Раздел 1. Заготовки из проката и специальных профилей. Проектирование заготовок из круглого стального проката.

В машинах и механизмах нефтегазового машиностроения широко применяют валы, имеющие различные конструкции, размеры и материалы. К ним относятся: валы редукторов, буровых лебедок, роторов, турбобуров, стволы вертлюгов, оси талевых блоков и кронблоков, коленчатые валы компрессоров, штоки буровых насосов, насосные штанги и др.

Конструктивные особенности, материалы, технические условия на изготовления валов определяется их служебным назначением, в соответствии с которым валы можно подразделить на валы: общего назначения, специальные, оси и штоки. Объединяющим признаком этих деталей является то, что они образованы в основном наружными, внутренними и торцовыми поверхностями, имеющими общую ось вращения.

Самыми многочисленными являются валы общего назначения. По конструктивным особенностям различают: гладкие валы, не имеющие уступов; ступенчатые валы, имеющие одностороннее или двухстороннее расположение уступов; шлицевые валы с участками шлицевого профиля для установки неподвижно сидящих или скользящих вдоль оси деталей; фланцевые валы; валы-шестерни и валы-червяки.

Наиболее технологичными являются валы с возрастающими или убывающими диаметрами ступеней. Желательно, чтобы обрабатываемые участки имели равные или кратные длины, а перепады диаметров незначительны.

Шейки валов могут иметь шпоночные пазы, шлицы и резьбу. Наибольшее распространение в нефтегазовом машиностроении получили ступенчатые валы диаметром 50-150 мм, длиной 300-1200 мм и 7000-8000 мм.

Производительность механической обработки валов определяется маркой материалов, размерами и конфигурацией заготовки.

Валы в основном изготавливают из конструкционных и легированных сталей, обладающих высокой прочностью, хорошей обрабатываемостью, малой чувствительностью к концентрации напряжений, а для повышения износостойкости способностью подвергаться термической обработке. Этим требованиям отвечают стали 40, 45, 40Х, 40Г2 и другие. Валы, работающие в агрессивных средах, выполняют из коррозионно-стойких сталей и сплавов. [3]

В настоящее время технологичность детали с определенной степенью приближения может быть оценена следующими показателями [2]:

1) коэффициент выхода годного – отношение массы заготовки к массе исходного металла, характеризует расход металла в заготовительном цехе: размер брака, технологических отходов и т.п.:

К_вг= М_з/ М_с ,

2) коэффициент весовой точности – отношение массы готовой детали к массе заготовки, отражает степень приближения формы и размеров заготовки к форме и размерам детали, т.е. характеризует объем механической обработки:

К_вт = М_д / М_з,

3) коэффициент использования металла - отношение массы готовой детали к массе слитка, отражает общий расход металла на изготовление данной детали:

К_им = К_вг К_вт = М_д/ М_с

Наиболее часто для оценки рентабельности заготовки употребляется Кв.т.

Таблица 1

Коэффициент весовой точности для различных способов производства заготовок

Способ производства заготовок	КВТ
Литье в песчано-глинистые формы	0,7
Центробежное литье	0,85
Литье под давлением	0,91
Литье в кокиль	0,8
Литье в оболочковые формы	0,9
Литье по выплавляемым моделям	0,91
Свободная ковка	0,6
Штамповка на молотах и прессах	0,8
Штамповка на горизонтально-ковочных машинах	0,85
Прокат	0,4
Сварные заготовки	0,95

Гладкие валы и оси, ступенчатые валы с небольшими (до 15…25%) перепадом между наибольшим и наименьшим диаметрами изготавливают из круглого проката независимо от типа производства. Однако если Ким ниже 0,65…0,75, прокат необходимо обрабатывать давлением, приближая конфигурацию заготовки к форме готовой детали.

Обобщенный критерий целесообразности использования проката в качестве заготовки для деталей переменного сечения имеет вид:

,

где М_д, М_пр, М_ш – соответственно масса детали, масса заготовки из проката и масса штампованной заготовки.

Если указанное соотношение не выполняется, целесообразно применять штампованную заготовку.[2]