Рубрика: Механическая обработка
Шпоночное соединение — один из самых распространённых способов передать крутящий момент с вала на шестерню, шкив, муфту или звёздочку. Паз на валу обычно фрезеруют, а вот внутренний паз в отверстии ступицы получить фрезой не получается: инструменту некуда войти. Для этого служат два основных метода — долбление и протягивание. Разберём, как они работают, какую точность обеспечивают, чем различаются по стоимости и в каких случаях выбирают тот или иной способ.
Наиболее распространены призматические шпонки по ГОСТ 23360. Реже применяются сегментные, клиновые и тангенциальные шпонки. Для каждого диаметра вала стандарт задаёт сечение шпонки, глубину паза на валу и во втулке.
| Тип соединения | Поле допуска паза вала | Поле допуска паза втулки | Применение |
|---|---|---|---|
| Свободное | H9 | D10 | Подвижные ступицы, перемещающиеся вдоль вала |
| Нормальное | N9 | Js9 | Большинство неподвижных соединений общего назначения |
| Плотное | P9 | P9 | Реверсивные нагрузки, удары, точное угловое положение |
долбление шпоночных пазов, протягивание шпоночных пазов, долбление шлицев, обработка внутренних многогранников, долбление пазов в глухих отверстиях
Долбление выполняется на долбёжном станке или станке с долбёжной головкой. Резец закреплён в ползуне, который совершает возвратно-поступательное движение по вертикали. На рабочем ходе вниз резец снимает стружку, на обратном — отводится от поверхности, а после каждого двойного хода стол с деталью подаётся на небольшую величину в радиальном направлении.
Долбёжные резцы изготавливают из быстрорежущей стали или оснащают твёрдым сплавом. Ширина резца соответствует ширине паза либо паз получают за несколько проходов более узким резцом со смещением. Для пазов в длинных ступицах применяют резцы на оправках с повышенной жёсткостью.
Производительность долбления невысока: на каждый паз уходит множество двойных ходов, а холостой обратный ход составляет значительную долю цикла. Точность сильно зависит от наладки и жёсткости системы: резец на длинной оправке отжимается, и паз может получиться с непараллельными стенками или смещённым от оси. Шероховатость боковых стенок обычно находится на уровне Ra 3,2–6,3 мкм.
Современные токарные центры с приводным инструментом и фрезерные станки могут выполнять долбление шпоночных пазов, используя ось Z в качестве ползуна. Специальные долбёжные оправки устанавливаются в шпиндель, сам шпиндель при этом заблокирован, а программа выполняет многократные ходы с подачей на глубину. Главное достоинство такого решения — паз выполняется за тот же установ, что и отверстие, поэтому его симметричность относительно оси отверстия обеспечивается максимально точно. Для небольших партий это эффективная альтернатива как отдельному долбёжному станку, так и протягиванию.
Протяжка — многолезвийный инструмент, у которого каждый следующий зуб выше предыдущего на величину подъёма. При протягивании инструмент проходит через отверстие один раз, и за этот ход все зубья последовательно снимают металл, формируя паз заданного размера.
Шпоночная протяжка представляет собой плоскую планку с зубьями, которая движется по направляющей втулке, вставленной в отверстие детали. Втулка центрирует протяжку относительно оси отверстия и воспринимает радиальную силу резания. Если паз глубокий, его протягивают за несколько проходов, подкладывая под протяжку калиброванные прокладки, — так одна протяжка позволяет получить паз полной глубины.
Наборы шпоночных протяжек с втулками и прокладками используют на ручных или гидравлических прессах. Это удобное решение для ремонтных служб и небольших мастерских. В серийном производстве применяют горизонтально- и вертикально-протяжные станки, где цикл занимает секунды.
Протяжка — дорогой специальный инструмент, рассчитанный на конкретную ширину паза и определённый диапазон диаметров отверстия. Для каждого типоразмера нужна своя протяжка и втулка. Протягивание возможно только в сквозных отверстиях. Длина ступицы ограничена длиной протяжки и мощностью станка, а тонкостенные ступицы могут деформироваться под действием больших сил резания.
| Критерий | Долбление | Протягивание |
|---|---|---|
| Тип производства | Единичное, мелкосерийное, ремонт | Серийное и массовое |
| Затраты на инструмент | Низкие | Высокие, специальная протяжка на размер |
| Время обработки паза | Минуты и десятки минут | Секунды |
| Точность ширины | Зависит от наладки, 9–10 квалитет | Стабильно 8–9 квалитет |
| Шероховатость стенок Ra, мкм | 3,2–6,3 | 1,6–3,2 |
| Глухие отверстия | Возможно с канавкой для выхода | Невозможно |
| Нестандартные размеры | Без ограничений | Нужна специальная протяжка |
| Крупные детали | Ограничены ходом ползуна | Ограничены длиной протяжки и усилием |
При долблении скорость рабочего хода невелика, а подача на двойной ход составляет сотые или десятые доли миллиметра в зависимости от материала и ширины резца. Слишком большая подача приводит к отжиму резца и образованию «ступеньки» на дне паза, слишком малая — к трению и износу по задней поверхности. Характерная погрешность долбления — сужение или расширение паза к выходу резца из-за упругого отжима оправки, а также смещение паза от оси, если деталь неточно выверена на столе.
При протягивании основной риск — недостаточный подвод смазки и забивание стружечных канавок протяжки. Если объём стружки, снимаемой одним зубом, не помещается в канавке, стружка начинает задирать стенки паза, а в тяжёлых случаях протяжка ломается. Поэтому длина протягиваемой ступицы, подъём на зуб и размер канавки должны быть согласованы. На вязких материалах, таких как аустенитные нержавеющие стали, протягивание ведут с масляными СОЖ, содержащими противозадирные присадки, а скорость снижают.
Если ступица после изготовления должна быть закалена, паз выполняют до термообработки. Закалка вызывает небольшие деформации, и при плотном соединении паз потом приходится доводить. Для деталей высокой твёрдости, где паз нужно получить или исправить после закалки, применяют электроэрозионную проволочную или прошивочную обработку — она не зависит от твёрдости материала и позволяет получить точный паз в любой стали. Подробнее о возможностях метода — на странице электроэрозионной обработки.
Комплексный калибр особенно удобен в серийном производстве: он сразу показывает, будет ли деталь собираться с валом, — с учётом всех погрешностей ширины, глубины и расположения.
При износе шпоночного паза из-за смятия или ударных нагрузок существуют несколько вариантов восстановления. Паз во втулке можно расширить до следующего стандартного размера и установить ступенчатую шпонку. Можно выполнить новый паз, смещённый по окружности на 90 или 180 градусов, если это допускается конструкцией. При серьёзном износе ступицы изготавливают новую деталь по образцу. Специалисты на производстве определяют, какой вариант надёжнее и экономичнее в каждом конкретном случае, — такой подход применяется при изготовлении запасных частей для оборудования.
Выбор между долблением и протягиванием определяется прежде всего объёмом выпуска и стандартностью размера паза. Долбление — гибкий и недорогой в подготовке метод для единичных деталей, ремонта, нестандартных и глухих пазов; на станках с ЧПУ оно ещё и обеспечивает высокую симметричность за счёт обработки в одном установе с отверстием. Протягивание незаменимо в серийном производстве благодаря скорости, стабильной точности и хорошей шероховатости. Специалисты «ВМС» выполняют шпоночные пазы во втулках, шестернях, шкивах и муфтах любым из этих методов и подберут оптимальный вариант для вашей задачи — как в составе комплексного изготовления детали, так и отдельной операцией.
