Как делают втулки и фланцы: материалы, обработка, посадки

Что входит в эту группу деталей

Втулки. Подшипники скольжения, направляющие и кондукторные втулки, распорные и переходные втулки, ступицы. Объединяет их одно: отверстие работает в паре с валом или осью, а наружная поверхность сидит в корпусе.

Фланцы. Трубопроводные фланцы по ГОСТ 33259-2015 соединяют трубы и арматуру. Есть и машиностроительные фланцы: крышки подшипниковых узлов, присоединительные фланцы двигателей и редукторов, полумуфты. У трубопроводного фланца главное — уплотнительная поверхность и отверстия под шпильки. У машиностроительного — центрирующий поясок и перпендикулярность торца к оси.

Кольца. Дистанционные, упорные, стопорные, уплотнительные. Плоские кольца без точных отверстий часто просто вырезают из листа, остальные точат из трубы или прутка.

Материалы

Бронзовые втулки точат из литых прутков и труб. Для крупных втулок бронзу заливают в центробежные формы: так получают трубную заготовку без лишнего металла внутри, а бронза дорогая, и каждый килограмм стружки заметен в цене детали.

Главное требование — соосность

Если наружный диаметр втулки обработан в одном установе, а отверстие в другом, их оси смещаются на величину погрешности перезакрепления. Даже хороший трёхкулачковый патрон даёт биение в несколько сотых миллиметра. Для втулки под подшипник скольжения это перекос вала и неравномерный износ.

Поэтому технолог старается обработать всё ответственное за один установ: наружную поверхность, отверстие и один торец. Второй торец подрезают после отрезки, и он, как правило, менее важен.

На токарном станке с ЧПУ с контршпинделем деталь после отрезки перехватывается второй стороной, и шестой шаг выполняется без участия оператора. Для серии втулок это превращает станок в автомат: оператор только подаёт прутки.

Если втулка тонкостенная

Тонкостенная втулка в трёхкулачковом патроне сжимается в трёх точках. На станке её проточили в круг, а после разжима она пружинит обратно, и отверстие становится трёхгранником. Измерить это обычным штангенциркулем трудно: средний диаметр в допуске, а форма нет.

Есть три основных способа избежать этого:

• Цанговый патрон — сжимает деталь равномерно по окружности.
• Мягкие кулачки — их растачивают на самом станке под диаметр детали, и контакт идёт по дуге, а не в трёх точках.
• Оправка — отверстие обрабатывают первым, затем втулку надевают на разжимную или жёсткую оправку и точат наружную поверхность. Деталь базируется на своём отверстии, и соосность получается высокой. Так же обрабатывают диски и фланцы с центральным отверстием, как на фото в начале статьи.

Посадки втулок

Втулку подшипника скольжения нужно закрепить в корпусе так, чтобы она не проворачивалась, а вал в ней должен вращаться с гарантированным зазором. Это две разные посадки на одной детали.

Рекомендации по выбору прессовых посадок взяты из справочников по допускам и посадкам. Размеры отклонений для каждого поля допуска смотрите в справочнике допусков и посадок.

При запрессовке с натягом стенка втулки сжимается, и внутренний диаметр уменьшается. Отверстие после запрессовки развёртывают в сборе с корпусом. Если развернуть его невозможно, диаметр отверстия на чертеже заранее увеличивают на величину этой усадки: её считают или определяют пробной запрессовкой.

Для прикидки размеров втулки скольжения в справочниках по деталям машин приводят соотношения: толщина стенки около 0,1 диаметра вала, наружный диаметр около 1,2 диаметра вала. Это стартовая точка для эскиза, окончательные размеры задаёт расчёт на давление и износ.

Как делают фланцы

Заготовку фланца выбирают по размеру, материалу и рабочему давлению.

• Вырезка из листа. Диск с центральным отверстием вырезают лазером, плазмой или газом. Это основной способ для плоских фланцев и машиностроительных фланцев средних размеров. Если толщина фланца велика, а партия небольшая, лист остаётся самым быстрым вариантом. Об особенностях технологий резки — в разделе плазменной резки.
• Поковка или штамповка. Воротниковые фланцы для высокого давления делают штамповкой в закрытых штампах или ковкой. У такой заготовки волокна металла повторяют форму детали, а воротник формируется без лишней стружки.
• Раскатные кольца. Для крупных фланцев большого диаметра заготовку получают раскаткой кольца из поковки.
• Прокат. Небольшие фланцы-переходники с толстой ступицей точат прямо из круга.

Дальше заготовку точат: базовый торец, уплотнительную поверхность (в ГОСТ 33259-2015 для неё предусмотрено несколько исполнений — соединительный выступ, шип и паз, выступ и впадина, под прокладку овального сечения), центрирующий поясок и наружный диаметр. Если фланец крепится к валу, отверстие и торец обрабатывают за один установ, иначе у фланца на валу появится торцевое биение.

Отверстия под болты сверлят на фрезерном станке или обрабатывающем центре по программе, а в серии — на токарном станке с приводным инструментом и осью C, без перестановки детали. Раньше для этого делали кондуктор на каждый типоразмер. Станок с ЧПУ заменяет его программой: шаг отверстий по окружности задаётся одной строкой. Резьбовые отверстия под шпильки рассчитывают по справочнику метрической резьбы, а сверло под резьбу удобно подобрать в калькуляторе отверстия под резьбу.