
Technologia wałków – proces technologiczny
— 9 grudnia 2018Bardzo popularnym przedmiotem w procesie edukacji technologicznej jest wałek. Wyróżnia się samodzielną klasę wałków jako klasę części w kontekście technologicznym. Części tej klasy są bardzo powszechnie stosowanymi komponentami. Wałki należą do najprostszych technologicznie przedmiotów do obróbki. Ramowe procesy technologiczne części klasy wałków przedstawiłem w artykule pt. Wałki – ramowe procesy technologiczne. W innym artykule/wpisie, a mianowicie Toczenie powierzchni walcowych – wałki przedstawiłem zagadnienia związane z obróbką skrawaniem (toczeniem) walcowych powierzchni zewnętrznych. Technologia wałków stanowi temat cyklu tego i kolejnych kilku artykułów, w których przedstawiony będzie przykładowy wielowariantowy proces technologiczny opisanego poniżej wałka (ilustracja 2).
Technologia wałków to przede wszystkim operacje toczenia i szlifowania [1]. Mniejszy udział mają takie operacje jak obróbka rowków wpustowych i wielowypustów, a także wykonywanie gwintów oraz otworów poprzecznych. Podczas targów TOOLEX 2018 miałem okazję zobaczyć specjalne narzędzia do obróbki obwiedniowej wałów na fragmencie powierzchni współpracującej z uszczelnieniem (ilustracja 1).
Wał wykonuje ruch obrotowy, a narzędzi swój ruch. Efektem jest powierzchnia, która nie ma charakterystycznego spiralnego śladu narzędzia (toczenie). Dzięki temu uszczelnienie uzyskuje znacznie większą efektywność. Narzędzia (noże) zostały opracowane w odpowiedzi na zapotrzebowanie przemysłu samochodowego.
Projekt wałka
Na ilustracji 2 przedstawiono rysunek, szkic techniczny konstrukcyjny wałka, którego wielowariantowy proces technologiczny jest przedmiotem tego i kolejnych kilku artykułów. Wałek ma być wykonany ze stali konstrukcyjnej. Technologia wałków cechuje się swoistą prostotą oraz możliwością wariantowania procesu technologicznego.
Półfabrykat
Dobór półfabrykatu zależy od zastosowanego materiału. W przypadku przyjętej stali konstrukcyjnej należy zauważyć, że konieczne jest precyzyjne określenie gatunku. Wynika to z faktu, iż w ramach kategoryzacji stali konstrukcyjnych można wyróżnić następujące rodzaje:
- stal ogólnego przeznaczenia (konstrukcje i części maszyn),
- stal konstrukcyjna wyższej jakości (ma niski poziom zanieczyszczeń; dedykowana dla obróbki cieplnej),
- stal konstrukcyjna niskostopowa (zawiera maksymalnie do 0,22% węgla; wykorzystywana do budowy mostów, wagonów kolejowych, masztów),
- stal do nawęglania (po obróbce cieplno-chemicznej cechuje się dużą twardością powierzchni i ciągliwością),
- stal do azotowania (po obróbce cieplno-chemicznej cechuje się wysoką odpornością na ścieranie),
- stal do ulepszania cieplnego (części maszyn),
- stal sprężynowa (zwiększona zawartość krzemu i zgodnie z nazwą jest używana do produkcji sprężyn, resorów),
- stal automatowa (dodatek dodatek siarki do 0,35% i fosforu do 0,15%; śruby, podkładki, nakrętki itp.),
- stal na łożyska toczne (wymagana precyzyjna kontrola składu, produkowana w ścisłym reżimie technologicznym).
Oznaczenie stali składa się z litery i trzycyfrowej liczby (minimalna granica plastyczności Re [MPa] lub minimalna wytrzymałość na rozciąganie Rm [MPa] dla stali na szyny R i na struny sprężające Y). Po części liczbowej mogą występować litery. W przypadku stali konstrukcyjnych stosuje się literę S. Przedstawiony na ilustracji 1 wałek jest wykonany ze stali S235J2G3, która m.in. jest dedykowana dla:
- wykonywania z niej konstrukcji spawanych w budowie maszyn i budownictwie stalowym;
- dźwigni;
- trzpienie;
- osi;
- wałów poddawanych niewielkiemu obciążeniu;
Wracając do oznaczenia przyjętej stali konstrukcyjnej S235J2G3 to oznaczenie J2 oznacza w jakiej temperaturze (tu -20°C) następuje udarowe złamanie próbki (praca łamania KV=27 [J] – karb typu V). G wraz z cyfrą to stan stali (1 – stal nieuspokojona, 2- stal uspokojona, 3 – stal normalizowana, 4 – stan określany przez wytwórcę). Według danych Konsorcjum Stali S.A. dostępne są pręty okrągłe gładkie o średnicy ø70±1 – masa 1 mb wynosi 30,2 kg. Standardowa długość pręta waha się od 3000 do 6200 z tolerancją ±100. W zależności od wielkości produkcji tego typu informacja pozwala na oszacowanie niezbędnej masy prętów, a zatem i kosztów zakupu materiału.
Proces doboru materiału wymaga dokładnie tej samej postawy od technologa jak od konstruktora w kontekście technologii wykonania. Rynek stali oferuje określony asortyment pomimo pozornie szerokiego możliwego asortymentu. Szczególnie w początkowym okresie projektowania konieczne jest dokonywanie analizy dostępności materiałów jeszcze na etapie projektowania. Umożliwi to szybsze wdrożenie do produkcji.
Proces technologiczny
Technologia wałków by była przedstawiona w najlepszy sposób wymaga by podstawowy proces technologiczny wałka został opracowany z wykorzystaniem konwencjonalnych obrabiarek (zalety edukacyjne). Takie podejście, jak wielokrotnie wspominałem, umożliwia przedstawienie pełni technologicznych zależności. Podstawowy proces technologiczny składa się z 6. głównych operacji technologicznych, uwzględniając w tym operację kontroli technicznej ostatecznej oraz operację mycia, konserwacji i pakowania.
W przypadku zastosowania centrów tokarskich CNC z opcją frezowania to liczba operacji technologicznych ulegnie zmniejszeniu.
Następny artykuł: Technologia wałków – proces technologiczny – operacja 10
Źródła
- Feld M., Podstawy projektowania procesów technologicznych typowych części maszyn, WNT 2000
- Puff T., technologia budowy maszyn, PWN 1985
- dr inż. Maciej Horczyczak – wiedza i konsultacje
- Materiały informacyjne firmy POLMET
- Materiały informacyjne firmy ZWCAD
- Materiały informacyjne firmy AKROSTAL
- Materiały informacyjne firmy PS LOGISTYKA
- Materiały informacyjne firmy Cognor S.A. oddział HSJ w Stalowej Woli
Leave a reply
You must be logged in to post a comment.