К категории шпинделей относятся детали цилиндрической формы, используемые для закрепления заготовок или инструментов в металлорежущем оборудовании. Производство шпинделей полностью регламентировано, начиная от выбора сплава для заготовки и заканчивая отделочными операциями. Соблюдение требований стандартов – залог получения детали требуемой формы и размера, гарантирующей безотказную эксплуатацию в течение длительного времени.
Выбор металлического сплава
Выбор металлического сплава для формирования заготовки зависит от назначения изделия и типа станка, для которого они предназначены. Важно, чтобы готовая деталь обладала заданной прочностью и жесткостью, а также – демонстрировала требуемую износостойкость. Так, для шпинделей под опоры скольжения выпускаются заготовки из конструкционной стали 45с. При изготовлении шпинделей, к которым предъявляют более строгие требования качества, используют сплав 40Х и 40ХН, а также – сплав 20Х. Закалка и отпуск, которым подвергают деталь в процессе изготовления, позволяют получить изделие с высокой степенью твердости поверхности и опорных шеек. Если необходимо изготовить нагруженный шпиндель, целесообразнее использовать так называемую марганцовистую сталь 50Г2, а для деталей особой точности – сталь марок 12ХН3 и 35ХМЮА, при условии азотирования заготовок в процессе обработки. Шпиндели для токарных станков и тяжелого оборудования могут быть изготовлены из высокопрочных марок магниевого чугуна, а также – из сплавов СЧ 15 и CЧ 21.
Способы производства заготовок
Заготовками для последующего производства шпинделей могут выступать поковки, литые детали, трубы и прутья разной толщины. Для изготовления полых деталей используют метод литья в металлических формах. Метод свободной ковки, применяемый для получения поковок, имеет недостатки – детали, полученные данным способом, сложно обработать на точно настроенном оборудовании. Поэтому чаще используют метод горячей высадки на горизонтальных или ротационных машинах для ковки. Это позволяет снизить расход материала и значительно упрощает обработку готовых деталей.
Перед началом механической обработки заготовок их подвергают термическому воздействию. Таким образом, удается выровнять внутреннее напряжение в металле. Далее деталь направляется для последующей обработки на станки, тип которых зависит от количества изготавливаемых единиц продукции. Чаще всего, технологические операции выполняются на токарных, многорезцовых или гидрокопировальных станках.
Черновая токарная обработка заготовок осуществляется на специальных базах – так называют центровые гнезда либо конические трубы, применяемые соответственно для заготовок-поковок или заготовок на основе труб. Затем выполняется обработка продольного отверстия, в ходе которой деталь держится на опорных шейках. Предварительная механическая и термическая обработка необходима для удаления, так называемого припуска сверх нормативных размеров будущего шпинделя, а также - для улучшения механических характеристик металла и упрощения процедуры его обработки.
Практический опыт показал невозможность использования опорных шеек при резке и отделке поверхностей вращения. Поэтому для чистовой обработки детали применяют специальные пробки, оправки с гнездами или центровые фаски на обоих концах шпинделя. При этом рекомендуется выполнять полный цикл обработки деталей на одной и той же технологической базе, не допуская ее смены в процессе отделки. В этом случае удается добиться исключительно высокой точности параметров шпинделя. В случае, когда в качестве базы выступают пробки, для повышения точности детали рекомендуется использовать образцы конической или цилиндрической формы.
Обработка и отделка элементов
Чистовая отделка элементов шпинделя выполняется на специальных образцах оборудования, подбираемых исходя из способа обработки и конструктивных особенностей детали.
Осевые отверстия на шпинделе высверливаются на оборудовании глубокого сверления или на обычном токарном оборудовании. В некоторых случаях целесообразна обработка сразу двух деталей – для этого используют двухшпиндельные станки с двухместным приспособлением для фиксации заготовок. Для отверстия диаметром менее 80мм применяют перовые сверла, в которых предусмотрена подача охлаждающей жидкости в точку резки через канал сверла. Если заменить сверла кольцевыми головками, при обработке можно получить дополнительную заготовку в виде стержня с диаметром по размеру головки. Обработка полученного отверстия выполняется с применением многорезцовых расточных головок.
Если необходимо подвергнуть заготовку глубокому сверлению, применяют сверло из быстрорежущей твердосплавной стали. Выбор в ее пользу обусловлен возможностью значительно повысить скорость резания. Отверстия конической формы на концах шпинделя затем дополнительно растачивают до нужного диаметра.
Если на шпинделе предусмотрена резьба, способ ее нарезки выбирают с учетом применения детали и требований к точности. Возможна либо нарезка на токарном станке, либо выполнение операции в два захода. Первичную фрезеровку делают на резьбо-фрезерном станке, после чего деталь калибруют на токарном станке. Финишное шлифование после термической закалки выполняется на резьбо-шлифовальном станке.
Для обработки шпоночного паза используют дисковые или пальцевые фрезы универсальных или шпоночных моделей фрезерных станков. Для шлицов применяется специальная техника – шлице-фрезерный станок с червячными срезами, реже – фрезерный станок с фасонной фрезой. Для обеспечения высокой точности образуемых поверхностей шпиндель закрепляют в центрах на используемых ранее пробках, не меняя их с целью исключения просчетов по точности параметров, как было сказано выше. Перед заключительной термообработкой шпиндель проходит процедуру сверления, развертывания отверстий и нарезки внутренней резьбы на расточных или сверлильных станках. Выбор оборудования осуществляется исходя из серийности выпуска деталей и соображений экономической целесообразности каждой технологической операции.
После закалки приступают к отделке цилиндрических элементов и шлиц. Для этого деталь закрепляют на круглошлифовальном или шлицешлифовальном станке на пробках или фасках, после чего выполняют первичное и чистовое шлифование.
Чтобы добиться исключительной точности параметров шпинделя, особое внимание уделяется операциям обработки опорных шеек, конусов оси и конуса для крепления зажимного патрона. Для операции используют внутришлифовальное оборудование, базируя деталь на обработанных ранее опорных шейках. Вокруг вращающегося шпинделя перемещается шлифовальный круг, повернутый на заданный угол относительно оси заготовки.
Если необходимо сделать поверхность изделия идеально ровной и гладкой, в производственный цикл добавляется операция суперфиниширования с применением микропорошковых абразивов. Ее выполняют после чистового шлифования, чтобы удалить оставшиеся гребешки и придать детали требуемый зеркальный вид.
Изготовление шпинделей на оборудовании КМТ
Современные высокопроизводительные станки КМТ – один из наиболее известных российских проектов в области металлообработки. Номенклатура выпускаемого оборудования идентична модельному ряду продукции ведущих мировых производителей с учетом соотношения исключительного качества и приемлемой цены, доступной для рядовых предприятий. Для производства станков используют только передовые технологии и высокоточное оборудование, а контроль качества осуществляется согласно требованиям стандартам ISO и TÜV. Основные производственные мощности бренда сосредоточены на крупнейших станкостроительных заводах Китая - SMTCL, YANNAN, YUWE, SPARK, DMTG. Использование оборудования КМТ гарантирует получение высококачественной продукции с требуемым набором технико-эксплуатационных характеристик.
