Изготовление валов от завода «РПМ»

Производство валов – сложный процесс в машиностроении, поскольку валы передают вращающий момент, нагружены радиальными и изгибающими силами. ООО «РПМ» выполняет проектирование, расчет, а также изготовление по чертежам. Основными критериями работоспособности являются прочность, жесткость и устойчивость к вибрациям. Размеры, форма выбираются исходя из распределения моментов и сил, условий сборки, технологии изготовления.

Производство валов. Возможности ООО «РПМ»

№	Параметр	Мин. значение	Макс. значение
1	Диаметр	-	1300 мм
2	Длина	-	5000 мм
3	Шерорховатость поверхности	Ra=0,1 мкм	Ra=6,4 мкм
4	Допуск форм и расположения	от 0,002 мкм	-
5	Масса изделия	-	8 тонн
	Примечание	В зависимости от габаритов возможно изменение диапазонов допусков и шероховатостей поверхностей

Операции, выполняемые в ходе изготовления валов:

• токарная обработка;
• фрезеровка пазов;
• фрезеровка шлицев;
• нарезка зуба;
• резьбонарезные операции;
• шлифовка поверхностей;
• полировка поверхностей;
• термическая обработка;

Материалы, применяемые при производстве валов:

Изготовление осуществляют из легированных или углеродистых сталей. Для изделий с диаметрами, определяемыми в основном жесткостью, используют углеродистые конструкционные стали марок 30, 40, Ст5, без выполнения термической обработки. Для ответственных механизмов применяют легированные, среднеуглеродистые стали 45, 40Х, в дальнейшем подвергают их закалке с высоким отпуском. Сильно нагруженные детали, работающие в ответственных машинах, производятся из легированных сталей марок: 30ХГТ, 30ХГСА, 40ХН, 40ХН2МА и др. Валы из этих сталей в дальнейшем проходят операцию поверхностной закалки с низким отпуском либо улучшению. Для изготовления тяжелых, полых, коленчатых валов, конструкция которых предусматривает наличие больших фланцев, вместе со сталью применяют модифицированные и высокопрочные чугуны. Изделия диаметром до 150 мм в основном производят из прокатных заготовок; диаметром больше 150мм - из поковок, полые чаще выполняют из стандартных стальных труб.

Изготовление валов в машиностроении

Валы служат для поддержания и расположения вращающихся деталей машин (зубчатых колес, звездочек, шкивов и т.д.) и предназначены для передачи вращающего осевого момента. В зависимости от конструкции они работают чаще всего на совместное действие кручения и изгиба, реже – только на кручение.

Конструктивные элементы, выполняемые при изготовлении валов

Цапфа – опорный участок, который передает нагрузки корпусным деталям. Цапфы, которые расположены на концах, называются шипами, в центре – шейками. В случае, когда концевая цапфа передает исключительно осевую нагрузку, ее называют пятой. В процессе изготовления валов цапфам придают формы различных тел вращения: цилиндрическую, коническую, сферическую.

Буртик – кольцевое утолщение малой протяженности, составляющее с ним одно целое. Буртик выполняет функцию ограничения осевого перемещения насаженных деталей, либо самого вала. Также, для ограничения перемещения деталей применяется конусная посадка.

Заплечник – торцовая поверхность между меньшим и большим диаметрами ступеней, которая служит осевой опорой насаженных на вал деталей.

Галтель – переходная поверхность от цилиндрической части к заплечнику, которая обычно изготавливается без удаления материала с торцевой и цилиндрической поверхности.

Подшипник – элемент, служащий опорой, а также воспринимающий радиальные и осевые нагрузки.

Подпятник – элемент, служащий опорой, воспринимающий только осевые нагрузки.

Канавка – небольшое углубление на цилиндрической поверхности.

Чтобы облегчить постановку на вал детали, а также в целях безопасности, на торцевых поверхностях выполняют фаски. Наиболее часто выходные концы изготавливают конической или цилиндрической формы и снабжают шлицами либо шпоночными пазами для передачи вращающего момента.

Классификация

По форме геометрической оси:

• прямые;
• ступенчатые;
• гибкие;
• фасонные (коленчатые).

По типу сечения:

• сплошные;
• полые.

По функциональному назначению:

• коренные (несут на себе рабочие органы исполнительных механизмов, например шпиндель в станке);
• трансмиссионные (распределяют мощность приводного механизма нескольким
• потребителям механической энергии);
• передаточные (несут на себе элементы, передающие вращающий момент, например: шестерни, звездочки, шкивы).

Особенности изготовления валов

Выбор формы

При конструировании и изготовлении следует учитывать, что величины изгибающих моментов по длине не постоянны, а вращающий момент передается чаще всего не по всей длине. Постоянные по величине и напряжению поперечные силы провоцируют во вращающихся валах переменные напряжения. Силы, которые вращаются вместе с валами вызывают постоянные напряжения (например, силы возникающие от неуравновешенности деталей). Проектирование по условию прочности выполняется приближенным по форме к балкам такого же сопротивления на изгиб. Большое влияние на сопротивление усталости оказывает форма переходных участков между ступенями разных диаметров. Галтели существенно снижают концентрацию напряжений, при этом желательно, чтобы радиус галтели составлял более 10% от диаметра. Если участок вала является тяжело нагруженным, применяют галтели переменного радиуса кривизны. Прочность переходных участков также может быть обеспечена с помощью пластического деформирования поверхностей (обкатка роликами, дробеструйная обработка), термообработки, поверхностной химико-термической обработки.

Применение полого сечения существенно снижает массу детали (при одинаковой прочности со сплошным), однако усложняет технологический процесс производства. Продольное отверстие (канал), кроме облегчения, может иметь другое назначение. Примеры: питание водой, паром, смазочными материалами, расположение внутри деталей управления (муфт), пропуск через центр материала, подлежащего обработке (шпиндель станка).

Формы зависят от многих условий, что делает невозможным использование готовых шаблонных решений на практике. Для каждого отдельного случая проектировщик должен учитывать эти условия, выполнять поиск оптимальной конструкции. При совершенно одинаковом назначении, форма может изменяться в зависимости от конструкции всего узла. На форму, в том числе, оказывает существенное влияние способ соединения насаженных деталей, выбор подшипников, имеющееся на заводе оборудование для изготовления вала, условия сборки.

Диаметры, на которые насаживаются комплектующие, выбираются из нормального ряда. Это делается для возможности производства комплектующих независимо друг от друга, при этом соединение получится требуемой плотности. Независимое изготовление допускает производство новых валов и запчастей в разных цехах или на разных предприятиях.

На этапе разработки, кроме соблюдения основных требований, нужно максимально упрощать технологию производства валов и изделий, соединяемых с ним. Конструкторам иногда удается упростить форму и уменьшить число технологических операций.

Выбор типа соединений

В зависимости от величины и характера нагрузок, выбирают тип соединения вала и насаженных на него деталей. Наиболее часто встречаются шпоночные, шлицевые соединения. Применяют также бесшпоночные. Для менее ответственных механизмов – штифты, винты, посадки с натягом, клеммовые соединения. Существуют, в том числе подвижные соединения на резьбе. Для предотвращения смещения изделия, для возможности воспринимать осевые нагрузки применяют конусную посадку, либо уступы, а в отдельных случаях: упор в галтель, штифтовые, винтовые, клеммовые соединения.

Соединения с натягом применимы совместно со шпонками для лучшего сопротивления переменным по направлению нагрузкам. Когда их характер ударный, то есть с резкими толчками (горно-шахтное, дробильное, кузнечно-прессовое оборудование), следует выполнять соединение с гарантированным натягом. Если изделие заменяемое, то надежность требуется обеспечивать неполным натягом и дополнительным удлинением ступицы.

При воздействии умеренных толчков (ДВС, редукторы, станки, подъемно-транспортные машины) применяют шпоночные и шлицевые соединения. Нарезку валов со шлицами выполняют для повышения точности центрирования, при необходимости осевых перемещений детали, в случаях посадки зубчатых колес от седьмой степени точности и выше.

Изготовление валов по чертежам заказчика

При производстве валов возникает много моментов, связанных с выбором их формы, размеров, материалов, методов обработки. Это вызывает нужду в разработке как конструкторской, так и технологической документации. После процедур разработки, согласования, утверждения документации приступают к изготовлению по чертежам, согласно полученному маршруту.

Примеры чертежей приведены на рисунке 4.1.

На чертежах отображают все конструктивные элементы, соединения, выбранные при проектировании, указывают все необходимые и достаточные для правильного понимания размеры. Для упрощения чтения чертежа при изготовлении вала, в документации выносятся сечения, строятся разрезы. Необходимо обозначить параметры, относящиеся к точности: допуски, посадки шероховатости поверхностей, отклонения, допуски форм и расположения (прямолинейности, круглости, цилиндричности, радиального, торцевого биения и т.д.).

На заводе РПМ выполняется нарезка валов по чертежам заказчика. Для этого требуется предоставить грамотный чертеж (или даже эскиз), наши технологи проработают процесс и мы приступим к изготовлению.