Co je to obrobená hřídel?
Obráběný hřídel je válcová nebo kruhová součást, která usnadňuje přenos rotačního pohybu a výkonu. Jsou velmi užitečné v několika aplikacích, včetně automobilů a letadel. Na zakázku vyráběné hřídele se vyrábějí v tyčích, které podstupují lineární pohyby nezbytné pro přesnost stroje. Oba typy hřídelí musí být vyrobeny v úzkých mezích. Měly by být schopny snášet zvláštní zatížení a efektivně pracovat v náročných podmínkách.
Výroba šachet má dlouhou historickou tradici. Nejstarší doklady pocházejí z íránské Persepole, kde stroje tvarovaly kovové tyče do hřídelí. Tento proces se v průběhu staletí vyvíjel. Odpovídá potřebám průmyslových odvětví, jako je automobilový, letecký a strojírenský průmysl. Dnes se pomocí současných technik a materiálů vyrábějí různé hřídele pro různé aplikace.
Obráběné hřídele využívají rotační sílu a přenášejí točivý moment, který umožňuje plynulý chod a účinnost strojů. Hřídele vyrobené na zakázku mohou zajistit nejlepší lineární pohyb. Tím se předchází problémům, jako je vyjetí. Oba typy mají zásadní význam. Zlepšují výkon a funkčnost strojů. Jsou tedy v mnoha oblastech nezbytné.
Zpracování zakázkových obráběných hřídelí
Zakázková výroba hřídelí má tři hlavní výhody. Mají přesné rozměry, přesnost a vynikající povrchovou úpravu. Proces začíná stanovením účelu použití hřídele. To zahrnuje podmínky, kterými bude procházet, a požadavky projektu. Tím je zajištěno, že každý z nich bude přesný a bude fungovat tak, jak je potřeba.
Výběr materiálu
Výběr materiálu je rozhodující. Hliník, uhlíková vlákna, ocel a plast jsou materiály používané pro jiné účely. Například v průmyslu se používá ocel, protože je náročná. Hliník se používá v rekreačních vozidlech hlavně pro svou lehkost.
Design a programování
Ve fázi návrhu je třeba stanovit materiál použitý k výrobě hřídele, její průměr a délku. Poté se v softwaru CAD vytvoří podrobný plán. Po tomto procesu obrábění se naprogramuje software CAM, který vytvoří dráhy nástrojů a CNC program (G-kód).
Řezání a tvarování
Tento materiál se řeže do tvaru pomocí pil nebo laserů a poté se obrábí na CNC frézkách. Hrubování zahrnuje řezání materiálu na menší kusy a jejich soustružení pomocí frézky, aby se přesně vytvarovaly.
Nastavení stroje
Pro seřízení CNC stroje je mimo jiné nutné zvolit vhodný typ stroje – frézku nebo soustruh, připravit obrobek a vybrat řezné nástroje. To souvisí s upevněním dílů pomocí upínacích přípravků a použitím ostrých řezných nástrojů, aby byla zajištěna přesnost.
Proces obrábění hřídelí
CNC soustružení dobře zvládá válcové díly. Je ideální pro výrobu hřídelí na zakázku. Musí také zahrnovat pečlivou kontrolu a inspekce po celou dobu. Ty mají zajistit kvalitu.
Tepelné zpracování
Existují různé typy tepelného zpracování. Kladívkování zajišťuje, že hřídel snese teplotní změny a změny prostředí během používání.
Povrchová úprava
Povrch hřídelí lze vylepšit tryskáním, eloxováním nebo pasivací. Pokud se to podaří, budou také lépe sloužit svému účelu a zároveň budou vždy dobře vypadat. To se provádí také galvanickým pokovováním. Tyto metody splňují specifikace požadované pro různé aplikace.
Kontrola a řízení kvality
K měření všech zakázkových hřídelí se používají mikrometry, měřidla, třmeny atd., aby se zajistilo, že odpovídají požadovaným tolerancím.
Balení
Nakonec jsou hřídele pečlivě zabaleny. Cílem je zabránit poškození při přepravě. Musí se dostat na místo určení v neporušeném stavu, aby se daly použít v různých aplikacích.
Odrůdy a použití obráběných hřídelí
Duté hřídele
Duté hřídele mají ve svém středu otvor nebo prostor, který umožňuje rychlý průchod kapaliny, drátu a dalších prvků, což je přístupnější pro aplikace citlivé na hmotnost, jako jsou závodní automobily a letadla. Jsou lehčí než plné hřídele stejné velikosti. Hrají také významnou roli v dopravníkových systémech, čerpadlech a lékařských přístrojích. Jejich nižší hmotnost pomáhá automobilovému a leteckému průmyslu. Zlepšuje výkon a spotřebu paliva.
Závitové hřídele
Závitové hřídele mají vnitřní nebo vnější závity, které odpovídají protějškům, jako jsou matice. Závitové hřídele jsou nejvhodnější například při časté montáži nebo demontáži při elektroinstalačních nebo instalatérských pracích. Závitová vřetena, olověné šrouby a upevňovací zařízení také vhodně využívají závitové hřídele. U mechanických montáží však musí být seřízení přesné. A kování musí být bezpečné.
Hřídele s klíčem
Hřídele s klíči mají jedinečný řez, který se nazývá drážka, díky kterému na nich řetězová kola, řemenice nebo ozubená kola zůstávají v klidu. Po instalaci na klíčované hřídele drážka brání dílům v otáčení nebo vyklouznutí z místa. Takové situace vyžadují zařízení s vysokým točivým momentem, jako jsou motory a čerpadla. Například průmyslové motory mohou mít hřídele s drážkami, které udržují ozubená kola neporušená. To usnadňuje hladký a spolehlivý přenos výkonu.
Drážkované hřídele
Drážkované hřídele mají drážky zvané drážky, které přesně zapadají do odpovídajících drážek na součástech, jako jsou řemenice nebo ozubená kola. Pevné uchycení umožňuje hladký průchod výkonu těmito díly. Je užitečné pro polohování a krouticí moment. Například v převodovkách automobilů by se měly všechny díly pohybovat společně. Důvodem jsou drážkované hřídele. Tím je zajištěn účinný přenos výkonu. Používají se mimo jiné v automobilovém průmyslu a v průmyslových a leteckých aplikacích.
Kuželové hřídele
Kuželové hřídele se po celé délce ztenčují. Tento tvar zajišťuje pevné uchycení dílů, jako jsou řemenice, ozubená kola a náboje kol automobilů. Tyto hřídele jsou často buď osazeny drážkou, nebo jsou vyrobeny tak, aby se kuželovitě přizpůsobily a součásti zůstaly bezpečně upevněny. Kuželové provedení navíc usnadňuje demontáž a montáž různých dílů. To pomáhá zjednodušit výměnu nebo údržbu. Například v náboji automobilového kola zajišťuje kuželová hřídel těsné uchycení, které udržuje kolo bezpečné a stabilní.
Pevné hřídele
Pevné hřídele jsou jako malé ocelové nebo hliníkové tyče, které byly nataženy do dlouhých prutů. Jsou základní, ale pevné. Lze je tedy použít v aplikacích se slabým výkonem nebo nízkými otáčkami. Patří mezi ně ruční nářadí pro domácí spotřebiče a malé stroje. Jejich pevná struktura je činí vysoce odolnými při nasazení v různých mechanických systémech.
Stupňovité hřídele
Stupňovité hřídele mají po celé délce více průměrů, což jim umožňuje mimo jiné upevnit ložiska, ozubená kola a řemenice. Tato vlastnost umožňuje snadný přechod dílů z jedné velikostní řady do druhé. Díky tomu se hojně používají v systémech přenosu výkonu. Stupňovité uspořádání zvyšuje univerzálnost a umožňuje provádět složité mechanické sestavy.
Pístní hřídele
Tyto písty poháněné pístem se pohybují tam a zpět přes stěny válce a vytvářejí pohyb. Typickým příkladem je pohyb vznikající v důsledku posunu velkých a těžkých předmětů po tyči nahoru nebo dolů. Konstrukce hřídele pístu je robustní. Zvládne velké síly vznikající při těchto použitích. Poskytuje tedy spolehlivý výkon.
Šnekové hřídele
Šnekový hřídel má uvnitř šnekové kotouče. Ty se mohou otáčet po axiální ose rovnoběžné s jejich pohybem ve šnekovém prostoru. Zpracování potravin musí být efektivní a udržitelné. Šnekové závity jsou také vhodným pohonným mechanismem pro většinu ventilátorů. Jejich jedinečný tvar umožňuje plynulý přenos pohybu. Tím se snižuje neekonomické tření v mechanických systémech.
Převodové hřídele
Tyto převody jsou nezbytné v automobilech a dalších zařízeních, kde převody hrají zásadní roli. Lze si vybrat buď manuální, nebo automatické převodové hřídele. To umožňuje ujet dlouhé vzdálenosti vysokou rychlostí bez opotřebení.
Přesné techniky výroby hřídelí
CNC soustruh
CNC soustruh je velmi rychlý pro obrábění válcových soustružených dílů. Stroj se otáčí kolem vřetena koníku a vyvrtává materiál pevným řezným nástrojem, který je držen revolverovým suportem. Je významný tím, že poskytuje libovolný požadovaný průměr a povrchovou úpravu. Je upřednostňován ve velkosériové výrobě, protože jeho specializované nástroje řežou materiál z rotujícího hřídele.
CNC frézka
Tento proces využívá rotující frézu k vytváření prvků, jako jsou drážky, ploché drážky a drážky pro pero. Tvaruje stacionární hřídel do požadovaného tvaru a velikosti. Nástrojem může být rotační vícebodové zařízení nebo čelní fréza. Umisťuje se do držáku adaptéru na frézovací hlavě nebo revolverovém suportu CNC stroje. Frézovací řezy jsou na stacionárním hřídeli vždy přesné a rovné.
CNC brusky
Aby byly obrobené hřídele hladké, brousí se při broušení CNC o rotující brusné kotouče nebo kotouče. Tím je zaručeno, že hotové výrobky splňují rozměrové tolerance a stanovené rozměry. Takto vyrobené hnací hřídele na zakázku musí mít nastavené tolerance a rozměry, aby správně fungovaly. To vede ke kvalitní povrchové úpravě.
CNC vrtací stroj
Drážky se vyrábějí v různých průměrech napříč hřídeli pomocí vrtacích strojů CNC; tyto drážky mohou být hlubší v závislosti na jejich zamýšleném použití. Díky nízkým nákladům a jednoduchosti dobře vytváří otvory a kanály v hřídelích na míru.
Elektrojiskrové obrábění (EDM)
Elektřina se používá k odstranění části nebo celého obrobku z kovu. Tím se v kovech, jako je ocel, měď nebo hliník, vytvářejí malé prvky nazývané součástky. Tento proces se nazývá EDM. Díky němu jsou odborné znalosti při vytváření složitých prvků zbytečné. To proto, že se obejde bez speciálních znalostí pravidel výrobního designu. Místo toho stačí základní znalosti matematiky, včetně trigonometrie. Ta se používá při vytváření drobných prvků na pevných hřídelích.
Materiály pro obrábění dílů hřídelí
Z různých materiálů s jedinečnými vlastnostmi se vyrábějí přesné hřídele, které odpovídají specifickým aplikačním potřebám. Ty by měly být schopné zvládnout provozní nároky, protože musí být pevné a odolné.
Hliník
Hliník je lehký a odolný proti korozi, lze jej snadno opracovávat. Je ideální například pro aplikace s nízkou hmotností, jako jsou vysoce výkonná a letecká odvětví. Příkladem mohou být závodní automobily, do nichž se často montují hliníkové hnací hřídele, aby se snížila hmotnost a zvýšila akcelerace.
Nerezová ocel
Nerezová ocel je ideální pro podmínky vystavené vodě nebo korozivním prvkům, protože je vysoce odolná proti korozi. V chemických provozech a na moři se běžně používají v jakostních třídách 304 a 316. Při vystavení drsnému prostředí snadno nerezaví.
Uhlíková ocel
Uhlíková ocel může být také tepelně zpracována pro dosažení vyšší tvrdosti, protože má vynikající pevnost v tahu a obrobitelnost. Na hřídele čerpadel a motorů se používají hlavně nízkouhlíkové typy, přičemž pro tyto dvě aplikace je známá jakost 1045. Nízkouhlíkové oceli nabízejí dobrou pevnost. Díky tomu jsou cenově výhodné. Vysoko-uhlíkové oceli poskytují ještě větší pevnost.
Titan
Je známý svým vysokým poměrem pevnosti k hmotnosti a odolností proti korozi. Titan se používá také v letectví a kosmonautice. Vyžaduje extrémní pevnost, protože je vysoce výkonný. Z titanu se vyrábějí hřídele na míru; to znamená, že vydrží zátěž, než prasknou.
Legovaná ocel
Tento materiál je stejně jako slitiny 4140 nebo 4340 pevný a používá se v náročných podmínkách s vysokými teplotami. Obvykle je konstruktéři upevňují na velké průmyslové motory a strojní konstrukce. Tyto oceli mohou obsahovat molybden, chrom a nikl. Tyto prvky zvyšují odolnost proti opotřebení.
Slitiny niklu
Při vysokých teplotách a s vynikající odolností proti korozi jsou niklové slitiny, jako je Inconel 600 a 800, spolehlivé. Používají se pro hřídele turbín a další náročné aplikace. Mohou být použity i v náročných podmínkách a stále si zachovávají své vlastnosti.
Kompozitní materiály
Pokročilé kompozitní materiály, jako jsou uhlíková vlákna, zpopularizovaly výkonnostní závody. Ty dokonale kombinují vlastnosti vysoké pevnosti a nízké hmotnosti. Některé z nich jsou ideální v případech, kdy je třeba výrazně snížit hmotnost. Stávají se skvělou náhradou kovů; hodí se v případech, kdy tradiční materiály selhávají.
Povrchová úprava hřídelí na zakázku
Pasivace
Pasivace se používá k vylepšení hřídele z nerezové oceli. Čištění tohoto typu hřídele kyselinou odstraní volné železo a další nečistoty. Tím se vytvoří pasivní vrstva oxidu, která zlepšuje odolnost proti korozi.
Eloxování
Eloxování je nejlepším řešením pro hliníkové hřídele, kterým dodává tvrdý povrch odolný proti korozi. Eloxování také zlepšuje jejich estetický vzhled, zejména při použití dekorativních barev.
Galvanické pokovování
Galvanické pokovování přidává na povrch tenkou vrstvu zinku, niklu nebo zlata. Díky tomu je vysoce odolný proti opotřebení i korozi.
Tryskání kuličkami
Při tryskání se k čištění povrchu používají vysokotlaké ocelové kuličky nebo jemné skleněné částice. Ten pak vypadá čistě, matně nebo saténově.
Leštění
Tato metoda odstraňuje všechny vrypy a škrábance odřením. Tím se zabrání znečištění a oxidaci. Zvyšuje také odolnost proti korozi a odrazivost.
Chromování
Tento typ hřídele je pokoven tenkou vrstvou chromu, což zvyšuje tvrdost a odolnost proti korozi. Má lesklý, ale odolný povlak, který může odolat náročným podmínkám, včetně scénářů nepřetržitého používání.
Tipy pro výrobu dílů hřídelí
Aby hřídelové díly odolaly očekávanému zatížení a krouticímu momentu, je třeba zajistit jejich spolehlivost a přesnost. Pomocí tohoto postupu lze zvolit vhodný materiál a průměr hřídele, aby nedošlo k poruše během provozu.
Materiál hřídele
Vhodný materiál by měl být vybrán mimo jiné na základě pevnosti, teploty a odolnosti proti korozi. Mezi běžné materiály patří nerezová ocel, uhlík, slitiny a hliník. Výběr materiálu by měl odpovídat požadavkům projektu a přidělenému rozpočtu.
Určení délky a průměru hřídele
Obrábění délky a průměru hřídele podle požadavků aplikace pomáhá zabránit průhybu a vibracím. Zvolte takový tvar průřezu, který vydrží zatížení.
Povrchová úprava
Vhodná povrchová úprava zvyšuje životnost hřídele. Mezi tyto povrchové úpravy patří například eloxování nebo práškové lakování. Zvyšují odolnost proti korozi, opotřebení a tření.
Kontrola kvality při obrábění hřídelí
U funkčních hřídelí je kontrola kvality velmi důležitá. Pravidelnými kontrolami a zkouškami se ověřují rozměry, vlastnosti materiálu a povrchová úprava. Některé metody zahrnují souřadnicové měření a zkoušky drsnosti a tvrdosti povrchu. Prostřednictvím důkladné dokumentace také zajišťují sledovatelnost a soulad s předpisy.
Analýza zátěže
Provedení analýzy namáhání odhalí oblasti náchylné k vysokému namáhání a obecně místa poruch. Inženýrský software je modeluje pomocí optimalizačních technik.
Seřízení hřídele
K dosažení vhodného vyrovnání lze použít přesné nástroje a správné techniky. Zohledněte prostředí, aby došlo ke snížení vibrací, a tím i opotřebení.
Závěr
Obráběné hřídele hrají v moderních strojích klíčovou roli a zajišťují hladký chod a vysoký výkon. Díky přesné výrobě a přísné kontrole kvality splňují tyto komponenty přísné průmyslové normy.
Spolupracujte s námi a využijte špičkovou technologii obrábění pro hřídele špičkové kvality přizpůsobené vašim specifickým potřebám. Pojďme společně prosazovat inovace.
