Упрочнение валов

Вал используют в конструкциях для передачи вращающего момента от одной детали к другой. В процессе работы на вал действуют различного рода нагрузки, и возникает потребность в его упрочнении

Для придания поверхности вала необходимой прочности используют конструктивные и технологические способы ее повышения.

Конструктивный способ упрочнения валов заключается в том, чтобы придать ему форму, которая бы обеспечивала равномерное распределения напряжений как в зонах их наибольшей концентрации, так и вне этих зон.

Некоторые рекомендации по распределению концентрации напряжений по объему вала:

1.  Увеличение радиуса галтели. Дает возможность уменьшить концентрацию напряжений при изгибе;
2.  Углубление галтели в шейку. Также снижает концентрацию напряжений;
3.  Придание бочкообразной формы внутренней полости шеек позволяет уменьшить концентрацию напряжений в галтели;
4.  Увеличение толщины щеки вала и ее ширины;
5.  Расположение в шатунной шейке маслоподводящего канала под прямым углом.

Технологические способы упрочнения валов можно в свою очередь разделить на механические и химико-термические или термические.

К механическим способам относят наклеп. Его широко применяют в машиностроении для упрочнения поверхностного слоя изделия. Обычно его проводят в местах максимальной концентрации напряжений. Наклеп производят следующими способами:

  1. Обкаткой роликами;
  2. Обдувкой дробью;
  3. Обжатие шариком.

При обкатке роликами и обжатии шариком предел выносливости на изгиб повышается до 40%, а при кручении может увеличится до 20%. При обдувке вала дробью, предел выносливости можно повысить до 40%. Процедуру обкатки выполняют на новых, не подвергающихся закалке, деталях, после механической обработки.

К химико-термическим и термическим способам упрочнения валов относятся азотирование и закалка токами высокой частоты.

С помощью азотирования можно  увеличить предел прочности на изгиб и кручение, в некоторых случаях до 40%. Азотирование не рекомендуется проводить после окончательной механической обработки детали, так как в этом случае может значительно снизиться усталостная прочность.

Закалка ТВЧ позволяет получить достаточно твердую поверхность детали, при этом сохраняя изначальные свойства металла изнутри.  После высокочастотной закалки необходимо провести отпуск для снятия остаточных напряжений.