Тех.маш.Ч

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное агентство по образованию Южно-Уральский государственный университет Кафедра «Технология машиностроения»

621(07) К906

В.Л. Кулыгин, В.И. Гузеев, И.А. Кулыгина

Технология машиностроения

Учебное пособие

Часть 2

Допущено Учебно-методическим объединением вузов по образованию в области автоматизированного машиностроения (УМО АМ) в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению «Технология, оборудование и автоматизация машиностроительных производств» и специальности «Технология машиностроения» направления «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств»

Челябинск Издательский центр ЮУрГУ

2010

УДК 621.002. 2(075.8) К906

Одобрено учебно-методической комиссией механико-технологического факультета

Рецензенты: д.т.н. проф. Султан-Заде Н.М., к.т.н. доц. Звонарёва Л.М.

Кулыгин, В.Л.

Технология машиностроения: учебное пособие / В.Л. Кулыгин, В.И. Гузеев, И.А. Кулыгина, – Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2009. – Ч.2. – 77 с.

В учебном пособии рассматриваются вопросы выбора способов получения заготовок деталей, вопросы построения технологических процессов механической обработки различных групп деталей, особенности их базирования, обработки и контроля. Приведены типовые технологические процессы изготовления деталей – представителей различных типов и классов, объединенных одинаковыми конструкторскими и технологическими признаками.

Пособие рекомендуется для студентов направлений 150900, 151000, специальностей 151001, 151002, 151003, 220501 и других технологических и конструкторских специальностей.

При написании пособия использовались источники [1–10].

УДК 621.002.4(075.8)

© Издательский центр ЮУрГУ, 2010

2

ОГЛАВЛЕНИЕ

I.ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ

1.КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ

ИСПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ ЗАГОТОВОК……………………………………………….5

2.ОСОБЕННОСТИ БАЗИРОВАНИЯ И ПОСТРОЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ

ПРОЦЕССОВ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ…………………………..7

3.ЧЕРНОВЫЕ И ЧИСТОВЫЕ МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ ПЛОСКОСТЕЙ КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ…………………………………………………………..…….8

3.1.Строгание и долбление плоских поверхностей……………..……………..9

3.2.Фрезерование плоских поверхностей……………….…………………….10

3.3.Протягивание плоских поверхностей……………………………………..11

3.4.Шлифование плоских поверхностей………………………….…………..13

3.5.Отделочные методы обработки плоских поверхностей………..………..14

4.ОБРАБОТКА ОТВЕРСТИЙ НА КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЯХ

4.1.Типовые технические требования, предъявляемые к отверстиям корпусных деталей……………………………..…….……..15

4.2.Основные методы обработки отверстий в корпусных деталях…………………………………………………………….….……..16

4.3.Особенности обработки соосных и сопряжённых отверстий

вкорпусных деталях………………………………………………………..23

5.КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ……………………….………26

II.ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЗУБЧАТЫХ КОЛЁС

1. ТИПОВЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ЗУБЧАТЫМ КОЛЁСАМ…………………………………………………...…….30

2. ИСХОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ ЗАГОТОВОК ЗУБЧАТЫХ КОЛЁС…………………………………………………………….…31

3. ТИПОВЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЗУБЧАТЫХ КОЛЁС……………………………………………………….………33

4. ЧЕРНОВЫЕ И ПОЛУЧИСТОВЫЕ МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ ЗУБЧАТЫХ КОЛЁС

4.1.Фрезерование модульными фрезами…………………………….………..36

4.2.Фрезерование червячными фрезами……………………………..………..37

4.3.Зубодолбление зубчатых колес…………………………………..………..40

4.4.Протягивания и накатка зубчатых колёс……………………….…………42

4.5.Зубострогание зубчатых колёс…………………………………...………..45

4.6.Зубозакругление зубчатых колёс………………………………………….47

3

5. ЧИСТОВЫЕ МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ НЕЗАКАЛЁННЫХ (“СЫРЫХ”) ЗУБЧАТЫХ КОЛЁС

5.1.Зубошевингование зубчатых колёс………………………………………..47

5.2.Холодное обкатывание зубчатых колёс……………….………………….50

6. ЧИСТОВЫЕ МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ ЗАКАЛЁННЫХ ЗУБЧАТЫХ КОЛЁС

6.1.Зубошлифование зубчатых колёс…………………………………………50

6.2.Зубохонингование зубчатых колёс………………………………………..53

6.3.Притирка и приработка зубчатых колёс………………………………….54

7.КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ЗУБЧАТЫХ КОЛЁС……………………..……………..55

III.ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ОБРАБОТКИ РЕЗЬБОВЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ

1. КЛАССИФИКАЦИЯ РЕЗЬБОВЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ И ТИПОВЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ ПРЕДЬЯВЛЯЕМЫЕ К НИМ……………..……….58

2.НАРЕЗАНИЕ РЕЗЬБОВЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ РЕЗЦАМИ И ГРЕБЁНКАМИ………………………………………………………………..……..….59

3.НАРЕЗАНИЕ МНОГОЗАХОДНЫХ РЕЗЬБОВЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ…………….…60

4.НАРЕЗАНИЕ РЕЗЬБОВЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ

ВРАЩАЮЩИМИСЯ РЕЗЦАМИ…………………………………………….…….62

5.ФРЕЗЕРОВАНИЕ РЕЗЬБОВЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ………………………………..63

6.НАРЕЗАНИЕ РЕЗЬБОВЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ МЕТЧИКАМИ

ИПЛАШКАМИ…………………………………………………………..………..65

7.ШЛИФОВАНИЕ РЕЗЬБОВЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ…………………………………66

8.НАКАТЫВАНИЕ РЕЗЬБОВЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ………………………………...69

9.ВЫБОР МЕТОДОВ НАРЕЗАНИЯ РЕЗЬБОВЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ……………..…73

10.КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА РЕЗЬБОВЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ………………………..76

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК……………………………………………77

4

I.ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ

1. КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ И СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ ЗАГОТОВОК

Корпусные детали машин представляют собой базовые детали, на которые устанавливаются различные присоединяемые детали и сборочные единицы, точность относительного положения которых должна обеспечиваться как в статике, так и в процессе работы машин под нагрузкой. В соответствии с этим корпусные детали должны иметь требуемую точность, обладать необходимыми параметрами жесткости и виброустойчивости, чтобы обеспечивать постоянство относительного положения соединяемых деталей и узлов, правильность работы механизмов и отсутствие вибраций.

Корпусные детали машин в общем случае можно разделить по группам (рис. 1.1, см. с. 6). Детали, принадлежащие каждой из групп, имеют общность служебного назначения, что означает наличие одинаковых поверхностей и идентичное по форме конструктивное исполнение. Все это определяет особенности технологических решений, обеспечивающих достижение требуемых параметров точности при изготовлении деталей каждой из групп.

Группа 1: корпусные детали коробчатой формы в виде параллелепипеда, габаритные размеры которых имеют одинаковый порядок. К этой группе относятся корпуса различных редукторов, корпуса коробок скоростей, коробок передач, корпуса шпиндельных бабок (рис. 1.1, а). В большинстве случаев основными базами таких корпусов являются плоские поверхности, а вспомогательными базами служат главные отверстия и торцы, предназначенные для базирования валов и шпинделей. Конструкция и размеры корпусов зависят от условий размещения в них необходимых деталей и механизмов.

Группа 2: корпусные детали с гладкими внутренними цилиндрическими поверхностями, протяженность которых превышает их диаметральные размеры. К этой группе относятся блоки цилиндров, двигателей и компрессоров, корпуса различных цилиндров и гидрораспределителей, пневмо и гидроаппаратура (рис. 1.1, б), а также корпуса задних бабок станков, обеспечивающих базирование выдвижной пиноли и заднего центра. В соответствии со служебным назначением к внутренним цилиндрическим поверхностям предъявляют требования по точности диаметральных размеров и точности формы. Эти цилиндрические поверхности обычно работают на изнашивание. Поэтому к ним предъявляют высокие требования по шероховатости и износостойкости.

Группа 3: корпусные детали сложной пространственной геометрической формы. К этой группе относятся корпуса паровых и газовых турбин, корпуса центробежных насосов, коллекторов, тройников, вентилей, кранов (рис. 1.1, в). Сложная пространственная форма и геометрические размеры таких корпусов предназначены для формирования требуемых потоков движения газов или жидкостей. К этой

5

группе относятся также сложные по форме корпусные детали ходовой части автомашины (картер заднего моста, корпус поворотного рычага и др.).

Группа 4: корпусные детали с направляющими поверхностями. К этой группе относятся такие детали как столы, спутники, каретки, салазки, суппорты, ползуны, планшайбы (рис. 1.1, г). В процессе работы эти детали совершают возвратнопоступательное или вращательное движение по направляющим поверхностям, обеспечивая точное относительное перемещение обрабатываемых заготовок или режущего инструмента. Такие корпуса входят в состав несущей системы большинства металлообрабатывающих станков. Требуемая жесткость этих деталей достигается созданием внутренних перегородок и ребер. Отношение высоты плоских столов, спутников, салазок к ширине находится в пределах 0,1...0,18.

Группа 5: корпусные детали типа кронштейнов, угольников, стоек и крышек (рис. 1.1, д). Эта группа объединяет наиболее простые по конструкции корпусные детали, которые выполняют функции дополнительных опор для обеспечения требуемой точности относительного положения отдельных механизмов, валов, зубчатых колес.

Рис. 1.1. Группы корпусных деталей

Заготовки для корпусных деталей получают литьём как в разовые формы (песчаные, оболочковые, по выплавляемым моделям), так и в многоразовые металли-

6

ческие формы (кокили), литьём под давлением, а также в качестве заготовок могут использоваться сварочные конструкции из сортового профильного проката.

В качестве исходного материала используются серые или модифицированные чугуны, стали литейных классов, алюминиевые сплавы, реже нержавеющие и жаропрочные стали и магниевые сплавы. Литые заготовки после предварительной механической обработки подвергаются естественному или искусственному старению для снятия внутренних напряжений. Сварные конструкции проходят через термическую обработку непосредственно после сварки всех узлов.

2. ОСОБЕННОСТИ БАЗИРОВАНИЯ И ПОСТРОЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ

Базирование корпусных деталей выполняется с учётом их конструктивных особенностей и технических требований, предъявляемых к рабочим поверхностям. Часто для этого необходимо создание вспомогательных технологических баз. Наиболее распространенной является схема базирования на плоскость и два отверстия, выполненных с точностью 6–7 квалитетов (рис. 1.2, а) и расположенных на возможно большом расстоянии друг от друга. Для ориентации детали в приспособлении используется установка на два пальца – гладкий и ромбический. Поверхности этих отверстий являются вспомогательными технологическими базами.

Рис. 1.2. Возможные схемы базирования корпусных деталей

Заготовки деталей фланцевого типа, имеющие основное отверстие базируются по торцу фланца и точно обработанной поверхности буртика (или отверстия) (рис. 1.2, б)

Корпуса призматической формы, у которых отверстия малы и не соосны, базируются по трём взаимно перпендикулярным поверхностям, причем в качестве баз можно использовать как наружные, так и внутренние поверхности корпуса

(рис. 1.2, в).

7

Корпуса призматической формы, имеющие основные соосные отверстия, базируются на эти отлитые в заготовке отверстия и боковую поверхность корпуса

(рис. 1.2, г).

Если конфигурация корпуса не позволяет эффективно использовать его поверхности для базирования, то обработку целесообразно выполнять в приспособлении – спутнике. При установке заготовки в спутнике могут быть использованы черновые или искусственно созданные вспомогательные базовые поверхности, причём заготовка обрабатывается на различных операциях при постоянной установке в приспособлении, но положение самого приспособления на разных операциях меняется.

Построение технологических процессов при изготовлении корпусных деталей зависит в основном от конфигурации и размеров деталей, объёмов их выпуска (типа производства). При этом основные этапы построения технологических процессов механической обработки корпусных деталей (всех групп) схожи между собой и содержат следующие операции:

1.Черновая обработка базовых поверхностей.

2.Обработка вспомогательных технологических баз в виде отверстий.

3.Черновая и получистовая обработка рабочих отверстий (базирование осуществляется от обработанной плоскости)

4.Черновая и получистовая обработка рабочих плоскостей (базирование осуществляется от обработанного отверстия)

5.Термическая или механическая обработка (искусственное старение) для снятия внутренних напряжений.

6.Чистовая обработка базовых плоскостей и базовых отверстий

7.Чистовая обработка рабочих плоскостей, отверстий, различных конструктивных элементов, характерных для данного типа корпуса (резьбовые отверстия, посадочные и уплотнительные пояса, масляные и водяные каналы и др.)

8.Слесарная обработка, подгонка и регулировка, окончательные испытания и контроль.

3. ЧЕРНОВЫЕ И ЧИСТОВЫЕ МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ ПЛОСКОСТЕЙ КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ

При изготовлении корпусных деталей необходимо рассматривать комплекс технологических задач, учитывающих особенности обработки плоских поверхностей и их различных сочетаний. При этом точность обработки плоских поверхностей определяется следующими основными показателями:

–прямолинейность поверхностей в продольном и поперечном направлениях;

–параллельность отдельных поверхностей между собой;

–точность расположением поверхностей под требуемыми углами;

–точность расстояний между отдельными поверхностями;

–чистота обработки поверхностей;

–качество поверхностного слоя, его способностью сохранять точность и износоустойчивость в процессе эксплуатации.

8

3.1. Строгание и долбление плоских поверхностей

Строгание – самый простой и старый технологический метод обработки плоскостей. Обработка производится на поперечно и продольно-строгальных станках одним или несколькими резцами.

Строгание находит большое применение в мелкосерийном и единичном производстве благодаря тому, что для работы на строгальных станках не требуется сложных приспособлений и инструментов, как для работы на фрезерных, протяжных и других станках.

Этот метод обработки является весьма гибким при смене партии обрабатываемых деталей. Однако он малопроизводителен: обработка выполняется однолезвийным инструментом (строгальными резцами) на умеренных режимах резания, а наличие вспомогательных холостых ходов увеличивает время обработки. Кроме того, для работы на этих станках требуются рабочие высокой квалификации.

В серийном производстве используются в основном продольно-строгальные станки при обработке крупных деталей с плоскостями больших размеров или для одновременной обработки нескольких коротких деталей.

Строгание оказывается производительней фрезерования при обработке крупных отливок и поковок, имеющих большие припуски (до 60 мм на сторону). Обработка таких заготовок может быть выполнена на строгальных станках за один технологический переход при работе с большими глубинами резания. Или же возможно распределение припуска под многорезцовые строгальные головки (рис. 1.3). Обработку отливок и поковок, на поверхности которых имеются значительные неровности, твёрдые места и т.п., в большинстве случаев предпочтительнее производить не фрезерованием, а строганием, с целью предупреждения поломок дорогостоящих фрез больших размеров.

Рис. 1.3. Схемы строгания плоскостей

При обычной форме резца строгание обычно осуществляется с глубиной резания 3…10 мм, при этом обеспечивается точность поверхностей в пределах 10…12 квалитета и шероховатость в пределах Ra = 3,2…12,5 мкм.

9

3.2. Фрезерование плоских поверхностей

Фрезерование в настоящее время является наиболее распространенным методом обработки плоских поверхностей (рис. 1.4). В массовом и серийном производствах фрезерование заменило применявшееся ранее строгание.

Операции фрезерования осуществляются на фрезерных станках. Фрезерные станки разделяются на горизонтально-фрезерные, вертикально-фрезерные, уни- версально-фрезерные, продольно-фрезерные, карусельно-фрезерные, барабанно-

фрезерные и многоцелевые.

V V

V V V

V V V

V

V V

Рис. 1.4. Схемы фрезерования плоских поверхностей:

а) цилиндрическое, б) двустороннее, в) торцевое, г) трёхстороннее

Наибольшее распространение получило фрезерование торцевыми фрезами или фрезерными головками (торцевые фрезы со вставными ножами).

Это объясняется следующими преимуществами данного вида фрезерования перед фрезерованием цилиндрическими фрезами:

–возможно применение фрез больших диаметров, что повышает производительность обработки;

–одновременное участие в обработке большего числа зубьев, что обеспечивает более производительную и плавную работу;

–отсутствие длинных оправок, что даёт большую жёсткость крепления инструмента и, следовательно, возможность работать с большими подачами (глубинами резания);

–возможна одновременная обработка заготовок с разных сторон (например, при использовании барабанно-фрезерных станков).

Операции фрезерования характеризуются высокой производительностью и сравнительно высокой точностью.

Например, фрезерование поверхности в два перехода (черновой и чистовой) позволяет достичь:

10