Техпроцесс изготовления вала
Вал — это деталь вращения, которая передаёт крутящий момент, воспринимает радиальные и осевые нагрузки, служит опорой для подшипников, шестерён, муфт, шкивов, звёздочек и других элементов механизма. Валы применяются в редукторах, электродвигателях, насосах, станках, транспортёрах, приводных узлах и промышленном оборудовании.
Тех процесс изготовления вала зависит от назначения детали, требований к прочностным характеристикам, условий дальнейшей эксплуатаций детали. Производство вала- это ряд этапов, который состоит из получения заготовки, механической обработки на станках, термообработки, контроля размеров.
Типы валов по геометрии и назначению
По геометрии (форме оси и наружных поверхностей) валы можно разделить на следующие основные типы:
- Прямые гладкие валы — имеют постоянный диаметр по всей длине. Простейшие в изготовлении, используются там, где нет необходимости в упорах для деталей (например, трансмиссионные валы, валы конвейеров, приводы небольших механизмов).Ступени нужны для:
- Прямые ступенчатые валы — самый распространенный тип. Состоят из нескольких участков (ступеней) разного диаметра. Ступени нужны для мест установки подшипников, звездочек, шестерен, упорных буртов или других элементов механизма.
- Коленчатые валы — имеют одно или несколько «колен» (кривошипных шеек), смещенных относительно центральной оси. Геометрия оси — ломаная линия в одной или нескольких плоскостях. Служат для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное.
- Эксцентриковые (кулачковые) валы — ось вращения не совпадает с геометрической осью рабочей поверхности (эксцентрика) или на валу имеются кулачки определенного профиля. Геометрия — цилиндрическая или фасонная, с выступами. Применяются в клапанных механизмах, вибрационных машинах, прессах.
- Полые или пустотелые валы имеют сквозное или глухое осевое отверстие (постоянного или переменного сечения). Внутреннее сверление уменьшает вес, позволяет подводить охлаждающую, смазывающую жидкость.
- Конические валы— наружный диаметр плавно уменьшается/ увеличивается по длине (коническая поверхность).
Выбор заготовки для изготовления вала
Заготовка для производства вала выбирается исходя из технических требований и эксплуатационных условий детали. Правильный выбор заготовки зависит от материала, нагрузки, требований к механическим свойствам, термообработке.
Например, для валов, работающих при температурах выше 400°C, применяют только ковку или прокат (литьевая структура нестабильна), а если требуется высокая точность балансировки (быстроходные валы) – предпочтительна кованая или штампованная заготовка без внутренних дефектов.
Заготовки валов изготавливают следующими способами:
- Из проката (круглого горячекатаного или калиброванного прутка)
- Свободная ковка: (на молотах или прессах)
- Горячая штамповка
- Литье
Заготовки из круглого проката — это круглый горячекатаный или калиброванный пруток нужного диаметра с припуском, который отрезают по длине.
Свободная ковка применяется для крупных, тяжёлых и ответственных валов. Нагретую заготовку деформируют на молоте или прессе, вытягивая и осаживая металл до формы, приближённой к будущей детали.
Горячая штамповка используется в серийном и массовом производстве. Нагретый металл деформируют в закрытом штампе, получая форму, близкую к готовому валу.
Литьё — для валов применяют ограниченно. Расплавленный металл заливают в форму, после чего заготовку очищают от шлака.
Механическая обработка валов
После получения заготовки начинается механическая обработка, чтобы получить заданные диаметры, длины, посадочные поверхности, торцы, канавки, резьбы, пазы, отверстия и другие элементы по чертежу.
Металлообработка заготовки включает в себя токарно- фрезерную обработку на станках для получения конечной детали вал с требуемыми по чертежу размерами.
Токарная обработка
Токарная обработка -это основная операция при изготовлении валов, при которой формируется наружная геометрия цилиндрические поверхности, вырезаются места посадок под подшипники, ступени, торцы, фаски, канавки, проточки, резьбы и другие элементы вала согласно чертежам.
Техпроцесс изготовления вала требует строгого соблюдения соосности поверхностей, точность размеров, диаметров, отсутствие биения.
Для изготовления валов используют универсальные токарные станки или обрабатывающие центры с ЧПУ.
Когда применяют токарную обработку с ЧПУ
Токарная обработка на станках с ЧПУ применяется для повторяемых деталей, сложных профилей, серийных партий. Программа станка позволяет стабильно выдерживать размеры и снижает риск снижения точности размеров между деталями в партии.
Для единичного изготовления или простых деталей , может быть достаточно универсального токарного станка. Для валов с жёсткими требованиями к повторяемости, посадкам и сложной геометрии предпочтительнее использовать станки с ЧПУ.
Этап фрезерных работ
Фрезерование применяется после токарной обработки для вырезки шпоночных пазов, шлицов, прямоугольных участков вала и других элементов, которые невозможно получить при вращении детали в станке. Подробнее на странице
Запросите расчет Вашего чертежа
Термическая и упрочняющая обработка валов
Валы, как деталь механизма, часто работают под нагрузкой, на изгиб, кручение, износ и усталость. Посадочные места под подшипники или сам вал требуют повышенной твердости поверхности, износоустойчивости при эксплуатации, поэтому после завершения всех этапов механической обработки, применяется термическая или химико-термическая обработка.
Термообработка может состоять из цементации поверхности, закалкой поверхностей токами высокой частоты, нормализацией, улучшением или каким то другим способом термической обработки металла для придания детали требуемых механических свойств. Режимы термообработки включены в техпроцесс изготовления вала, как один из важных и ответственных этапов производства.