрабатывают фрезерованием, строганием, протягиванием, шлифованием, накатыванием.

Фрезерование шлицев на валах небольших диаметров (до 100 мм) обычно производят за один переход, больших диаметров (более 100 мм) – за два перехода. Фрезерование шлицев может производиться методом копирования (фасонными фрезами) или методом обкатки (червячными фрезами). Для повышения производительности труда при черновом шлицефрезеровании применяют многозаходные червячные фрезы. В серийном производстве применяют более совершенный процесс фрезерования прямобочных шлицев, а именно, предварительное фрезерование фасонными дисковыми фрезами и чистовое фрезерование боковых поверхностей шлицев торцевыми фрезами, оснащенными пластинами из твердого сплава.

Шлицестрогание проводится набором фасонных резцов, собранных в головке, и применяется в крупносерийном и массовом производствах. Шероховатость обработанной поверхности после шлицестрогания - Ra = 1,0... 2,5 мкм.

Шлицепротягивание осуществляется двумя блочными протяжками одновременно двух диаметрально противоположных впадин на валу с последующим его поворотом после каждого хода протяжки на один шлиц. Данный метод применяется в массовом производстве и позволяет получить шероховатость Ra = 0,4... 1,25 мкм. По производительности шлицестрогание и шлицепротягивание в 5 – 8 раз выше шлицефрезерования.

Шлифование шлицев может производиться фасонными кругами всей впадины; отдельно за две операции; одним кругом внутреннего диаметра и двумя кругами боковых поверхностей прямобочных шлицев; одновременно внутреннего диаметра и боковых поверхностей прямобочных шлицев тремя кругами. Достигаемая шероховатость шлицев - Ra = 0,2... 0,4 мкм. Наиболее распространенным и производительным, но менее точным, является шлифование фасонными кругами.

Накатывание шлицев может проводиться как в горячем (т > 5 мм), так в холодном состоянии (m < 5 мм) роликами, рейками и многороликовыми головками. При накатывании шлицев обеспечивается шероховатость – Ra = 0,2... 0,4 мкм и значительно повышается их долговечность.

Обработка шпоночных канавок на валах. Шпоночные канавки в зависимости от конфигурации и серийности производства фрезеруются дисковыми или концевыми фрезами по 0,1... 0,3 мм за каждый рабочий ход на специальных шпоночно-фрезерных станках, работающих по маятниковому методу. Последний способ обработки шпоночных канавок более точный и используется в серийном, крупносерийном и массовом производствах.

При необходимости повышения точности шпоночных канавок после термообработки может осуществляться их шлифование.

Обработка отверстий в валах и шпинделях. Радиальные отверстия в валах и шпинделях в зависимости от их точности обрабатывают сверлением, зенкерованием и развертыванием, как правило, на вертикально-сверлильных станках. Осевые отверстия большой длины сверлят специальными сверлами для глубокого сверления. При большом диаметре отверстий (например, в полых шпинделях) проводят их растачивание, после термообработки возможно внутреннее шлифование. Отверстия во фланцах валов и шпинделей обрабатывают на радиально-сверлильных или агрегатных станках, или с использованием многошпиндельных головок.

Обработка резьб на валах. Наружную резьбу можно получить различными инструментами: плашками, самораскрывающимися резьбонарезными головками, резцами, гребенками, дисковыми и групповыми фрезами, шлифовальными кругами и накатным инструментом. Тот или иной метод нарезания резьбы применяется в зависимости от ее размеров, обрабатываемого материала, точности, типа материала. Мелкие резьбы, как правило, нарезают плашками. Для повышения производительности труда в 2 – 3 раза в крупносерийном и массовом производствах применяют самораскрывающиеся головки.

Более крупные резьбы в единичном и мелкосерийном производствах нарезают резцами. Прямоугольные и трапецеидальные резьбы нарезают несколькими резцами за несколько рабочих ходов и переходов. В условиях серийного и крупносерийного производств применяют многорезцовые блоки и резьбовые гребенки. В условиях серийного производства может применяться вихревой метод нарезания резьбы с внутренним и внешним касанием. Широкое применение в серийном и массовом производствах получил метод фрезерования резьбы дисковыми и групповыми фрезами. Фрезерование дисковыми фрезами применяется при нарезании резьб с большим шагом и крупным профилем, групповой фрезой – для получения коротких резьб с мелким шагом. Шлифуют резьбу одно- и многониточными кругами обычно после закалки для повышения точности и качества поверхности. В массовом производстве может применяться бесцентровое шлифование резьбы многониточными кругами.

Накатывание резьбы осуществляется резьбонакатными плоскими плашками или резьбовыми роликами.

Правка центров. В некоторых случаях после черновой обработки или термообработки валов производится правка их центров (повторное центрирование). Повторное центрирование чаще всего производится на токарных станках, так как этот способ лучше других обеспечивает соосность (биение 0,01... 0,05 мм). В массовом производстве повторное центрирование производится на центровочных или центрошлифовальных станках.

Поиск по сайту: