Ходовые винты

Ходовые винты металлорежущих станков обычно изготавливают из стали 8ХФ и подвергают индукционной закалке до твердости 56-62HRC, что иногда приводит к перегреву вершин витка и их выкрашиванию. Предложите новые марки стали и технологию упрочнения, позволяющие повысить срок службы валов, учитывая, что длина ходового винта до 2м, а диаметр 60-80мм

Ходовые винты участвуют  в кинематической цепи для передачи движения в большинстве механизмов, в том числе в металлорежущих станках. У резьбошлифовальных станков  ходовой винт с гайкой (так называемая винтовая пара) является одним из главных  звеньев, определяющих точность станка.

Ходовые винты можно  разделить на три группы: винты, изготовляемые  из азотируемой стали марок 38ХМЮА, ЗОХЗВ и др. с последующей термообработкой  и азотацией. Твердость их HRC = 60 на 64. Глубина твердой поверхности после азотации не превышает 0,14 - 0,2 мм.

Шлифование профиля  резьбы на ходовых винтах из этого  материала весьма сложный процесс.

Винты из стали марки  ХВГ или равноценные этой стали  марки, которые позволяют производить  объемную закалку и имеют твердость  после термической обработки  Я 25-60.

Винты из углеродистых и специальных сталей, предварительно обработанный профиль резьбы на которых  подвергают индукционной закалке. Учитывая, что после термической обработки  у этого типа винтов сердцевина и  участки между закаленным профилем резьбы остаются сырыми, их в процессе дальнейшей обработки можно подвергать рихтованию — точнее выпрямлению  на прессах. Твердость на закаленных участках достигает HRC 57- 62. Глубина  закаленной   поверхности достигает до 0,55-0,8 мм, что совершенно достаточно для успешного шлифования профиля резьбы.  

«Сырые» ходовые  винты изготавливают чаще всего  с углом профиля а = 10, 15, 30°, а  также с прямоугольным профилем. Термически обработанные ходовые винты  изготавливают обычно с углом  профиля резьбы а = 30 и 15°.

Следует отметить, что  уменьшение угла профиля резьбы значительно  уменьшает влияние биения (эксцентриситета) профиля резьбы относительно опор винта  на погрешность передачи.

Как видно из рис. 72 дополнительная ошибка шага «а» зависит  при одинаковом биении «6» профиля  резьбы от величины его угла:

a = Mg а2.

Например, при биении профиля резьбы па величину «&» = 0,012 мм дополнительная ошибка шага «а» у ходового винта с углом профиля = 15° будет равна а ==l5° * 0,012 -0,26795 = 0,0032 мм.

При тех же условиях у ходового винта с углом профиля  а2 = 7° дополнительная ошибка а = 6tg7°30' = 0,012-0,13165 = 0,00158 мм, т. е. при уменьшении половины угла профиля с а2 = 15° на а2 = 7°30' дополнительная ошибка шага уменьшается в два раза. При сборке ходового винта и гайки с посадкой по наружному, а не по среднему диаметру, как это принято обычно, достигается так же очень эффектный результат для уменьшения влияния биения профиля резьбы ходового винта на точность по шагу.

В этом случае ходовая  гайка в процессе перемещения  по винту служит для него как бы дополнительной опорой, типа люнета, что  исключает или уменьшает до минимума имеющееся биение ходового винта. Зазор  между наружными диаметрами ходового винта и гайки должен быть изготовлен в пределах 0,007-7-0,015 мм. Профиль резьбы у ходовой гайки, в данном случае нарезают окончательно на токарном станке высокой точности. Термически обработанные винты с прямоугольным профилем резьбы практически не изготовляют. Однако шлифование резьб с прямоугольным профилем возможно на специальном резьбошлифовальном станке или универсальном резьбошлифовалыюм станке, применяя специальное приспособление.

Наружную поверхность ходового винта обрабатывают с точностью 5 для винтов 1 и 2-го классов; с точностью 6 для винтов 3-го класса; с точностью 6—7 для винтов 4-го класса.

Резьбы ходовых  винтов нарезают на токарно-винторезных  станках за несколько проходов. Более  производительно фрезерование резьбы дисковыми фрезами и многорезцовыми охватывающими головками (вихревое нарезание). После фрезерования обычно окончательно обрабатывают на токарных станках или шлифуют.

После обтачивания  и предварительного нарезания резьбы не-закаливаемые винты 3-го классов  подвергают старению (искусственному или естественному) для снятия остаточных напряжений. Естественное старение —  продолжительный процесс, снимает 30—40 % внутренних напряжений; искусственное  старение в печах снимает 80 % напряжений. Перед чистовыми операциями обработки  опорных шеек и нарезания резьбы обязательны старение и правка деталей.

Окончательно резьбу обрабатывают на прецизионных токарно-винторезных  станках быстрорежущими резцами  с доведенными гранями. Профиль  резца устанавливают по профилю  обрабатываемой резьбы с помощью  специальных поворотных резцедержателей.

В станках с ЧПУ  широко применяют винтовые пары качения. Винтовые пары (винт и гайка) сопрягаются  с помощью шариков. Профиль канавок  таких пар может быть полукруглым  или арочным. Винтовые пары являются прецизионными изделиями. Винт такой  пары изготавливают из стали ХВГ, 8ХФ, ЗОХЗВА, подвергают многократной термической  обработке, в результате которой  обеспечиваются высокая износостойкость, стабильность точности и твердость  рабочих поверхностей не менее HRCB 61. Полукруглый или арочный профиль  такой резьбы окончательно шлифуют  специально заправленным кругом.

При обработке винтов из азотируемой стали ЗОХЗВА следует  учитывать, что глубина азотируемого слоя невелика (0,4—0,45 мм) и может  быть легко снята при механической обработке, поэтому необходимо принять  меры по снижению деформирования винта.

Процесс получения  резьбы предусматривает следующие  основные операции: черновую и чистовую обработку резцом, шлифование предварительное  и окончательное. В качестве предварительной  обработки винтовой поверхности  в некоторых случаях используют накатывание.

Точность элементов  ходовых винтов проверяют универсальными и специальными измерительными средствами. Точность наружного диаметра резьбы и шеек, выполненных по 6-7-му квалитетам, проверяют рычажными скобами  с ценой деления 0,002 мм или скобами-калибрами. Точность шага измеряют на специальных  машинах или шагомерами, точность угла профиля — угломерами; точность среднего и внутреннего диаметров  — микрометрами, оснащенными специальными приспособлениями. Радиальное биение цилиндрических поверхностей проверяют  в центрах индикаторами часового типа.

Контурную закалку  винтов осуществляют непрерывно-последовательным методом по поверхности резьбовой  канавки с нагревом ТВЧ под  слоем жидкости. Благодаря этому  удается снизить скорость охлаждения в интервале температур мартенситного  превращения, а в результате уменьшить  внутренние напряжения и деформацию закаливаемого винта. На контурную  закалку винты поступают после  получистовой механической обработки  с проточенной и прошлифованной канавкой. При закалке винтов из стали 8ХФ достигается твердость HRC 63—64 при глубине закаленного  слоя 1,4—1,6 мм.