Proces obróbki kół zębatych, parametry skrawania i wymagania dotyczące narzędzi, jeśli koło zębate jest zbyt twarde do toczenia i konieczna jest poprawa wydajności obróbki

Przekładnia zębata jest głównym, podstawowym elementem przekładni w przemyśle samochodowym. Zazwyczaj każdy samochód ma 18–30 zębów. Jakość przekładni ma bezpośredni wpływ na poziom hałasu, stabilność i żywotność pojazdu. Obrabiarka do obróbki kół zębatych to złożony system obrabiarek i kluczowe urządzenie w przemyśle motoryzacyjnym. Światowi potentaci w produkcji samochodów, tacy jak Stany Zjednoczone, Niemcy i Japonia, również są producentami obrabiarek do obróbki kół zębatych. Według statystyk, ponad 80% kół zębatych samochodowych w Chinach jest obrabianych przez krajowe maszyny do obróbki kół zębatych. Jednocześnie przemysł motoryzacyjny zużywa ponad 60% obrabiarek do obróbki kół zębatych i przemysł motoryzacyjny zawsze będzie głównym odbiorcą obrabiarek.

Technologia obróbki kół zębatych

1. odlewanie i wykonywanie półfabrykatów

Kucie matrycowe na gorąco jest nadal powszechnie stosowaną metodą odlewania półfabrykatów w produkcji elementów przekładni samochodowych. W ostatnich latach technologia walcowania klinowego jest szeroko promowana w obróbce wałów. Technologia ta jest szczególnie przydatna do produkcji półfabrykatów do wałów drzwiowych o skomplikowanych kształtach. Charakteryzuje się nie tylko wysoką precyzją i niewielkim naddatkiem na obróbkę, ale także wysoką wydajnością produkcji.

2. normalizowanie

Celem tego procesu jest uzyskanie twardości odpowiedniej do późniejszego nacinania kół zębatych oraz przygotowanie mikrostruktury do ostatecznej obróbki cieplnej, aby skutecznie ograniczyć odkształcenia po obróbce cieplnej. Materiałem używanym do produkcji kół zębatych jest zazwyczaj stal 20CrMnTi. Ze względu na duży wpływ personelu, sprzętu i środowiska, trudno jest kontrolować prędkość chłodzenia i równomierność chłodzenia przedmiotu obrabianego, co skutkuje dużym rozrzutem twardości i nierównomierną strukturą metalograficzną. To z kolei bezpośrednio wpływa na skrawanie i ostateczną obróbkę cieplną, prowadząc do dużych i nieregularnych odkształceń cieplnych oraz niekontrolowanej jakości detalu. Dlatego stosuje się normalizowanie izotermiczne. Praktyka dowiodła, że ​​normalizowanie izotermiczne może skutecznie korygować wady normalnego normalizowania, a jakość produktu jest stabilna i niezawodna.

3. obracanie

Aby sprostać wymaganiom precyzyjnej obróbki kół zębatych, wszystkie półfabrykaty są obrabiane na tokarkach CNC, które są mocowane mechanicznie bez konieczności szlifowania noża tokarskiego. Obróbka średnicy otworu, powierzchni czołowej i średnicy zewnętrznej odbywa się synchronicznie, z wykorzystaniem jednorazowego mocowania, co nie tylko zapewnia spełnienie wymagań dotyczących pionowości otworu wewnętrznego i powierzchni czołowej, ale także zapewnia niewielki rozrzut mas półfabrykatów. W ten sposób poprawia się dokładność półfabrykatu i gwarantowana jest jakość obróbki kolejnych kół zębatych. Ponadto, wysoka wydajność obróbki na tokarkach CNC znacznie redukuje liczbę maszyn i zapewnia oszczędność.

4. frezowanie i kształtowanie kół zębatych

Tradycyjne frezarki obwiedniowe i dłutownice do kół zębatych są nadal szeroko stosowane do obróbki kół zębatych. Chociaż są łatwe w regulacji i konserwacji, wydajność produkcji jest niska. W przypadku dużych mocy produkcyjnych, konieczne jest jednoczesne wytwarzanie wielu maszyn. Dzięki rozwojowi technologii powlekania, ponowne powlekanie frezów i tłoków po szlifowaniu jest bardzo wygodne. Żywotność narzędzi z powłoką może zostać znacznie wydłużona, zazwyczaj o ponad 90%, co skutecznie zmniejsza liczbę wymian narzędzi i czas szlifowania, przynosząc znaczące korzyści.

5. golenie

Technologia strugania kół zębatych promieniowych jest szeroko stosowana w masowej produkcji przekładni samochodowych ze względu na wysoką wydajność i łatwość modyfikacji zaprojektowanego profilu i kierunku zębów. Od momentu zakupu specjalistycznej maszyny do strugania kół zębatych promieniowych włoskiej firmy w 1995 roku, firma rozwinęła tę technologię, a jakość obróbki jest stabilna i niezawodna.

6. obróbka cieplna

Przekładnie samochodowe wymagają nawęglania i hartowania, aby zapewnić ich dobre właściwości mechaniczne. Stabilne i niezawodne urządzenia do obróbki cieplnej są niezbędne dla produktów, które po obróbce cieplnej nie podlegają już szlifowaniu. Firma wprowadziła linię produkcyjną do ciągłego nawęglania i hartowania niemieckiego Lloyd's, która zapewnia zadowalające rezultaty obróbki cieplnej.

7. szlifowanie

Stosuje się ją głównie do wykańczania poddanego obróbce cieplnej otworu wewnętrznego koła zębatego, powierzchni czołowej, średnicy zewnętrznej wału i innych części w celu zwiększenia dokładności wymiarowej i zmniejszenia tolerancji geometrycznej.

Obróbka kół zębatych odbywa się za pomocą uchwytu z podziałką koła do pozycjonowania i zaciskania, co może skutecznie zagwarantować dokładność obróbki zęba i odniesienia montażowego, a także uzyskać zadowalającą jakość produktu.

8. wykończenie

Celem tego jest sprawdzenie i oczyszczenie nierówności i zadziorów na częściach przekładni skrzyni biegów i osi napędowej przed montażem, aby wyeliminować hałas i nietypowy hałas, który one powodują po montażu. Należy słuchać dźwięku poprzez zazębienie pojedynczej pary lub obserwować odchylenia zazębienia na kompleksowym testerze. Części obudowy skrzyni biegów produkowane przez firmę produkcyjną obejmują obudowę sprzęgła, obudowę skrzyni biegów i obudowę mechanizmu różnicowego. Obudowa sprzęgła i obudowa skrzyni biegów to części nośne, które są zazwyczaj wykonane z odlewanego ciśnieniowo stopu aluminium poprzez specjalne odlewanie ciśnieniowe. Kształt jest nieregularny i złożony. Ogólny przebieg procesu to frezowanie powierzchni złącza → obróbka otworów i otworów łączących → zgrubne rozwiercanie otworów łożyskowych → dokładne rozwiercanie otworów łożyskowych i otworów na kołki ustalające → czyszczenie → testowanie i wykrywanie szczelności.

Parametry i wymagania narzędzi do obróbki kół zębatych

Koła zębate ulegają znacznym odkształceniom po nawęglaniu i hartowaniu. Szczególnie w przypadku dużych kół zębatych, odkształcenie wymiarowe nawęglanego i hartowanego zewnętrznego okręgu i otworu wewnętrznego jest zazwyczaj bardzo duże. Jednak do toczenia nawęglanego i hartowanego zewnętrznego okręgu koła zębatego nie było odpowiedniego narzędzia. Narzędzie BN-H2O, opracowane przez firmę „Valin Superhard” do toczenia stali hartowanej z dużą wytrzymałością, skorygowało odkształcenie nawęglanego i hartowanego wewnętrznego otworu i powierzchni czołowej zewnętrznego okręgu koła zębatego, a także znalazło odpowiednie narzędzie do obróbki przerywanej. Dokonało ono światowego przełomu w dziedzinie obróbki przerywanej za pomocą narzędzi supertwardych.

Odkształcenie kół zębatych podczas nawęglania i hartowania: Odkształcenie kół zębatych podczas nawęglania i hartowania jest spowodowane głównie łącznym działaniem naprężeń szczątkowych generowanych podczas obróbki skrawaniem, naprężeń cieplnych i strukturalnych generowanych podczas obróbki cieplnej oraz odkształcenia pod wpływem ciężaru własnego przedmiotu obrabianego. Szczególnie w przypadku dużych pierścieni zębatych i kół zębatych, duże pierścienie zębate również zwiększają odkształcenie po nawęglaniu i hartowaniu ze względu na ich wysoki moduł, głęboką warstwę nawęglania, długi czas nawęglania i ciężar własny. Prawo odkształcenia dużego wału zębatego: zewnętrzna średnica koła zębatego wykazuje wyraźną tendencję do kurczenia się, ale w kierunku szerokości zęba wału zębatego środek się zmniejsza, a oba końce są nieznacznie rozszerzone. Prawo odkształcenia pierścienia zębatego: Po nawęglaniu i hartowaniu zewnętrzna średnica dużego pierścienia zębatego zwiększa się. Gdy szerokość zęba jest różna, kierunek szerokości zęba będzie stożkowy lub stożkowy.

Toczenie kół zębatych po nawęglaniu i hartowaniu: odkształcenie pierścienia zębatego po nawęglaniu i hartowaniu można kontrolować i do pewnego stopnia redukować, lecz nie da się go całkowicie uniknąć. W celu korekcji odkształceń po nawęglaniu i hartowaniu poniżej przedstawiono krótki opis wykonalności narzędzi tokarskich i skrawających po nawęglaniu i hartowaniu.

Toczenie zewnętrznego okręgu, otworu wewnętrznego i powierzchni czołowej po nawęglaniu i hartowaniu: toczenie jest najprostszym sposobem na skorygowanie odkształcenia zewnętrznego okręgu i wewnętrznego otworu nawęglanego i hartowanego koła zębatego. Wcześniej żadne narzędzie, w tym zagraniczne narzędzia supertwarde, nie mogło rozwiązać problemu silnie przerywanego cięcia zewnętrznego okręgu hartowanego koła zębatego. Firma Valin superhard została zaproszona do przeprowadzenia badań i rozwoju narzędzi: „Przerywane skrawanie hartowanej stali zawsze stanowiło trudny problem, nie wspominając o hartowanej stali o twardości około HRC60, a naddatek na odkształcenie jest duży. Podczas toczenia hartowanej stali z dużą prędkością, jeśli obrabiany przedmiot ma przerywane skrawanie, narzędzie zakończy obróbkę z ponad 100 udarami na minutę podczas cięcia hartowanej stali, co jest dużym wyzwaniem dla odporności narzędzia na uderzenia”. Tak mówią eksperci z Chińskiego Stowarzyszenia Noży. Po roku powtarzanych testów firma Valin superhard wprowadziła markę supertwardych narzędzi skrawających do toczenia hartowanej stali o silnej nieciągłości; Eksperyment toczenia przeprowadza się na zewnętrznym okręgu koła zębatego po nawęglaniu i hartowaniu.

Eksperyment z toczeniem koła zębatego walcowego po nawęglaniu i hartowaniu

Duże koło zębate (koło koronowe) uległo poważnemu odkształceniu po nawęglaniu i hartowaniu. Odkształcenie zewnętrznego koła wieńcowego koła zębatego sięgało 2 mm, a twardość po hartowaniu wynosiła 60-65 HRC. W tamtym czasie klient miał trudności ze znalezieniem szlifierki o dużej średnicy, a naddatek na obróbkę był duży, a wydajność szlifowania zbyt niska. Ostatecznie nawęglane i hartowane koło zębate zostało przetoczone.

Prędkość liniowa cięcia: 50–70 m/min, głębokość cięcia: 1,5–2 mm, odległość cięcia: 0,15–0,2 mm/obrót (dostosowana do wymagań dotyczących chropowatości)

Podczas toczenia hartowanego koła zębatego, obróbka jest wykonywana jednorazowo. Oryginalne, importowane narzędzie ceramiczne można poddać obróbce tylko wielokrotnie, aby usunąć odkształcenie. Ponadto, zapadnięcie się krawędzi jest poważne, a koszt użytkowania narzędzia jest bardzo wysoki.

Wyniki testów narzędzia: jest ono bardziej odporne na uderzenia niż oryginalne importowane narzędzie ceramiczne z azotku krzemu, a jego żywotność jest sześciokrotnie dłuższa niż narzędzia ceramicznego z azotku krzemu przy trzykrotnym zwiększeniu głębokości skrawania! Wydajność skrawania wzrosła trzykrotnie (wcześniej była trzykrotnie większa, teraz jednokrotnie). Chropowatość powierzchni przedmiotu obrabianego również spełnia wymagania użytkownika. Najcenniejsze jest to, że ostateczną przyczyną uszkodzenia narzędzia nie jest niepokojące pęknięcie krawędzi, ale normalne zużycie tylnej powierzchni. Ten eksperyment z przerywanym toczeniem hartowanej stali obalał mit, że supertwarde narzędzia przemysłowe nie nadają się do przerywanego toczenia hartowanej stali! Wywołał on wielką sensację w akademickim środowisku narzędzi skrawających!

Wykończenie powierzchni otworu wewnętrznego koła zębatego po hartowaniu

Biorąc za przykład przerywane skrawanie otworu wewnętrznego przekładni z rowkiem olejowym: żywotność próbnego narzędzia skrawającego sięga ponad 8000 metrów, a wykończenie mieści się w granicach Ra0,8. Zastosowanie supertwardego narzędzia z polerowaną krawędzią pozwala na uzyskanie wykończenia toczenia stali hartowanej na poziomie około Ra0,4. Można uzyskać dobrą trwałość narzędzia.

Obróbka powierzchni czołowej koła zębatego po nawęglaniu i hartowaniu

Jako typowe zastosowanie „toczenia zamiast szlifowania”, ostrze z regularnego azotku boru jest szeroko stosowane w praktyce produkcyjnej do toczenia na twardo powierzchni czołowych kół zębatych po obróbce cieplnej. W porównaniu ze szlifowaniem, toczenie na twardo znacznie poprawia wydajność pracy.

W przypadku kół zębatych nawęglanych i hartowanych wymagania stawiane frezom są bardzo wysokie. Po pierwsze, skrawanie przerywane wymaga wysokiej twardości, udarności, wytrzymałości, odporności na zużycie, chropowatości powierzchni i innych właściwości narzędzia.

przegląd:

Do toczenia po nawęglaniu i hartowaniu oraz do toczenia powierzchni czołowych popularne są standardowe, spawane, kompozytowe narzędzia z regularnego azotku boru. Jednak w przypadku odkształceń wymiarowych zewnętrznego okręgu i otworu wewnętrznego nawęglanego i hartowanego dużego pierścienia zębatego, trudno jest wyeliminować odkształcenia o dużej wartości. Przerywane toczenie stali hartowanej za pomocą supertwardego narzędzia Valin z regularnego azotku boru bn-h20 to ogromny postęp w przemyśle narzędziowym, który sprzyja szerokiemu rozpowszechnieniu procesu „toczenia zamiast szlifowania” w przemyśle przekładniowym, a także znajduje rozwiązanie problemu hartowanych narzędzi tokarskich do walcowych powierzchni kół zębatych, który od lat jest przedmiotem zagadek. Niezwykle istotne jest również skrócenie cyklu produkcyjnego pierścieni zębatych i obniżenie kosztów produkcji; frezy serii BN-h20 są znane jako światowy model wytrzymałej, przerywanej stali hartowanej w przemyśle.