Раздел V. Технология производства типовых

ДЕТАЛЕЙ МАШИН

21. Технология производства валов

21.1 Конструктивные разновидности валов

Вал – это деталь имеющая форму тела вращения, у которой длина всегда больше диаметра. Все существующие в машиностроении валы по конструкции делятся на пять групп (рис. 21.1).

а б в

г д

Рис. 21.1. Конструктивные разновидности валов: а – гладкий; б − ступенчатый;

в – вал с фланцами; г – пустотелый вал; д – гибкий вал.

Валы с фланцами применяют в гидротурбинах и выполняют полыми. Кроме перечисленных, существуют валы коленчатые и кулачковые, которые составляют особую группу валов.

На шейках ступенчатых валов могут быть шпоночные канавки, резьба, шлицы. При переходе от одной ступени вала к другой предусматриваются переходные канавки.

Валы бывают жесткими и не жесткими. Жесткими считаются валы, у которых отношение длины к диаметру не превышает 15 (l/d ≤ 15). Не жесткие валы имеют указанное отношение > 15, т. е. l/d > 15.

Валы бывают легкими и тяжелыми. Легкие валы – это валы диаметром до 200 мм и весом до одной тонны. Тяжелыми считаются валы диаметром более 200 мм и весом более одной тонны.

Изготавливают валы, чаще всего, из сталей 40 и 45. Ответственные валы изготавливают из легированных сталей 40Х, 18ХГТ и других. Для изготовления специальных валов (прокатные валки, шпиндели крупных металлорежущих станков) используют перлитные ковкие или модифицированные чугуны.

Валы из среднеуглеродистых сталей подвергают термической обработке до твердости НВ 230 … 260. Шейки валов из низкоуглеродистых сталей для повышения износостойкости подвергают цементации с последующей термической обработкой до HRC 50 … 60.

21.2 Технические требования и заготовки для валов

Диаметры посадочных мест валов выполняют по 7 … 8 квалитетам, а иногда и по 6 –му квалитету. Овальность и конусообразность шеек вала не должна превышать 0,2 … 0,4 допуска на их диаметр. Биение посадочных мест (шеек) относительно базовых не должно превышать 0,01 … 0,02 мм. Отклонение от параллельности шпоночных пазов или шлицев не должно превышать 0,1 мкм на 1 мм длины. Допуски на длину ступеней должны составлять от 50 до 200 мкм, в зависимости от требуемой точности длин ступеней вала. Допустимая искривленность оси вала 0,03 … 0,05 мм/м. Шероховатость посадочных шеек вала должна быть не более Rа = 1,0 … 0,125 мкм, торцов и уступов – Rа = 10 … 3,2 мкм.

При изготовлении валов исходные заготовки получают либо путем пластического деформирования (ковка, штамповка, обжатие на ротационно-ковочных машинах, электровысадка, поперечно-винтовая прокатка), либо путем резки проката. Заготовки для ступенчатых валов получают штамповкой в подкладных штампах или в массовом производстве поперечно-винтовой прокаткой. Для валов с фланцем заготовки получают штамповкой на горизонтально-ковочной машине (ГКМ).

При выборе способа получения заготовки большое значение имеет эффективность использования материала, которая характеризуется коэффициентом использования материала (К_м), определяемого отношением массы готовой детали (G_д) к массе заготовки (G_з). Расчет ведется по формуле

. (21.1)

Для серийного и массового производств коэффициент использования материала (К_м) составляет 0,75 … 0,95.

В единичном и мелкосерийном производствах для изготовления валов с небольшим перепадом диаметральных размеров используют горячекатанный нормальный прокат, который разрезают на штучные заготовки для дальнейшей механической обработки. При существенной разнице диаметральных размеров и большом количестве ступеней применяют заготовки, кованные на вертикальных радиально-ковочных машинах (ротационная ковка).

В серийном производстве широкое распространение получила горячая объемная штамповка в открытых штампах (облойная штамповка), а в крупносерийном и массовом производствах – в закрытых штампах (безоблойная штамповка). Для повышения точности штампованных заготовок применяют калибровку (чеканку) заготовок.

Для тяжелых валов (массой более 1 тонны) заготовки поучают из слитка свободной ковкой.