Скидка на подшипники из наличия!
Новое поступление товара в 2026 году!
Шпиндели станков делают преимущественно из конструкционных легированных сталей, а конкретную марку выбирают по классу точности станка, типу опор и требуемой твёрдости посадочных шеек. Отвечая на вопрос, из какого материала делают шпиндели станков, инженеры называют три группы сталей: улучшаемые (например, 40Х), цементуемые (20Х, 18ХГТ) и азотируемые (38Х2МЮА и аналогичные), каждая со своим упрочнением шеек.
Материал шпинделя определяет не жёсткость (она задаётся геометрией и модулем упругости, практически одинаковым у всех сталей), а твёрдость и износостойкость шеек под опоры, а также стабильность размеров во времени. Ниже разобраны группы сталей, выбор марки по классу точности и типу опор, термическая и химико-термическая обработка шеек, стабилизация размеров и требования к точности.
Шпиндель несёт заготовку или инструмент и вращается в опорах, поэтому к нему предъявляют требования по жёсткости, износостойкости и точности постоянству размеров рабочих шеек. При выборе материала важно понимать, на что именно влияет марка стали.
Жёсткость шпинделя определяется его геометрией и модулем упругости; модуль упругости у сталей практически не зависит от легирования (около 2,1·10⁵ МПа), поэтому марку стали выбирают не ради жёсткости, а ради твёрдости и износостойкости шеек и размерной стабильности.
Отсюда — типовые требования к материалу: возможность получить высокую твёрдость и износостойкость посадочных шеек упрочнением поверхности; сохранение точной геометрии после термообработки (минимальные деформации); стабильность размеров во времени за счёт снятия остаточных напряжений. Класс точности станка нормируется ГОСТ 8-82, который устанавливает пять классов: Н, П, В, А и С (в порядке возрастания точности).
Для шпинделей применяют конструкционные легированные стали по ГОСТ 4543-2016. По способу упрочнения шеек их делят на три группы.
Марки 45 и 50 — углеродистые качественные стали; 40Х, 20Х, 18ХГТ, 12ХН3А, 40ХФА, 38Х2МЮА — легированные конструкционные по ГОСТ 4543-2016. Выбор группы зависит от требуемой твёрдости шеек, конфигурации детали и класса точности станка.
Материал и способ упрочнения шпинделя подбирают исходя из класса точности станка (по ГОСТ 8-82) и типа опор — подшипники качения или подшипники жидкостного трения. Ниже приведены типовые рекомендации справочной литературы по конструированию станков.
Для шпинделей высокой и особо высокой точности (классы В и А), устанавливаемых в подшипниках качения, предпочтительны стали, упрочняемые азотированием, так как оно ведётся при относительно низкой температуре и даёт минимальные деформации. Шпиндели несложной конфигурации допускают цементацию с закалкой и отпуском. Для опор жидкостного трения нужна максимальная твёрдость и минимальная шероховатость шеек, что обеспечивает азотирование.
Марку стали и режим упрочнения назначают совместно с конструкцией детали: для тонких и длинных шпинделей критичны деформации при термообработке, поэтому предпочитают низкотемпературное азотирование, а не объёмную закалку.
Твёрдость и износостойкость шеек шпинделя формируют термической (ТО) и химико-термической (ХТО) обработкой. Способ упрочнения связан с выбранной группой стали.
Твёрдость измеряют по Роквеллу (шкала HRC) по ГОСТ 9013-59. ТВЧ-закалка и цементация дают сопоставимую поверхностную твёрдость, но азотирование обеспечивает наибольшую твёрдость шеек и сохраняет её при нагреве.
Сталь 38Х2МЮА — классическая азотируемая легированная сталь, широко применяемая для шпинделей, червяков, гильз и других деталей, упрочняемых азотированием. Наличие алюминия и хрома обеспечивает при азотировании особо твёрдый и износостойкий слой.
Хром повышает прокаливаемость, молибден улучшает вязкость и снижает склонность к отпускной хрупкости, алюминий обеспечивает образование твёрдых нитридов при азотировании. Толщина азотированного слоя обычно составляет доли миллиметра (порядка 0,3–0,6 мм), а твёрдость слоя достигает порядка 1000 HV и выше и сохраняется при нагреве.
У стали 38Х2МЮА есть технологические особенности: она склонна к обезуглероживанию и чувствительна к образованию флокенов, а её свариваемость практически нулевая. Это требует аккуратного контроля термообработки и исключает применение в сварных узлах.
Для точных шпинделей важна не только твёрдость шеек, но и стабильность размеров во времени. Остаточные напряжения после механической и термической обработки способны со временем изменять геометрию детали, что недопустимо для прецизионного станка.
Чтобы снять остаточные напряжения и стабилизировать размеры, между операциями обработки проводят стабилизирующий отпуск (искусственное старение) с медленным охлаждением. Такую обработку особенно важно выполнять для тонких и малорёберных шпинделей перед окончательной механической обработкой, а также перед азотированием — чтобы деформации на финишных операциях были минимальны.
Посадочные шейки шпинделя под опоры должны иметь высокую точность формы и малую шероховатость: от их состояния напрямую зависит точность вращения и, следовательно, класс точности станка по ГОСТ 8-82.
Чем выше класс точности станка и жёстче требования к опорам, тем твёрже и чище должны быть шейки, и тем более оправдано применение азотируемых сталей с последующей финишной обработкой (шлифование, доводка).
Преимущественно из конструкционных легированных сталей по ГОСТ 4543-2016. Применяют три группы: улучшаемые (40Х, 45, 50), цементуемые (20Х, 18ХГТ, 12ХН3А) и азотируемые (38Х2МЮА и аналогичные). Марку выбирают по классу точности станка и типу опор.
Азотирование ведут при относительно низкой температуре, поэтому оно даёт минимальные деформации детали и высокую твёрдость шеек. Это важно для тонких и длинных шпинделей высокой и особо высокой точности, где объёмная закалка вызвала бы недопустимое коробление.
40Х — улучшаемая сталь, шейки которой обычно упрочняют поверхностной закалкой ТВЧ. 38Х2МЮА — азотируемая сталь с алюминием и хромом; после азотирования она даёт более твёрдый и износостойкий поверхностный слой при малых деформациях, что предпочтительно для точных шпинделей.
Практически нет. Модуль упругости у сталей почти не зависит от легирования (около 2,1·10⁵ МПа), поэтому жёсткость определяется геометрией шпинделя и его опор. Марку стали выбирают ради твёрдости и износостойкости шеек и размерной стабильности, а не ради жёсткости.
В зависимости от группы стали: улучшаемые (40Х, 45, 50) — поверхностной закалкой с индукционным нагревом (ТВЧ); цементуемые (20Х, 18ХГТ, 12ХН3А) — цементацией с закалкой и низким отпуском; азотируемые (38Х2МЮА и аналогичные) — азотированием.
Чтобы снять остаточные напряжения после обработки и обеспечить стабильность размеров шпинделя во времени. Для точных деталей стабилизирующий отпуск проводят между операциями механической обработки и перед азотированием, что уменьшает деформации на финишных операциях.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.