Прецизионные валы являются критически важными компонентами станков для обработки стекла, обеспечивая точное линейное перемещение рабочих органов. Высокие требования к точности позиционирования и качеству обработки стеклянных изделий предъявляют особые требования к характеристикам направляющих валов. В данной статье рассмотрены технические требования к прецизионным валам, применяемым в стеклообрабатывающем оборудовании, включая допуски, методы обработки поверхности и критерии выбора материалов.
1. Допуски h6 и g6: технические требования
Допуски на диаметр прецизионных валов регламентируются межгосударственным стандартом ГОСТ 25346-2013 (ISO 286-1:2010), введенным в действие с 1 июля 2015 года. Для прецизионных валов, применяемых в линейных системах перемещения, используются поля допусков h6 и g6, относящиеся к 6-му квалитету точности.
Поле допуска h6
Поле допуска h6 характеризуется нулевым верхним отклонением (es = 0) и отрицательным нижним отклонением. Это означает, что действительный размер вала всегда меньше или равен номинальному размеру. Такое расположение поля допуска обеспечивает гарантированный зазор при сопряжении с отверстием.
| Интервал номинальных размеров, мм | Верхнее отклонение (es), мкм | Нижнее отклонение (ei), мкм | Допуск IT6, мкм |
|---|---|---|---|
| Св. 6 до 10 | 0 | -9 | 9 |
| Св. 10 до 18 | 0 | -11 | 11 |
| Св. 18 до 30 | 0 | -13 | 13 |
| Св. 30 до 50 | 0 | -16 | 16 |
| Св. 50 до 80 | 0 | -19 | 19 |
Поле допуска g6
Поле допуска g6 располагается ниже нулевой линии, что обеспечивает гарантированный минимальный зазор в сопряжении. Применяется для посадок движения, где требуется свободное перемещение вала в подшипнике.
| Интервал номинальных размеров, мм | Верхнее отклонение (es), мкм | Нижнее отклонение (ei), мкм | Гарантированный зазор, мкм |
|---|---|---|---|
| Св. 6 до 10 | -5 | -14 | 5 |
| Св. 10 до 18 | -6 | -17 | 6 |
| Св. 18 до 30 | -7 | -20 | 7 |
| Св. 30 до 50 | -9 | -25 | 9 |
| Св. 50 до 80 | -10 | -29 | 10 |
2. Индукционная закалка поверхности
Индукционная закалка (закалка ТВЧ) является основным методом поверхностного упрочнения прецизионных валов. Метод обеспечивает высокую твердость поверхностного слоя при сохранении вязкой сердцевины, что критически важно для работы в условиях циклических нагрузок.
Параметры индукционной закалки
| Параметр | Значение | Примечание |
|---|---|---|
| Твердость поверхности | 58-62 HRC | Минимум 58 HRC для работы с линейными подшипниками |
| Температура нагрева | 850-950 °C | Зависит от марки стали |
| Среда охлаждения | Вода, эмульсия, масло | Спрейерное охлаждение |
| Отпуск | 150-200 °C | Низкотемпературный для сохранения твердости |
Глубина закаленного слоя
Глубина закаленного слоя определяется частотой тока и временем нагрева. Для прецизионных валов оптимальная глубина составляет 1,5-4,0 мм в зависимости от диаметра и условий эксплуатации.
| Диаметр вала, мм | Глубина закалки, мм | Частота тока, кГц |
|---|---|---|
| 6-12 | 0,8-1,5 | 200-400 |
| 12-25 | 1,5-2,5 | 60-200 |
| 25-50 | 2,0-3,5 | 8-60 |
| 50-80 | 2,5-4,0 | 2,5-10 |
3. Бесцентровое шлифование
Бесцентровое шлифование является основным методом финишной обработки прецизионных валов, обеспечивающим высокую точность геометрических параметров и требуемую шероховатость поверхности.
Достигаемые параметры
| Вид шлифования | Квалитет точности | Шероховатость Ra, мкм | Точность формы, мкм |
|---|---|---|---|
| Черновое | IT8-IT9 | 1,25-0,63 | 10-15 |
| Чистовое | IT6-IT7 | 0,63-0,32 | 5-8 |
| Тонкое | IT5-IT6 | 0,32-0,16 | 2,5-5 |
| Доводочное | IT5 | 0,16-0,08 | 1-2,5 |
Параметры шероховатости по ГОСТ 2789-73
Шероховатость поверхности прецизионных валов нормируется по параметру Ra (среднее арифметическое отклонение профиля) согласно ГОСТ 2789-73. Для валов, работающих с линейными шариковыми подшипниками, оптимальным является диапазон Ra 0,2-0,4 мкм.
4. Материалы прецизионных валов
Выбор материала прецизионного вала определяется условиями эксплуатации, требованиями к твердости поверхности и коррозионной стойкости. Для стеклообрабатывающего оборудования применяются следующие марки сталей:
| Марка стали | Номер по DIN | Твердость после закалки, HRC | Применение |
|---|---|---|---|
| Cf53 | 1.1213 | 58-62 | Стандартные условия, наиболее распространенный материал |
| Ck45 | 1.1191 | 55-60 | Хромированные валы, повышенная коррозионная стойкость |
| 100Cr6 | 1.3505 | 61-66 | Высоконагруженные применения, подшипниковая сталь |
| X90CrMoV18 | 1.4112 | 56-60 | Агрессивные среды, пищевая промышленность |
Характеристики основных материалов
Сталь Cf53 (1.1213) - конструкционная углеродистая качественная сталь по стандарту DIN 17212. Содержание углерода около 0,53% обеспечивает хорошую закаливаемость и твердость поверхности 58-62 HRC после индукционной закалки. Применяется для большинства прецизионных валов стандартного исполнения.
Сталь 100Cr6 (1.3505) - подшипниковая хромистая сталь, аналог ГОСТ ШХ15. Обеспечивает максимальную твердость 61-66 HRC и высокую контактную выносливость. Рекомендуется для высоконагруженных применений с большими циклическими нагрузками.
Сталь Ck45 (1.1191) - конструкционная углеродистая сталь, аналог AISI 1045. Применяется для хромированных валов, где твердое хромовое покрытие обеспечивает высокую износостойкость и коррозионную защиту.
5. Совместимость с линейными подшипниками
Прецизионные валы предназначены для работы с шариковыми линейными подшипниками (втулками). Существует два основных стандарта размеров:
| Серия | Стандарт | Диапазон диаметров, мм | Особенности |
|---|---|---|---|
| LM | Азиатский (JIS) | 3-150 | Компактные габариты, высокая грузоподъемность |
| LME | Европейский (ISO) | 4-80 | Увеличенные размеры, повышенная жесткость |
Требования к поверхности вала для работы с линейными подшипниками
- Твердость поверхности: минимум 58 HRC
- Шероховатость: Ra 0,2-0,4 мкм
- Поле допуска: h6 или g6
- Допустимая скорость перемещения: до 5 м/с
6. Прямолинейность и геометрическая точность
Прямолинейность является одним из ключевых параметров прецизионных валов, определяющих точность позиционирования и плавность хода линейной системы.
| Длина вала, мм | Допуск прямолинейности, мкм | Класс точности |
|---|---|---|
| До 500 | 15 | Высокоточный |
| 500-1000 | 20 | Высокоточный |
| 1000-1500 | 30 | Стандартный |
| 1500-2000 | 40 | Стандартный |
| 2000-3000 | 60 | Стандартный |
Методы контроля прямолинейности
Контроль прямолинейности прецизионных валов осуществляется на призмах с использованием индикаторов часового типа. Вал устанавливается на две призмы в крайних точках и вращается вручную. Максимальное биение в средней части вала не должно превышать указанных допусков.
T = 0,01 × L + 10 (мкм)
где L - длина вала в мм
7. Монтаж и эксплуатация
Типы концевых опор
| Тип опоры | Обозначение | Применение |
|---|---|---|
| Фиксированная опора | FK | Один конец вала, воспринимает осевые нагрузки |
| Плавающая опора | FF | Второй конец вала, компенсирует температурные деформации |
| Простая опора | EK | Облегченная конструкция для малых нагрузок |
Рекомендации по монтажу
- Обеспечить параллельность валов при многовальной компоновке (допуск 0,02 мм на 1000 мм длины)
- Перед установкой очистить посадочные поверхности
- Нанести консистентную смазку на рабочую поверхность вала
- Затянуть крепежные элементы опор с моментом по спецификации
- Проверить плавность хода каретки по всей длине перемещения
Смазка
Для обеспечения долговечности рекомендуется использовать консистентные смазки на литиевой основе с вязкостью базового масла 100-150 мм²/с при 40 °C. Интервал повторной смазки зависит от условий эксплуатации и составляет от 500 до 2000 км пробега или 3-6 месяцев при интенсивной эксплуатации.
8. Критерии выбора валов для стеклообработки
При выборе прецизионных валов для станков обработки стекла необходимо учитывать специфические условия эксплуатации:
| Тип станка | Рекомендуемый диаметр, мм | Материал | Особые требования |
|---|---|---|---|
| Станок резки стекла | 16-25 | Cf53 | Высокая прямолинейность |
| Кромкообрабатывающий станок | 20-30 | Cf53, Ck45 хром. | Защита от СОЖ |
| Станок сверления | 16-20 | Cf53 | Точность позиционирования |
| Моечная машина | 20-40 | X90CrMoV18, Ck45 хром. | Коррозионная стойкость |
| Печь закалки | 30-50 | X90CrMoV18 | Термостойкость |
Для станка резки стекла с ходом 1500 мм и нагрузкой 50 кг:
Рекомендуемый диаметр вала: 20 мм
Допуск: h6 (0/-13 мкм)
Прямолинейность: не более 30 мкм
Шероховатость: Ra 0,4 мкм
9. Часто задаваемые вопросы
Источники
- ГОСТ 25346-2013 (ISO 286-1:2010) Основные нормы взаимозаменяемости. Характеристики изделий геометрические. Система допусков на линейные размеры
- ГОСТ 25347-2013 (ISO 286-2:2010) Основные нормы взаимозаменяемости. Характеристики изделий геометрические. Система допусков на линейные размеры. Таблицы стандартных классов допусков
- ГОСТ 2789-73 Шероховатость поверхности. Параметры и характеристики
- DIN 17212 Сталь для индукционной и пламенной закалки
- EN ISO 683-17 Стали для термической обработки, легированные и автоматные стали
- Технические каталоги производителей линейных систем перемещения
