Precyzyjne wały w Eurobalt: jak szlifowanie decyduje o gotowej części
Szlifowanie kłowe, bezkłowe i profilowe wałów ze stali węglowych, stopowych i nierdzewnych. Wykończenie do klasy pasowania h6/g6, Ra poniżej 0,4 μm, bicie kontrolowane na WMP Mitutoyo.
Wał to jedna z najbardziej wymagających części, jakie trafiają na produkcję kontraktową. Przenosi moment obrotowy, przejmuje obciążenie promieniowe, obraca się w łożyskach i uszczelnieniach oraz przekazuje napęd przez koła zębate i sprzęgła, które wymagają ścisłej współosiowości. Różnica między wałem, który cicho pracuje przez dziesięć lat, a takim, który niszczy łożysko po pół roku, rzadko wynika z operacji toczenia. Decyduje o niej szlifowanie wykonywane po obróbce cieplnej. W Eurobalt to właśnie szlifowanie ustala ostateczną geometrię, tolerancję gniazda łożyska i chropowatość powierzchni, których faktycznie wymaga rysunek klienta.
Dlaczego szlifowanie ma znaczenie dla wałów
Po obróbce cieplnej zahartowany wał jest odchylony zarówno wymiarowo, jak i geometrycznie. Część rozrasta się, paczy i pokrywa twardą warstwą wierzchnią, której narzędzie tokarskie nie usunie już z wymaganą tolerancją i bez nadmiernego zużycia zasobów. Ten problem rozwiązuje szlifowanie kłowe. Usuwa odkształcenia po obróbce cieplnej, sprowadza czop z powrotem w pole tolerancji pasowania h6 lub g6, obniża chropowatość do zakresu Ra 0,2-0,8 μm i daje czyste osadzenie łożyska bez mikrozatarć.
Szlifowanie to także jedyna realna droga do ścisłej okrągłości i walcowości na stalach zahartowanych. Nasze wały regularnie opuszczają zakład z okrągłością w granicach kilku mikronów, z takim samym biciem promieniowym i ze współosiowością czopów utrzymywaną przez nakiełki, na których są oparte. Tych wartości nie da się osiągnąć samym toczeniem, gdy część ma twardość 55+ HRC.
Pełna trasa, od początku do końca
Eurobalt prowadzi wał przez sześć kontrolowanych etapów. Każdy z nich jest sprawdzany, zanim część przejdzie dalej.
- Przygotowanie półfabrykatu. Zaczynamy od pręta kutego lub walcowanego na gorąco w gatunkach CK45, E355, 20MnV6, 42CrMo4, 16CrMo4, 21CrMoV5 lub nierdzewnym 1.4410, w zależności od cyklu pracy, środowiska korozyjnego i wymaganej wytrzymałości rdzenia. Półfabrykat tniemy na długość z hojnym naddatkiem na obróbkę, a nakiełki wiercimy i fazujemy do geometrii, którą szlifierka wykorzysta później jako bazy.
- Toczenie zgrubne. Na jednej z naszych 16 jednostek tokarskich CNC wał jest doprowadzany blisko kształtu netto, z naddatkiem pozostawionym na każdej średnicy, która będzie szlifowana. Rowki wpustowe, gwinty i elementy przelotowe, na które obróbka cieplna nie ma wpływu, zwykle wykonujemy na tym etapie.
- Obróbka cieplna. Hartowanie na wskroś, hartowanie indukcyjne czopów lub azotowanie. Wybór zależy od metalurgii i charakteru zużycia w danym zastosowaniu. To etap, który zapewnia wałowi trwałość eksploatacyjną, a jednocześnie wprowadza odkształcenia, które usunie szlifowanie.
- Toczenie wykańczające. Po obróbce cieplnej odtwarzamy bazy i czyścimy powierzchnie nieszlifowane. W razie potrzeby ponownie docieramy nakiełki. Na wszystkich powierzchniach, których dotknie szlifierka, pozostawiamy kontrolowany, równomierny naddatek.
- Szlifowanie. Szlifowanie wałków w kłach dla czopów, gniazd łożysk i powierzchni pod uszczelnienia. Szlifowanie bezkłowe dla długich, smukłych lub seryjnych średnic. Szlifowanie profilowe (kształtowe) dla odsadzeń, promieni i rowków pod uszczelnienia, gdzie należy utrzymać kształt. Opisujemy to szczegółowo poniżej.
- Kontrola końcowa. Geometrię sprawdzamy na WMP Mitutoyo, chropowatość na profilometrze, twardość twardościomierzem, a każdą szlifowaną powierzchnię oceniamy wzrokowo. Wał nie opuszcza zakładu bez protokołu kontroli.
Stosowane metody szlifowania
Szlifowanie wałków w kłach. Podstawowa operacja dla wałów średnich i dużych. Zamocowanie części na zahartowanych kłach pozwala nam kontrolować współosiowość czopów na całej długości, a tego właśnie wymagają wały wejściowe i wyjściowe przekładni, wirniki pomp i wały silników elektrycznych. Tam, gdzie pozwala na to geometria części, utrzymujemy średnice w granicach 0,001 mm i regularnie wykańczamy gniazda łożysk do Ra 0,4 μm lub lepiej.
Szlifowanie bezkłowe. Dla długich, smukłych wałów oraz dla średnic, które trzeba szlifować bez ograniczeń dostępu związanych z pracą w kłach. To sworznie, popychacze, tłoczyska siłowników hydraulicznych. Szlifowanie bezkłowe zapewnia również wydajność potrzebną wtedy, gdy ta sama średnica musi być szlifowana na dużej długości osiowej do ścisłej tolerancji. Nasza praca bezkłowa naturalnie łączy się z dużymi wałami metalowymi, które obrabiamy do napędów dużej mocy.
Szlifowanie profilowe (kształtowe). Stosujemy je do cech kształtowych wałów, które mają takie samo znaczenie jak średnica: promieni na przejściach odsadzeń, rowków pod uszczelnienia, rowków pierścieni osadczych i gniazd stożkowych. Toczony promień odsadzenia rzadko jest wystarczająco dobry w zastosowaniach o wysokiej trwałości zmęczeniowej. Szlifowany – jest.
Szlifowanie czół i odsadzeń. Tam, gdzie baza osiowa musi być prostopadła do osi wału z dokładnością do kilku mikronów, co jest typowe dla wałów przekładni montujących precyzyjne koła zębate, szlifujemy czoło odsadzenia w tym samym zamocowaniu, w którym szlifowano czop. Ta sama baza, to samo mocowanie, gwarantowana prostopadłość geometrii.
Materiały i wykończenia po szlifowaniu
Wybór materiału narzuca ścieżkę obróbki cieplnej, a ta z kolei narzuca szlifowanie. CK45 i E355 obejmują wały ogólnego przeznaczenia. 42CrMo4 i 21CrMoV5 przenoszą obciążenia w zastosowaniach przekładniowych i pompowych, gdzie hartowanie na wskroś i odpuszczanie dają właściwą równowagę między ciągliwością rdzenia a twardością powierzchni. 16CrMo4 i 20MnV6 są częste tam, gdzie preferowane jest nawęglanie. Superdupleks EN 1.4410 obejmuje pracę w wodzie morskiej, w środowisku chemicznym i w sektorze offshore.
Po szlifowaniu możemy zastosować chromowanie twarde, azotowanie, oksydowanie (czernienie) lub nagniatanie dla dodatkowej odporności na zużycie lub korozję. Etap szlifowania zapewnia jakość podłoża, której wymagają te powłoki.
Kontrola i zapewnienie jakości
Każdy szlifowany wał sprawdzamy względem rysunku. Standardowy pakiet kontroli obejmuje:
- pomiar średnic skalibrowanymi mikrometrami i na WMP Mitutoyo
- okrągłość, walcowość oraz bicie promieniowe i osiowe wg ISO 1101
- chropowatość powierzchni Ra/Rz wg ISO 4287
- weryfikację twardości po obróbce cieplnej
- kontrolę wzrokową i wymiarową wszystkich szlifowanych przejść i rowków
- pełne protokoły kontroli powiązane ze zleceniem produkcyjnym, w ramach naszego systemu ISO 9001
Typowe zastosowania
- wały wejściowe, wyjściowe i pośrednie przekładni
- wirniki pomp i wały wirników roboczych
- tłoczyska siłowników hydraulicznych i tłoczyska tłoków
- wały silników elektrycznych i generatorów
- wały napędowe przenośników i rolek
- wrzeciona i wały posuwowe obrabiarek
- wały napędowe pojazdów szynowych i ciężkich
Szerszy obraz operacji stojących za tymi częściami znajduje się na naszej stronie usługi obróbki CNC, z opracowanymi przykładami w studiach przypadków obróbki CNC.
Odniesienia do norm
| Obszar | Norma |
|---|---|
| Pasowania ISO (h6, g6, k6, m6) | ISO 286 |
| Tolerancje geometryczne (okrągłość, walcowość, bicie) | ISO 1101 |
| Struktura geometryczna powierzchni (Ra, Rz) | ISO 4287 |
| Zarządzanie jakością | ISO 9001 |
