2.3. Матеріали та способи отримання заготовок для ступінчастих валів

Вали в основному виготовляють з конструкційних та легованих сталей. Ці сталі повинні мати високу міцність, добру оброблюваність, малу чутливість до концентрації напруг, а для підвищення зносостійкості повинні підлягати термічній обробці. Таким вимогам найбільш повно відповідають конструкційні сталі 25, 35, 40, 45, 35Х, 40Х, 50Х, 40Г2, азотовані 38ХМЮА, 38Х2ЮА і цементовані 12Х2Н4А, 12ХН3А та інші.

Леговані сталі в порівнянні з конструкційними використовують не так часто через те, що вони більш коштовні, а також мають підвищену чутливість до концентрації напруг.

Для зменшення маси валів їх часто виконують порожнистими. Якщо відношення довжини вала до середнього діаметру L/D < 12, вал вважають жорстким, при L/D > 12 вал є нежорстким.

Технічні вимоги, що пред’являються до валів, характеризуються наступними даними. Діаметральні розміри посадкових шийок виконують за IT7, IT6, рідше за IT5, інших шийок за IТ10, IT11, допуски на довжину ступеней валу призначають у межах 0,1...0,4 мм. Допуски форми – відхилення від круглості, циліндричності і прямолінійності – звичайно складають частину допуску на діаметральний розмір, що виконується (для тіл обертання, наприклад, до 0,3). Допуски розташування – відхилення від паралельності шпонкових канавок  або  шліцьових  поверхонь  відносно  осі  не  перевищують 0,1 мкм на 1 мм довжини, відхилення від перпендикулярності для опорних наплічників під підшипники та привалочних фланцевих поверхонь валів виконують з точністю < 0,1 мкм, співвісність поверхонь в межах 0,01...0,03 мм. Нерівномірність кроку шліцьових поверхонь, їх зміщення відносно осі повинно бути не більш 0,02 мм. Допустиме биття  посадкових  шийок відносно базових поверхонь не повинні перевищувати 0,01...0,03 мм, а не посадкових – 0,05...0,10 мм. Шорсткість поверхні посадкових шийок Ra = 0,08...0,63 мкм, не посадкових – Ra = 3,2...10 мкм.

Продуктивність механічної обробки валів залежить від виду матеріалу, розмірів та конфігурації заготовки, а також характеру виробництва.

Заготовки отримують відрізанням від гарячекатаних або холоднокатаних прутків та відразу ж піддають механічній обробці. Заготовки такого типу використовують у дрібносерійному та одиничному виробництві, а також при виготовленні валів з невеликою кількістю ступенів і незначною різницею їх діаметрів. У виробництві з великою програмою випуску, а також при виготовленні валів більш складних за конфігурацією зі ступенями з великою різницею діаметрів заготовки доцільно отримувати методами пластичного деформування: куванням, штампуванням, періодичним прокатуванням, стискуванням на ротаційно-кувальних машинах, електровисадкою. Ці методи дозволяють отримати заготовки за формою та розмірами найбільш близькі до готової деталі, що значно підвищує продуктивність механічної обробки, значно зменшує металомісткість.

Вибір способу отримання заготовки визначається з урахуванням техніко-економічної доцільності.

При механічній обробці валів на настроєних та автоматизованих верстатах пред’являються підвищені вимоги до точності заготовки. Для отримання таких заготовок використовують перспективний та високопродуктивний метод обробки ступінчастих валів – поперечно-гвинтова прокатка на тривалкових станах. Робота тривалкових станів легко піддається автоматизації, включаючи рух подачі заготовки, її нагрівання, прокатку, розрізування на мірні заготовки, охолодження прокату, укладання та упакування. Існує також метод радіального стиснення. Отримані цим методом заготовки мають малі припуски, високу точність (±0,02–0,2 мм), та шорсткість поверхні Ra 0,63–0,32 мкм.