Полиуретановые валы с резьбой

Когда говорят про полиуретановые валы с резьбой, многие сразу представляют просто цилиндр с нарезанной канавкой. На деле же — это часто головная боль. Потому что резьба на полиуретане — это не как на металле. Материал ?играет?, пружинит, и если подойти с теми же допусками, что и для стали, получится брак. Сам видел, как на одном из производств пытались использовать стандартные метчики — резьба ?зализывалась?, а при нагрузке первые же витки сминались. Отсюда и пошло мое глубокое убеждение: тут нужен не просто токарь, а понимание поведения полимера под нагрузкой и на резке.

Где кроется подвох? Основные ошибки при заказе

Самая частая ошибка заказчиков — требовать точную метрическую или дюймовую резьбу, как на чертеже детали из металла. Полиуретан, особенно средней твердости (скажем, 50-60 Shore A), упругий. Если нарезать резьбу с полным профилем, при накручивании металлической гайки создается колоссальное напряжение сжатия в вершинах витков. Со временем это приводит к ползучести материала, резьба ?садится?, крепление разбалтывается. Поэтому часто разумнее идти на неполный профиль или увеличивать внутренний диаметр резьбы в валу, давая материалу пространство для деформации без потери функциональности.

Вторая проблема — выбор твердости. Для валов с резьбой, которые будут работать в паре с металлом и воспринимать осевую нагрузку, часто лучше подходит более жесткий полиуретан, от 70 Shore D и выше. Но и тут палка о двух концах: слишком жесткий материал становится хрупким на резке, резьба может получиться с микротрещинами. Нужно искать баланс. В ассортименте, например, ООО Шанхай Диби по производству резиновых и пластиковых изделий (https://www.sh-dibi.ru) как раз видно это разделение: у них есть серия жестких валов (≥70 ед.) и отдельно — валы для нанесения покрытий (40–70 ед.). Под резьбу, если вал будет еще и катить что-то, часто смотрят в сторону первой серии, но не забывают про ударную вязкость.

И третье — способ нарезки. Обычное точение резцом дает приемлемый результат, но для серии лучше термоформирование или навивка с последующей вулканизацией. Это дороже, но резьба получается монолитной, без внутренних напряжений от резания. Мы как-то пробовали для мелкосерийной партии фрезеровать — вышло долго и дорого, а преимуществ по прочности не дало. Вывод: для каждого объема и назначения — свой технологический путь.

Из практики: случай с валом для намотки пленки

Был у меня опыт, связанный с заказом как раз для линии намотки полимерной пленки. Нужен был вал, на торцах которого нарезана внутренняя резьба для крепления на опорах, а сам вал — полиуретановый, чтобы не повреждать материал пленки. Заказчик изначально требовал жесткость 80 Shore A, ссылаясь на необходимость минимального прогиба. Сделали образец. Резьбу нарезали, вал установили. А через месяц — звонок: резьбовые соединения на одном торце ?поплыли?, крепление разболталось.

Стали разбираться. Оказалось, вал работал с небольшой дисбалансировкой, создавалась переменная радиальная нагрузка, которая превращалась в переменное же усилие на отрыв в резьбе. Полиуретан 80 Shore A, будучи жестким, не амортизировал эти микросдвиги, и нагрузка концентрировалась на первых двух-трех витках резьбы. Материал ?устал?. Решение было неочевидным: мы не стали менять материал на более мягкий (прогиб бы увеличился), а пересмотрели геометрию резьбы. Перешли на упорную резьбу с бóльшим углом профиля у основания, распределяющую осевую нагрузку. И посоветовали заказчику балансировку вала. Помогло. Этот случай хорошо показывает, что проблема редко бывает только в материале или только в геометрии — это всегда система.

Кстати, подобные валы для намотки пленки — как раз одна из специализаций ООО Шанхай Диби. В их перечне есть ?валики для намотки пластиковой пленки?, и, зная их подход к сериям, уверен, что для таких задач у них уже есть отработанные решения по подбору полиуретана конкретной эластичности и прочности на разрыв.

Про кожухи и разнодиаметровые втулки: а причем тут резьба?

В описании продукции компании вижу ?специальные кожухи (сокращенно резиновые разнодиаметровые втулки)?. Казалось бы, к валам с резьбой отношения не имеют. Но на практике связь прямая. Часто полиуретановый вал с резьбой на торце — это сердечник, на который напрессовывается или приклеивается именно такая сменная втулка (кожух) из полиуретана другой твердости или резины. Резьба здесь нужна для надежной фиксации всего узла на оси или для стяжки двух половинок кожуха. Ошибка — делать резьбу на самом кожухе. Он работает на износ, его меняют, и резьба будет изнашиваться вместе с ним. Гораздо правильнее — резьба на жестком сердечнике, а кожух садится на него по гладкой поверхности, фиксируясь концевыми шайбами. Это увеличивает срок службы и упрощает обслуживание.

Работая с такими конструкциями, важно учитывать коэффициент температурного расширения. Полиуретановый кожух и полиуретановый же сердечник, но разной твердости, могут по-разному реагировать на нагрев от трения. Если посадка слишком тугая, при нагреве может произойти ?заклинивание?. Если слишком свободная — проскальзывание. Тут без точного расчета или, что чаще, эмпирических данных по конкретным маркам материала не обойтись. Компании, которые, как ООО Шанхай Диби, специализируются на полной серии изделий разной твердости, имеют преимущество: они могут подобрать пары материалов, хорошо работающие вместе в таких комбинированных узлах.

Вопросы стойкости и среды

Нельзя обойти тему эксплуатации. Полиуретановые валы с резьбой редко работают в идеально чистых и сухих условиях. Чаще — в цеху, где есть масляный туман, пыль, может быть попадание воды или агрессивных сред. Резьба — это концентратор напряжений и место, где вся эта грязь скапливается. Если вал предназначен, скажем, для травления (третья серия продукции компании — различные резиновые валы для травления и отжима), то материал должен быть стойким к кислотам или щелочам. Но стойкость полиуретана — вещь не абсолютная. И резьба, из-за большей площади поверхности, атакуется активнее.

Был случай на гальванической линии: вал с резьбой из стандартного полиуретана, стойкого к маслу, поставили в участок с кислотными парами. Через три месяца резьба на торце, не контактировавшая напрямую с раствором, но бывшая в зоне тумана, стала рыхлой, расслоилась. Пришлось срочно менять на вал из специального, дорогого химстойкого сорта. Вывод: при заказе нужно максимально полно описывать среду, включая то, что находится ?рядом?. И если среда агрессивна, возможно, стоит рассмотреть вариант с защитной металлической заглушкой на резьбовую часть, что, конечно, усложняет конструкцию.

Заключительные мысли: экономика и целесообразность

В конце концов, все упирается в деньги и целесообразность. Делать ли цельнолитой полиуретановый вал с резьбой, или maybe разумнее металлическую ось с полиуретановой напрессовкой? Первое часто дороже из-за сложности литья под давлением с формированием резьбы (или последующей механической обработки). Но оно дает монолитность и отсутствие соединений, которые могут разбалтываться. Второе — технологичнее и ремонтопригоднее: износился полиуретан — заменил втулку, а ось с резьбой служит годами.

Выбор зависит от тиража, нагрузок и критичности узла. Для серийного производства, где важна повторяемость и надежность, я бы все же склонялся к монолитным валам из правильно подобранного полиуретана, изготовленным специалистами, которые понимают специфику. Глядя на ассортимент и описание ООО Шанхай Диби по производству резиновых и пластиковых изделий, видно, что они охватывают оба подхода: у них есть и готовые полиуретановые валы (разных серий), и услуга ?Полиуретановые детали (изготовление по чертежам заказчика)?. Это правильный путь, позволяющий закрыть разные потребности рынка.

Так что, возвращаясь к началу: полиуретановый вал с резьбой — это не просто ?сделать резьбу?. Это комплексная задача на стыке материаловедения, механики и технологии производства. И ее успешное решение всегда компромисс между желаемыми характеристиками, долговечностью и стоимостью. Главное — не игнорировать особенности полимера и четко ставить задачу перед производителем, имеющим, как та же Диби, опыт в разных сериях продукции. Тогда и резьба будет держать, и вал — катить.