Материалы и виды заготовок для валов

Валы в основном изготовляют из конструкционных и легированных сталей, к которым предъявляются требования высокой прочности, хорошей обрабатываемости, малой чувствительности к концентрации напряжений, а также повышенной износостойкости. Этим требованиям в определенной степени отвечают стали марок 35, 40, 45, 40Г, 40ХН и др. Достаточно редко валы отливают из чугуна.

Производительность механической обработки валов во многом зависит от вида заготовки, ее материалов, размера и конфигурации, а также от характера производства. Заготовки получают отрезкой от горячекатаных или холодно-тянутых нормальных прутков и непосредственно подвергают механической обработке.

Прокат круглого сечения поступает на машиностроительные заводы в виде многометровых прутков, из которых в заготовительных цехах нарезаются заготовки необходимой длины.

На машиностроительные заводы прокат поступает с заметными отклонениями от прямолинейности оси. Для устранения кривизны прутки перед резкой подвергают правке. Для этой цели служат правѝльно-калибровочные станки. Нарезанные заготовки перед началом обработки, а иногда и в процессе дальнейшей обработки также приходится подвергать правке. Такую правку обычно проводят на прессах.

Заготовки такого вида применяют в основном в мелкосерийном и единичном производстве, а также при изготовлении валов с небольшим количеством ступеней и незначительными перепадами их диаметров.

В производстве с более значительным масштабом выпуска, а также при изготовлении валов более сложной конфигурации с большим количеством ступеней, значительно различающихся по диаметру, заготовки целесообразно получать методом пластической деформации. Эти методы (ковка, штамповка, периодический прокат, обжатие на ротационно-ковочных машинах, электровысадка) позволяют получать заготовки по форме и размерам наиболее близкие к готовой детали, что значительно повышает производительность механической обработки и снижает металлоемкость изделия.

Выбор наиболее рационального способа получения заготовки в каждом отдельном случае определяется комплексно с учетом технико-экономической целесообразности. С увеличением масштабов выпуска особое значение приобретают эффективность использования металлов и сокращение трудоемкости механической обработки. Поэтому в крупносерийном и массовом производстве преобладают методы получения заготовок с коэффициентом использования металлов от 0,7 и выше (отношение массы детали к норме расхода металла), доходящего в отдельных случаях до 0,95. Полые валы целесообразно изготавливать из труб.

Приложение 5

Рекомендации по выбору вида и метода получения заготовки

Максимально приблизить геометрические формы и размеры заготовки к размерам и форме готовой детали – одна из главных задач в заготовительном производстве. Оптимизируя выбор метода и способа получения заготовки, можно не только снизить затраты на ее изготовление, но и значительно сократить трудоемкость механической обработки.

В машиностроении для получения заготовок наиболее широко применяют следующие методы:

- литье;

- обработку давлением;

- сварку;

- комбинации этих методов.

Каждый метод содержит большое число способов получения заготовок.

Вид заготовок и способ их изготовления для конкретной детали определяются следующими показателями:

- материалом;

- конструктивной формой;

- серийностью производства;

- массой заготовки.

Материал является одним из важных признаков, определяющих метод получения заготовок. Наиболее широко используемые материалы объединены в 7 групп. Код группы определяется по табл. П. 5.1 на основе данных чертежа детали.

Таблица П. 5.1

Классификация материалов по группам

Вид материала	Код группы
Стали углеродистые	1
Чугуны	2
Литейные сплавы	3
Высоколегированные стали и сплавы	4
Низкоуглеродистые стали	5
Легированные стали	6
Прокатные материалы	7

Конструктивные формы деталей общего машиностроения делятся на 14 видов. Соответствующий код выбирается на основе сравнения реальной детали с описанием типовых деталей, представленных в табл. П. 5.2.

Чтобы найти серийность производства, необходимо знать массу детали и задаться конкретной программой выпуска. Код серийности определяется по табл. П. 5.3.

По массе заготовки сгруппированы в 8 диапазонов, которые выбираются по табл. П. 5.4 и П. 5.5.

Таблица П. 5.2

Конструктивная форма детали

Основные признаки детали	Код
Валы гладкие круглого или квадратного сечения	1
Валы круглого сечения с одним уступом или фланцем, с буртом или выемкой без центрального отверстия	2
Детали с цилиндрической, конической, криволинейной и комбинированными формами поверхностей без центрального отверстия и с отверстием, длиной L ≤ 0,5D	3
То же, 0,5 <L< 2D	4
То же, L > 2D	5
Детали с цилиндрической, конусной, криволинейными поверхностями, с гладкой или ступенчатой наружной поверхностью со сквозным или глухим гладким или ступенчатым отверстием	6
Детали круглые в плане или близкие к этой форме, имеющие гладкую или ступенчатую наружную цилиндрическую поверхность с одно- или двусторонними уступами и ступицами, с центральным отверстием или без него, длиной 0,5Do < L < 2Do	7
Детали сложной пространственной формы	8
Детали с удлиненной, прямолинейной, изогнутой осью и пересекающимися главными осями	9
Корпусные детали, имеющие сочетания призматической, цилиндрической и других форм наружной поверхности с наличием базовых отверстий и установочных плоскостей, с полостью и без нее, имеющие на поверхности ребра, углубления, выступы, бобышки и отверстия	10
Детали с призматической, цилиндрической или сочетанием криволинейной или призматической форм наружных поверхностей с привалочной поверхностью в виде прямоугольных, круглых фланцев, имеющие ребра, углубления, выступы	11
Коробчатые разъемные корпусы с установочной поверхностью параллельно или перпендикулярно относительно плоскости разъема, имеющие одну и более базовых поверхностей, а также ребра, углубления, выступы	12
Детали простой конфигурации, ограниченные гладкими и ступенчатыми, плоскими, цилиндрическими и комбинированными поверхностями с наличием ребер, буртов, бобышек, фланцев и отверстий	13
Тонкостенные полые детали с цилиндрической, конической и комбинированными формами наружной поверхности и детали типа дисков и крышек	14

Таблица П. 5.3

Определение серийности производства заготовок

Вид заготовки	Программа выпуска при массе детали, кг			Код серийности
	10	100	1000
Штамповка, поковка	500	250	60	1
	1000	400	300	2
	2500	1000	600	3
	3500	1000	600	4
Прокат	500	250	60	1
	1000	400	300	2
	3500	1000	600	3,4
Отливка	2000	600	300	1
	12000	4000	1500	2
	30000	8000	7000	3,4

Таблица П. 5.4

Диапазоны отливок, поковок, штамповок по массе

Масса, кг	Номер диапазона	Масса, кг	Номер диапазона
До 0,63	1	11−63	5
0,63−1,6	2	64−100	6
1,7−4	3	101−400	7
4,1−10	4	Свыше 400	8

Таблица П. 5.5

Диапазоны диаметров проката

Диаметр, мм	Номер диапазона	Диаметр, мм	Номер диапазона
До 5	1	101−140	5
5−30	2	141−210	6
31−50	3	211−250	7
51−100	4	Свыше 250	8

Определив коды по каждому из четырех факторов, составляем перечень возможных видов и способов получения заготовок для детали согласно табл. П. 5.7:

1. По коду материала детали находим соответствующие строки таблицы.

2. По коду серийности производства уточняем место строки внутри соответствующего материала.

3. Код конструктивной формы определяет окончательное место строки данных в соответствующем коде серийности.

4. Код массы детали уточняет горизонталь в строке нужного кода формы детали, которая указывает перечень кодов вида заготовок.

Коды вида заготовок с указанием конкретных способов изготовления расшифровываются согласно табл. П. 5.6. Это рекомендательная операция для данной детали на первом этапе выбора метода получения заготовки. Для удобства использования в работе по выбору возможных вариантов наиболее часто применяемые способы получения заготовок в машиностроении закодированы в интервале от 1 до 11.

Таблица П. 5.6

Виды заготовок и способы их изготовления

Способ производства заготовок	Код	Коэффициент КВТ
Литье в песчано-глинистые формы	1	0,7
Центробежное литье	2	0,85
Литье под давлением	3	0,91
Литье в кокиль	4	0,8
Литье в оболочковые формы	5	0,9
Литье по выплавляемым моделям	6	0,91
Штамповка на молотах и прессах	7	0,8
Штамповка на горизонтально-ковочных машинах	8	0,85
Свободная ковка	9	0,6
Прокат	10	0,4
Сварные заготовки	11	0,95

Таблица П. 5.7

Выбор возможных видов и способов изготовления заготовок

Код признака
Материал	Серийность	Конструктивная форма	Масса детали	Вид заготовки (способ изготовления)
1−3	1	-	1−6	1
	2−4	1	1−6	1, 4−6
			7	1, 4, 5
			8	1, 4, 5
		2	1−6	1, 4−6
			7	1, 4, 5
			8	1, 4
		3, 4	1−6	1, 2, 4−6
			7	1, 4, 5
			8	1, 2, 4
		5	1−6	1−6
			7	1, 2, 4, 5
			8	1, 2, 4
		6	1−6	1, 2, 4−6
			7	1, 2, 4, 5
			8	1, 2, 4
		7	1−6	1−6
			7	1, 2, 4
			8	1, 4−6
		8, 9	1−6	1, 4−6
			7	1, 4, 5
			8	1, 4
		10	1−6	1, 3−6
			7	1, 4, 5
			8	1, 4
		11, 12	1−6	1, 3−6, 11
			7	1, 4, 5, 11
			8	1, 4, 11
		13	1−6	1−6
			7	1, 2, 4, 5
			8	1, 2, 4
		14	1−8	1, 2, 11
4−7	1	1−7	1−8	9, 10
		8		9
		9		9, 10
		10−12		11
		13, 14		9, 11
	2−4	1	1−8	9, 10
		2−7		7−10
		8		7, 9
		9		7−9
		10−12		11
		13, 14		7, 11

Например, согласно заданию выбраны следующие коды основных показателей детали:

Код материала – 6;

Код серийности – 4;

Код конструктивной формы – 2;

Код массы – 4.

Из табл. П. 5.7 по этим кодам 6-4-2-4 из графы «Вид заготовки» выписываем рекомендуемые коды видов: 7, 8, 9, 10. Используя табл. П. 5.6, расшифровываем вычисляемые коды видов заготовок:

7 – штамповка на молотах и прессах;

8 – штамповка на горизонтально-ковочных машинах;

9 – свободная ковка;

10 – прокат.

Это первый этап выбора способа получения заготовки. Далее выполняется технико-экономическое обоснование выбора заготовки, основные положения которого приведены в п. 3.1.

ПРИЛОЖЕНИЕ 6