vědomosti

Výrobní proces ozubených hřídelí

Výrobní proces zahrnuje několik kroků s cílem získat díly, které splňují požadavky na rozměrovou přesnost, tvarovou přesnost, polohovou přesnost, drsnost povrchu, tvrdost povrchu a mikrostrukturu. Postup procesu závisí na materiálu, velikosti šarže, požadavcích na přesnost a strukturálních charakteristikách (integrovaný vs. sestavený).

1. Příprava suroviny:

- Kulatý tyčový materiál: Používá se pro malé a střední ozubené hřídele, řezané na požadovanou délku pilou pro vytvoření polotovaru.

- Výkovky: Obzvláště důležité! Velká většina polotovarů hřídelí ozubených kol ze středně uhlíkové oceli a legované oceli je kovaná. Kování eliminuje vady odlitků, zjemňuje zrna, zvyšuje hustotu a činí linie toku kovu rozumnějšími (zlepšuje pevnost a houževnatost). Hlavní metody:

Volné kování: Vhodné pro kusové, malosériové a velké ozubené hřídele.

Kování v zápustce: Vhodné pro sériově vyráběné malé a střední ozubené hřídele. Nabízí lepší rozložení proudění, vyšší rozměrovou přesnost a menší přídavek na obrábění.

Přesné kování: Vyrábí ozubené hřídele se zuby blížícími se konečnému tvaru (čistý tvar/téměř čistý tvar).

- Odlitky: Používají se hlavně pro polotovary ozubených hřídelí z litiny nebo tvárné litiny. Mezi metody patří lití do pískových forem (pro kusovou a malosériovou výrobu), tlakové lití (pro dávkovou výrobu) a přesné lití (lití na vytavitelný model, tlakové lití).

 

2. Předehřátí:

- Cíl: Odstranění pnutí při kování, zlepšení hrubé a nerovnoměrné mikrostruktury po kování, snížení tvrdosti a zlepšení obrobitelnosti.

- Metody:

Žíhání/normalizace: Nejčastěji používané. Normalizace se používá častěji, s mírně rychlejší rychlostí ochlazování než žíhání, což má za následek jemnější mikrostrukturu a lepší celkový výkon.

Kalení a popouštění: Důležitý následný proces pro polotovary ozubených hřídelí ze středně uhlíkové oceli a legované oceli po kování. Zlepšuje obrobitelnost a zpočátku zvyšuje výkon.

 

3. Hrubé obrábění:

- Cíl: Odebrat většinu přídavku a vytvořit základní tvar.

- Operace: Obvykle se provádějí na soustruhu k soustružení vnějších válcových ploch, čelních ploch a zkosení atd.

 

4. Polodokončovací obrábění:

- Cíl: Příprava upínacích referenčních ploch pro následné jemné obrábění a tepelné zpracování.

- Provoz:

Soustružte referenční čep (s vyššími požadavky na přesnost), čelní plochy (pro zajištění čelního házení) a středicí otvory (pro následné broušení a další operace vyžadující upínání ve dvou středech).

Frézování drážek pro pero nebo drážkování (pokud jsou na hřídeli ozubeného kola přítomny). Někdy se provádí před tepelným zpracováním.

Ponechte rovnoměrné přídavky pro následné obrábění povrchu zubu.

 

5. Konečné tepelné zpracování: (Základní proces)

- Cíl: V konečném důsledku určuje únosnost, odolnost proti opotřebení a životnost hřídele převodovky!

- Klíčové metody (v závislosti na typu materiálu):

Kalení a popouštění: U obráběných polotovarů/hrubě obrobených dílů se kalení a následné popouštění za vysoké teploty používá k dosažení jednotné mikrostruktury popouštěného sorbitu. Poskytuje vynikající komplexní mechanické vlastnosti (vyváženou pevnost, houževnatost a tažnost). Vhodné pro hřídele ozubených kol z ocelí se středním obsahem uhlíku a ocelí se středním obsahem uhlíku (např. 45, 40Cr).

Povrchové kalení: Indukční ohřev při středních nebo vysokých frekvencích následovaný rychlým kalením (obvykle pouze pro ozubenou část). Vytváří vysoce tvrdou povrchovou martenzitickou vrstvu a houževnaté jádro. Vhodné pro integrální hřídele ozubených kol (například středněfrekvenční kalení zubů z oceli 45 po kalení a popouštění). Charakterizováno mělkou kalenou vrstvou a relativně kontrolovatelnou deformací.

Cementace a kalení: Pro jemně obráběné nebo polotovarové součásti z nízkouhlíkových slitin cementací oceli. Dlouhodobá cementace v peci s ochrannou atmosférou (pro získání 0.5-2 mm povrchové vrstvy s vysokým obsahem uhlíku), následovaná kalením a nízkoteplotním popouštěním. Výsledek: Extrémně vysoká povrchová tvrdost a odolnost proti opotřebení (HRC 58-62), přičemž jádro si zachovává vysokou houževnatost (HRC 30-45). Toto je standardní proces pro vysokorychlostní a vysoce zatížené hřídele ozubených kol (například automobilové převodovky). Proces je složitý, s relativně velkou deformací a vyžaduje následné přesné broušení. Materiály jako 20CrMnTi.

Nitridace/nitrocementace: Provádí se při nižších teplotách (500–570 °C) s minimální deformací (někdy se používá jako finální proces), což vede ke kalené vrstvě s vysokou tvrdostí, vysokou odolností proti opotřebení a vynikající únavovou odolností (mělčí než cementace, 0.1–0.6 mm). Tvrdost může dosáhnout až HV 1000–1200 (přibližně HRC 65–70). Je vhodná pro aplikace, které vyžadují minimální deformaci a vysokou únavovou pevnost (jako jsou přesné obráběcí stroje a šneky pro extrudéry plastů). Mezi běžně používané materiály patří 38CrMoAl a další oceli specifické pro nitridaci obsahující Al, Cr a Mo nebo kalené a popouštěné konstrukční oceli. Před nitridací je třeba díly přesně obrobit na konečné rozměry nebo je polotovarně opracovat s malým přídavkem na broušení (například 0.1 mm).

Popouštění: Díly, které prošly kalením nebo cementací a kalením, musí být popouštěny (při nízkých nebo středních teplotách), aby se stabilizovala mikrostruktura, uvolnilo napětí a upravila tvrdost.

 

6. Dokončení:

- Cíl: Dosažení konečné rozměrové přesnosti, geometrické přesnosti tvaru, polohové přesnosti a drsnosti povrchu dle konstrukčních požadavků. Především korekce deformace způsobené tepelným zpracováním.

- Klíčové procesy:

Soustružení a broušení: Obnovte středový otvor pro následné jemné broušení.

Broušení vnějšího průměru: Proces broušení jádra. Broušení čepu (kde je ložisko instalováno), upevňovacích ploch a dosedacích ploch pro ozubená kola na konečné rozměry a přesnost (až do IT6 pro požadavky na vysokou přesnost). Zajištění kruhovitosti a válcovitosti.

Broušení vnitřního průměru: (Pokud se jedná o dutý hřídel ozubeného kola)

Jemná úprava profilu ozubených kol (broušení ozubených kol):

Broušení ozubených kol: Přesné broušení (někdy i silné škrábání) povrchu zubu ozubeného kola po tepelném zpracování za účelem korekce deformace a dosažení nejvyšší přesnosti (5-6 stupňů dle GB/T 10095) a povrchové úpravy. Používá se hlavně pro přesné hřídele ozubených kol vyrobené ze středně uhlíkové oceli/legované oceli po kalení povrchu nebo cementaci a kalení/nitridaci. Je to nákladné. Nezbytný proces pro vysoce přesné, vysokorychlostní a vysoce zatížené hřídele ozubených kol.

Někdy se honování nebo broušení používá jako doplněk nebo alternativa pro nižší požadavky na přesnost.

Broušení drážkování: Pokud jsou přítomna drážkovaná spojení.

Superfinišování/leštění: Pro extrémně náročné dosedací plochy ložisek pro další zlepšení drsnosti povrchu a přesnosti tvaru (např. Ra 0.1 μm).

Dynamické vyvážení: U vysokorychlostních rotujících hřídelí ozubených kol (jako jsou klikové hřídele motorů, vysokorychlostní hřídele reduktorů) musí být korekce dynamického vyvážení provedena na dynamickém vyvažovacím stroji.

 

7. Inspekce:

- V průběhu celého procesu: vstupní kontrola materiálu, průběžná kontrola (tvrdost a hloubka pouzdra před a po tepelném zpracování) a kontrola konečného výrobku.

- Klíčové položky: kritické rozměrové tolerance, kruhovitost/válcovitost čepu, radiální/axiální házení, přesnost profilu ozubeného kola (tvar zubu, směr zubu, chyba rozteče zubů), drsnost povrchu (Ra 0.8-0.2 μm pro dosedací plochy ložiska, Ra 0.8-0.4 μm pro plochy ozubených kol), tvrdost a hloubka pouzdra po tepelném zpracování (efektivní hloubka zkalené vrstvy, tvrdost povrchu/jádra), metalografická struktura (martenzitický stupeň, zbytkový austenit, přítomnost abnormálních struktur, jako jsou hrubá zrna, oduhličení) atd.

- Vybavení: posuvná měřítka, mikrometry, úchylkoměry, drsnoměry, optické projektory, souřadnicové měřicí stroje (CMM), měřicí centra pro ozubení, tvrdoměry (Rockwell, Brinell, Vickers, povrchový Rockwell), metalografické mikroskopy atd.

 

8. Čištění, ochrana proti korozi a balení:

- Odstraňte zbytky po obrábění (třísky, chladicí kapalinu, brusné částice).

- Aplikujte přípravek proti korozi (olejový nátěr nebo ochrana proti korozi v plynné fázi).

- Balení dle potřeby.

 

Rozdíly ve výrobních procesech mezi integrovanými a montovanými hřídeli ozubených kol (na příkladu běžně používané kalené a popouštěné oceli/cementované oceli)

Integrovaný hřídel převodovky:

- Surovina -> Kování -> Předehřevní zpracování (normalizace/žíhání) -> Hrubé soustružení -> Kalení a popouštění -> Korekce středového otvoru/povrchové soustružení (na referenční konečné tepelné zpracování) -> (Pokud jsou k dispozici drážky pro pera/drážkování -> frézování) -> Hrubé obrábění profilu ozubeného kola (válcování/řezání) -> Konečné tepelné zpracování (kalení/cementace a kalení/nitridace) -> (Jemné broušení referenčních ploch) -> Jemné broušení všech vnějších průměrů/čepů -> Jemné broušení ploch ozubených kol/dokončovací soustružení

 

Pokud máte jakékoli dotazy, požadavky, potřebujete vyvinout nové díly nebo vylepšit svůj dodavatelský řetězec, neváhejte nás kontaktovat na adrese info@castings-forging.com