Файл: А. Г. Ткачев, И. Н. Шубин типовые технологические процессы изготовления деталей машин.pdf

А.Г. ТКАЧЕВ, И.Н. ШУБИН
ТИПОВЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ИЗГОТОВ-
ЛЕНИЯ
ДЕТАЛЕЙ МАШИН
•ИЗДАТЕЛЬСТВО ТГТУ•
S
l
v
b
2
b
1
b
ϕ

Министерство образования и науки Российской Федерации
ГОУ ВПО "Тамбовский государственный технический университет"
А.Г. ТКАЧЕВ, И.Н. ШУБИН
ТИПОВЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ИЗГОТОВ-
ЛЕНИЯ
ДЕТАЛЕЙ МАШИН
Учебное пособие
Издание второе, стереотипное
Тамбов
Издательство ТГТУ
2007

УДК 621.81(083)
ББК К724я73
Т484
Рецензенты:
Главный инженер ОАО "Тамбовский завод
«Комсомолец» имени Н.С. Артемова", кандидат технических наук
В.А. Богуш
Доктор технических наук, профессор ТГТУ
В.Ф. Першин
Ткачев, А.Г.
Т484
Типовые технологические процессы изготовления деталей машин : учебное пособие / А.Г. Ткачев, И.Н. Шубин. – 2-е изд., стер. – Тамбов : Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2007. – 112 с. – 100 экз. – ISBN 5-8265-0601-6 (978-5-8265-0601-1).
Приведены описание типовых технологических процессов изготовления деталей машин, схемы типовых маршрутов из- готовления, схемы базирования, используемая технологическая оснастка.
Предназначено для студентов технических вузов специальностей 170500 и 060800 дневной, заочной и дистанционной форм обу- чения.
УДК 621.81(083)
ББК К724я73
 ГОУ ВПО "Тамбовский государственный технический университет" (ТГТУ), 2007
ISBN 5-8265-0601-6
(978-5-8265-0601-1)

Учебное издание
ТКАЧЕВ Алексей Григорьевич,
ШУБИН Игорь Николаевич
ТИПОВЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ
ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН
Учебное пособие
Редактор Т.М. Глинкина
Компьютерное макетирование Е.В. Кораблевой
Подписано в печать 24.05.07
Формат 60
× 84/16. 6,51 усл. печ. л. Тираж 100 экз. Заказ № 373
Издательско-полиграфический центр
Тамбовского государственного технического университета,
392000, Тамбов, Советская, 106, к. 14

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение …………………………………………………………….
4
1 Технология изготовления валов ………………………….
4 1.1
Характеристика валов ………………………………..
4 1.2
Материалы и заготовки валов ……………………….
8 1.3
Основные схемы базирования ………………………
11 1.4
Методы обработки наружных цилиндрических по- верхностей ……………………………………………
16 1.5
Методы повышения качества поверхностного слоя деталей ………………………………………………..
26 1.6
Обработка на валах элементов типовых сопряже- ний …………………………………………………….
33 1.7
Типовые маршруты изготовления валов …………...
48
2 Технология изготовления втулок ………………………..
53 2.1
Характеристика втулок ………………………………
53 2.2
Методы обработки внутренних цилиндрических поверхностей …………………………………………
55 2.3
Типовые маршруты изготовления втулок ………….
68
3 Технология изготовления дисков и фланцев …………..
70 3.1
Типовой маршрут изготовления дисков и фланцев
70
4 Технология изготовления корпусных деталей ………....
79 4.1
Типовые маршруты изготовления корпусных дета- лей …………………………………………………….
89
5 Технология изготовления зубчатых колес ……………..
93 5.1
Основные методы формообразования зубьев зубча- тых колес ……………………………………………..
97 5.2
Типовой маршрут изготовления зубчатых колес ….
103
6 Технология изготовления рычагов …………………..…
107 6.1
Типовой маршрут изготовления рычагов …………..
109
Список литературы ……………………………………………….
112
ВВЕДЕНИЕ
Курс "Технология машиностроения" является завершающей частью комплекса инженерно-технологических дисциплин и базируется на ранее изученных предметах – "Инженерная графика", "Материаловедение", "Основы проектирования и кон- струирования", "Детали машин", "Машины и оборудование".
Технология машиностроения – наука о производстве машин – изучает технологические процессы, применяемые на маши- ностроительных предприятиях при изготовлении машин требуемого качества, в установленном программой количестве и при наименьшей себестоимости.
Технология машиностроения рассматривает методы разработки и построения рациональных технологических процес- сов, выбор способа получения заготовки, технологического оборудования, инструмента и приспособлений, назначение ре- жимов резания и установление технически обоснованных норм времени.
Основное содержание данного учебного пособия составляют разделы, посвященные разработке технологических про- цессов изготовления валов, втулок, корпусных деталей, зубчатых колес и рычагов, изложенные по единому плану в соответ- ствии со стандартами разработки и постановки изделий на производство.
За основу приняты типовые технологические процессы, прошедшие апробацию в промышленности и базирующиеся на результатах научных исследований и прогрессивном опыте машиностроительных заводов.

1 ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВАЛОВ
1.1 Характеристика валов
В технологии машиностроения в понятие валы принято включать собственно валы, оси, пальцы, штоки, колонны и дру- гие подобные детали машин, образованные наружными поверхностями вращения при значительном преобладании длины над диаметром. Конструктивное разнообразие валов вызывается различным сочетанием цилиндрических, конических, а так- же зубчатых (шлицевых), резьбовых поверхностей. Валы могут иметь шпоночные пазы, лыски, осевые и радиальные отвер- стия (рис. 1).
Рис. 1 Классификация валов
Технологические задачи
Технологические задачи формулируют в соответствии с рекомендациями и охватывают требованиям к точности детали по всем ее параметрам (рис. 2).
Точность размеров. Точными поверхностями валов являются, как правило, его опорные шейки, поверхности под дета- ли, передающие крутящий момент. Обычно они выполняются по 6...7-му квалитетам.
Точность формы. Наиболее точно регламентируется форма в продольном и поперечном сечениях у опорных шеек под подшипники качения. Отклонения от круглости и профиля в продольном сечении не должны превышать 0,25...0,5 допуска на диаметр в зависимости от типа и класса точности подшипника.
Точность взаимного расположения поверхностей. Для большинства валов главным является обеспечение соосности ра- бочих поверхностей, а также перпендикулярности рабочих торцов базовым поверхностям. Как правило, эти величины выби- раются по V – VII степеням точности.
Рис. 2 Эскиз вала с типовыми техническими требованиями

Качество поверхностного слоя. Шероховатость базовых поверхностей обычно составляет Rа = 3,2...0,4 мкм, рабочих торцов Rа = 3,2...1,6мкм, остальных несоответственных поверхностей Rа = 12,5...6,3 мкм. Валы могут быть сырыми и тер- мообработанными. Твердость поверхностных слоев, способ термообработки могут быть весьма разнообразными в зависимо- сти от конструктивного назначения валов. Если значение твердости не превышает НВ 200...230, то заготовки подвергают нормализации, отжигу или термически не обрабатывают. Для увеличения износостойкости валов повышают твердость их рабочих поверхностей. Часто это достигается поверхностной закалкой токами высокой частоты, обеспечивающей твердость
НRС 48...55. Поверхности валов из малоуглеродистых марок стали подвергают цементации на глубину 0,7...1,5 мм с после- дующей закалкой и отпуском. Таким способом можно достичь твердости НRС 55...60.
Так, например, для вала, представленного на рис. 3, технологические задачи формулируются следующим образом:
− точность размеров основных поверхностей находится в пределах 6...8-го квалитетов, а размеры с неуказанными от- клонениями выполняются по 14-му квалитету;
Рис. 3 Эскиз вала
− точность формы регламентируется для опорных шеек допусками круглости и профиля в продольном сечении – 0,006 мм, а у остальных поверхностей погрешности формы не должны превышать определенной части поля допуска на соответст- вующий размер (например, для нормальной геометрической точности 60 % от поля допуска);
− точность взаимного расположения задается допусками радиального и торцового биений (соответственно 0,02 мм и
0,016 мм) относительно базы;
− шероховатость сопрягаемых цилиндрических поверхностей ограничивается значениями Rа = 0,8 мкм, а торцовых –
Rа = 1,6 мкм; шероховатость несопрягаемых поверхностей – Rа = 6,3 мкм; шлицевый участок подвергается термообработке
ТВЧ НRС 50...55.
Некоторые требования к технологичности валов
К технологичности валов предъявляются некоторые специфические требования.
1 Перепады диаметров ступенчатых валов должны быть минимальными. Это позволяет уменьшить объем механиче- ской обработки при их изготовлении и сократить отходы металла. По этой причине конструкция вала с канавками и пружин- ными кольцами технологичнее конструкции вала с буртами.
2 Длины ступеней валов желательно проектировать равными или кратными длине короткой ступени, если токарная об- работка валов будет осуществляться на многорезцовых станках. Такая конструкция позволяет упростить настройку резцов и со- кратить их холостые перемещения.
3 Шлицевые и резьбовые участки валов желательно конструировать открытыми или заканчивать канавками для выхо- да инструмента. Канавки на валу необходимо задавать одной ширины, что позволит прорезать их одним резцом.
4 Валы должны иметь центровые отверстия. Запись в технических требованиях о недопустимости центровых отвер- стий резко снижает технологичность вала. В таких случаях следует заметно удлинять заготовку для нанесения временных центров, которые срезают в конце обработки.

1.2 Материалы и заготовки валов
Валы, в основном, изготовляют из конструкционных и легированных сталей, к которым предъявляются требования вы- сокой прочности, хорошей обрабатываемости, малой чувствительности к концентрации напряжений, а также повышенной износостойкости. Этим требованиям, в определенной степени, отвечают стали марок 35, 40, 45, 40Г, 40ХН и др. Достаточно редко валы отливают из чугуна.
В технических требованиях на изготовление валов, прежде всего, указывается твердость материала или необходимость соответствующей термической обработки. Если значение твердости не превышает НВ 200...230, то заготовки подвергают нормализации, отжигу или термически не обрабатывают. Для увеличения износостойкости валов повышают твердость их рабочих поверхностей. Часто это достигается поверхностной закалкой токами высокой частоты, обеспечивающей твердость
HRС 48...55. Поверхности валов из малоуглеродистых марок стали подвергают цементации на глубину 0,7...1,5 мм с после- дующей закалкой и отпуском. Таким способом можно достичь твердости НRС 55... 60.
Производительность механической обработки валов во многом зависит от вида заготовки, ее материалов, размера и конфигурации, а также от характера производства. Заготовки получают отрезкой от горячекатаных или холодно-тянутых нормальных прутков и непосредственно подвергают механической обработке.
Прокат круглого сечения поступает на машиностроительные заводы в виде многометровых прутков, из которых в заго- товительных цехах нарезаются заготовки необходимой длины.
В наибольшей мере указанным требованиям отвечают отрезные круглопильные станки, применяемые в серийном и массовом производствах. В качестве режущего инструмента в них применяются пильные диски, оснащенные сегментами из быстрорежущей стали. Таким диском можно разрезать прокат диаметром до 240 мм или пакет прутков меньшего диаметра.
Торцы заготовок после отрезки имеют шероховатость Rа = 25 мкм.
В мелкосерийном и единичном производствах применяются более простые, но менее производительные отрезные но- жовочные станки. Тонкие ножовочные полотна дают узкий пропил, но вследствие малой жесткости не обеспечивают высо- кой перпендикулярности торцов заготовок.
Резка прутков и труб из высокотвердых, закаленных сталей наиболее эффективна на абразивно-отрезных станках, ос- нащенных тонкими, толщиной 3...6 мм абразивными кругами на бакелитовой или вулканитовой связках. Благодаря высокой скорости вращения, достигающей 80 м/с, круги быстро разрезают пруток, образуя ровный срез с шероховатостью Rа =
3,1...6,3 мкм. Во избежание пережога торцов зона резания обильно поливается охлаждающей жидкостью.
Рис. 4 Схема правильно-рихтовочного устройства станка:
1 – пруток; 2 – ролик
В сравнении с перечисленными другие методы резки применяются реже. К ним относятся резка на токарно-отрезных станках отрезными резцами, на фрезерных станках прорезными фрезами, резка фрикционными пилами. Фрикционная пила представляет собой тонкий стальной диск, которому сообщается скорость вращения выше 100 м/с. В месте контакта с заго- товкой выделяющаяся вследствие трения теплота расплавляет металл прутка, что обеспечивает высокую производитель- ность процесса. Однако оплавление торцов заготовок снижает их качество. К наиболее производительным методам относят- ся рубка прутков на прессах и резка ножницами. Существенным недостатком этих методов, ограничивающим их применение, является смятие концов заготовок.
На машиностроительные заводы прокат поступает с заметными отклонениями от прямолинейности оси. Для устранения кривизны прутки перед резкой подвергают правке. Для этой цели служат правильно-калибровочные станки. Нарезанные за- готовки перед началом обработки, а иногда и в процессе дальнейшей обработки также приходится подвергать правке. Такую правку обычно проводят на прессах.
Заготовки такого вида применяют в основном в мелкосерийном и единичном производстве, а также при изготовлении валов с небольшим количеством ступеней и незначительными перепадами их диаметров.
В производстве с более значительным масштабом выпуска, а также при изготовлении валов более сложной конфигура- ции с большим количеством ступеней, значительно различающихся по диаметру, заготовки целесообразно получать методом пластической деформации. Эти методы (ковка, штамповка, периодический прокат, обжатие на ротационно-ковочных маши- нах, электровысадка) позволяют получать заготовки, по форме и размерам наиболее близкие к готовой детали (рис. 5), что значительно повышает производительность механической обработки и снижает металлоемкость изделия.
2
1

Рис. 5 Заготовки, полученные методами:
а – штамповкой в штампах; б – штамповкой на горизонтально-ковочной машине; в – поперечно-винтовой прокаткой
Выбор наиболее рационального способа получения заготовкив каждом отдельном случае определяется комплексно с учетом технико-экономической целесообразности. С увеличением масштабов выпуска особое значение приобретают эффек- тивность использования металлов и сокращение трудоемкости механической обработки. Поэтому в крупносерийном и мас- совом производстве преобладают методы получения заготовок с коэффициентом использования металлов от 0,7 и выше (от- ношение массы детали к норме расхода металла), доходящим в отдельных случаях до 0,95. Полые валы целесообразно изго- тавливать из труб.
1.3 Основные схемы базирования
Основными базами подавляющего большинства валов являются поверхности его опорных шеек. Однако использовать их в качестве технологических баз для обработки наружных поверхностей, как правило, затруднительно, особенно при усло- вии сохранения единства баз. Поэтому при большинстве операций за технологические базы принимают поверхности центро- вых отверстий с обоих торцов заготовки, что позволяет обрабатывать почти все наружные поверхности вала на постоянных базах с установкой его в центрах.
При этом может возникать погрешность базирования, влияющая на точность взаимного расположения шеек, равная ве- личине несовпадения оси центровых отверстий и общей оси опорных шеек.
Для исключения погрешности базирования при выдерживании длин ступеней от торца вала необходимо в качестве тех- нологической базы использовать торец заготовки. С этой целью заготовку устанавливают на плавающий передний центр.
Форма и размеры центровых отверстий стандартизованы. Существует несколько типов центровых отверстий, из кото- рых для валов чаще всего применяются три (табл. 1).
Таблица 1
Эскиз
Обозначение
Назначение
А без предохрани- тельного конуса
Изделия, после обра- ботки которых необ- ходимость в центро- вых отверстиях отпа- дает
В с предохрани- тельным конусом
Изделия, в которых центровые отверстия являются базой для повторного или мно- гократного использо- вания либо сохраня- ются в готовых изде- лиях
а)
б)
в)

R с дугообразными образующими
Изделия повышенной точности
Рабочими участками являются конуса, которыми вал опирается на центры станка в процессе обработки. Цилиндриче- ские участки диаметром d необходимы для предотвращения контакта вершин станочных центров с заготовкой. При обработ- ке крупных, тяжелых валов применяют усиленные станочные центры с углом конуса 75 или 90°. С соответствующими угла- ми конусов выполняют и центровые отверстия валов. Предохранительный конус с углом 120° позволяет избежать случайных забоин на рабочем конусе в процессе межоперационного транспортирования вала. Валы с предохранительными конусами более ремонтопригодны.
Использование центров в качестве установочных элементов предусматривает применение того или иного поводкового устройства, передающего крутящий момент заготовке.
Такими устройствами являются поводковые патроны, хомутики и т.п. (табл. 2 – 5).
Основные способы установки валов приведены на рис. 6 – 9.
Таблица 2
Обозначения опор
Наименование опоры
Вид спереди, сзади
Вид сверху
Вид снизу
Неподвижная
Подвижная
Плавающая
Регулируемая
Таблица 3
Обозначения зажимов
Наименование зажима
Вид спереди, сзади
Вид сверху
Вид снизу
Одиночный
Двойной
Таблица 4
Обозначения установочных устройств
Наименование установочного устройства
Вид спереди, сзади, сверху, снизу
Вид слева
Вид справа
Центр неподвиж- ный
Без обозначения
Центр вращаю- щийся
Без обозначения
Оправка цилинд- рическая
Оправка шарико- вая (роликовая)

Патрон поводко- вый
Цанговая оправка
Гидропластиковая оправка
Таблица 5