Przekładnie to cisi, niezastąpieni bohaterowie współczesnego świata. Od skomplikowanego mechanizmu przekładni pojazdu po kolosalną moc turbiny wiatrowej, te zębate elementy stanowią fundament mechanicznego przenoszenia mocy. Przez wieki produkcja przekładni była dążeniem do precyzji i wydajności, zdominowanym przez utarte procesy, takie jak frezowanie, kształtowanie i przeciąganie. Jednak nieustanne wymagania współczesnego przemysłu – dotyczące większych wolumenów produkcji, większej efektywności kosztowej i ściślejszej integracji komponentów – przyczyniły się do rozwoju przełomowej technologii:Power Skiving.

Zasada obróbki metodą Power Skiving

W swojej istocie, Power Skiving to ciągły, generatywny proces skrawania, który synergicznie łączy szybkie obroty frezowania obwiedniowego z układem narzędzia i przedmiotu obrabianego, charakterystycznym dla obróbki kół zębatych. Jest to złożony proces „walcowania” lub „strugania”, w którym specjalistyczny, wielozębny frez i półfabrykat koła zębatego obracają się precyzyjnie zsynchronizowanym ruchem przypominającym zazębienie.

Charakterystyczną cechą strzyżenia elektrycznego jestkąt przecięcia osi (Σ)W przeciwieństwie do frezowania obwiedniowego (gdzie osie narzędzia i przedmiotu obrabianego są ustawione pod kątem 90 stopni, przesunięte o kąt linii śrubowej) lub kształtowania (gdzie osie są równoległe), skrawanie z wykorzystaniem technologii Power Skiving działa z osiami narzędzia i przedmiotu obrabianego ustawionymi pod określonym, nierównoległym i nieprzecinającym się kątem. Ten kąt jest kluczowym czynnikiem warunkującym przebieg procesu.

Ten starannie obliczony kąt tworzy określoną prędkość względną (poślizg) między krawędziami skrawającymi narzędzia a powierzchniami bocznymi przedmiotu obrabianego. Ponieważ narzędzie i półfabrykat obracają się z dużą prędkością, ta prędkość poślizgu generuje proces skrawania. Narzędzie skrawające, przypominające frez kształtowy, ale charakteryzujące się kątem pochylenia linii śrubowej, skutecznie „odrywa” materiał od półfabrykatu z każdym przejściem krawędzi skrawającej, stale generując ewolwentowy profil zęba podczas obrotu obu elementów.

Narzędzia: serce procesu

Frez do obróbki strumieniowo-ściernej to wysoce złożony i specjalistyczny element narzędziowy. Zazwyczaj jest wykonany z węglika spiekanego z powłoką stałą, zapewniającego maksymalną sztywność i odporność na zużycie, lub z wysokowydajnej stali szybkotnącej (HSS) wytwarzanej metodą metalurgii proszkowej (PM). Konstrukcja narzędzia – w tym kąt pochylenia linii śrubowej, kąt natarcia i profil – jest obliczana specjalnie dla modelu kinematycznego maszyny i dokładnej geometrii koła zębatego docelowego. Ta specyficzna dla narzędzia złożoność ma istotny wpływ na całkowity koszt i konfigurację procesu.

Zalety i wady skrawania metodą Power Skiving

Jak każdy proces produkcyjny, także skrawanie metodą power skiving wiąże się z pewnym zestawem kompromisów.

Zalety:

Ekstremalna wydajność: Jest znacznie szybsza (3-10 razy) niż dłutowanie kół zębatych i wysoce konkurencyjna w porównaniu z frezowaniem obwiedniowym. W przypadku kół zębatych wewnętrznych jest to często najbardziej wydajna dostępna metoda.

Niezrównana elastyczność: Proces ten umożliwia obróbkę zarówno kół zębatych wewnętrznych i zewnętrznych, jak i wielowypustów, kół zębatych śrubowych i kół zębatych walcowych na jednej maszynie.

Możliwość „wykonania w jednym”: Maszyna może wykonywać obróbkę zgrubną, półwykańczającą i wykańczającą w jednym ustawieniu. Umożliwia również obróbkę skrawaniem na twardo, czyli obróbkę kół zębatych po obróbce cieplnej, co eliminuje konieczność późniejszego szlifowania.

Wysoka jakość: Jeśli obróbka skrawaniem odbywa się na sztywnej, nowoczesnej maszynie, można w ten sposób uzyskać koła zębate o wysokiej dokładności (np. AGMA 10-11, DIN 6-7) i doskonałej jakości wykończenia powierzchni.

Rozwiązuje trudne geometrie: Idealnie nadaje się do części z ograniczonym luzem narzędziowym, takich jak koła zębate z kołnierzem lub kołnierzem, gdzie frez frezarski nie może się wysunąć. Jest to częste wyzwanie w przypadku kompaktowych konstrukcji przekładni.

Wady:

Wysokie koszty kapitałowe maszyny: Proces wymaga wysoce zaawansowanej, sztywnej i stabilnej termicznie maszyny CNC 5-osiowej (lub większej) z idealną synchronizacją elektroniczną, co stanowi znaczną inwestycję.

Złożone procesy i narzędzia: Kinematyka jest wyjątkowo złożona. Planowanie procesów wymaga zaawansowanego oprogramowania symulacyjnego do obliczania ścieżek narzędzi i unikania kolizji. Same narzędzia są drogie i specyficzne dla danego zastosowania.

Czułość ustawienia: Proces jest niezwykle wrażliwy na poprawność ustawienia, zwłaszcza kąta przecięcia osi. Każde odchylenie może drastycznie wpłynąć na żywotność narzędzia i jakość detalu.

Zarządzanie wiórami: Szybkie usuwanie dużych objętości materiału może stwarzać problemy z kontrolą wiórów, zwłaszcza podczas obróbki głębokich wewnętrznych kół zębatych, gdzie wióry mogą się gromadzić.

Scenariusze zastosowań

Power skiving nie jest uniwersalnym procesem zastępującym wszystkie inne procesy obróbki przekładni, jest jednak dominującym rozwiązaniem w określonych obszarach o dużej wartości, napędzanym głównie przez masową produkcję.

Przemysł motoryzacyjny: Jest to największy użytkownik. Proces ten jest szeroko stosowany do produkcji wewnętrznych elementów przekładni, takich jak koła pierścieniowe, koła planetarne i wielowypustowe korpusy sprzęgieł. Jego zdolność do szybkiego i precyzyjnego wytwarzania wewnętrznych kół zębatych i złożonych wielowypustów jest nieoceniona w nowoczesnych, kompaktowych skrzyniach biegów w pojazdach automatycznych i elektrycznych (EV).

Lotnictwo i kosmonautyka: Używane do produkcji wielowypustów i przekładni układów napędowych, gdzie priorytetem jest wysoka niezawodność oraz złożona, lekka konstrukcja.

Maszyny przemysłowe: Idealne do produkcji elementów, takich jak koła zębate pomp, sprzęgła i inne wały wielowypustowe, w których wydajność i precyzja mają kluczowe znaczenie.

Idealnym kandydatem do obróbki metodą power skiving są elementy o średniej lub dużej objętości, zwłaszcza koła zębate o uzębieniu wewnętrznym lub z kołnierzami kolidującymi, w przypadku których oszczędność czasu cyklu uzasadnia wysoką początkową inwestycję w maszyny i narzędzia.

Wniosek

Technologia Power Skiving z powodzeniem przeszła od stuletniej koncepcji teoretycznej do nowoczesnego, potężnego rozwiązania produkcyjnego. Łącząc szybkość frezowania obwiedniowego z elastycznością kształtowania, technologia ta zasadniczo wypełniła krytyczną lukę w produkcji kół zębatych. Oferuje niezrównane rozwiązanie do masowej produkcji kół zębatych wewnętrznych i złożonych elementów wielowypustowych, zwiększając wydajność i umożliwiając rozwój kolejnej generacji kompaktowych, wysokowydajnych systemów mechanicznych. Wraz z ciągłym rozwojem technologii obrabiarek, oprogramowania symulacyjnego i konstrukcji narzędzi skrawających, popularność technologii Power Skiving będzie rosła, umacniając jej rewolucyjną rolę w produkcji kół zębatych.