Перед тем как рассказать о технологии производства валов и ее основных принципах мы утвердим понятие вала как такового и расскажем, как происходит фрезерная обработка металла. Валом называют механическую деталь, диаметр которых в три раза меньше длины самой заготовки. По своей конструкции вал очень разнообразен. Это объясняется различными сочетаниями цилиндрических, шлицевых и конических поверхностей. В само понятия вала специалисты включают целый ряд деталей:
- Сами валы
- Оси
- Штоки
- Колонны
- Пальцы и др.
Под «другими» здесь понимаются разнообразные детали, которые образованы наружными поверхностями вращения и в которых длина значительно преобладает над диаметром.
Валы используются в большом количестве различных механизмов. Их задачей является передача вращающего момента и энергии, которая передается от расположенных на них запчастей и опор.
Особенности конструкций валов
Конструкции валов обычно имеют сложную форму и представляют собой сочетания гладких шеек, резьб, фланцев, зубчатых венцов и т. д. Осевые отверстия валов могут быть гладкими, ступенчатыми или фасонными. Некоторые валы имеют радиальные отверстия (для подвода смазки). Наибольшее распространение получили ступенчатые валы. При переходе от одной ступени к другой они имеют канавки или переходные поверхности. К валам предъявляются высокие требования по геометрической форме и взаимному расположению отдельных поверхностей. Некоторые валы должны быть динамически сбалансированы. Дисбаланс валов не должен превышать 10–40 гсм.
Материалы для заготовок валов
Для производства валов и осей различных модификаций применяется сталь – твердый металл, сплав железа и углерода. Изготовление валов по чертежам заказчика часто требует задействования в качестве основного материала среднеуглеродистых и легированных сталей марки 45 или 40Х, подлежащих термической обработке. Высоконагруженные валы изготавливаются на основе сталей марок 40ХН, 40ХН2МА, 30ХГТ или 30ХГСА. Также в производстве валов могут быть задействованы цементуемые или азотируемые стали, они необходимы при создании деталей, работающих на износ и подвергающихся действию переменных и ударных нагрузок.
Процесс изготовления валов
С целью повышения износостойкости рабочих поверхностей валы после фрезеровки подвергают термической обработке. При изготовлении из низкоуглеродистых сталей их цементируют или нитроцементируют на глубину 0,7–1,2 мм, затем закаливают и отпускают (твердость рабочих поверхностей 58–62 HRC). Термическая обработка валов, изготавливаемых из высокоуглеродистых сталей, заключается в поверхностной закалке с последующим низким отпуском.
Валы в основном изготавливают из конструкционных и легированных сталей: 40, 45, 35Х, 40Х, 25ХГМ, 20ХГНМ, 19ХГН, 15ХГНТ2А.
Прогрессивные методы изготовления заготовок валов (штамповка в закрытых штампах, высадка на горизонтально-ковочных машинах, поперечно-винтовая прокатка, объемная холодная штамповка и др.) позволяют получить коэффициент использования металла 0,7 и выше. Заготовки гладких и ступенчатых валов с небольшим перепадом ступеней изготавливают из горячекатаного или калиброванного проката. После пластического деформирования для снятия внутренних напряжений выполняют термическую обработку заготовок валов: из низкоуглеродистых сталей – нормализацию, из стали 35Х – отжиг, из сталей 45, 40Х – улучшение.