Що таке процеси виробництва заготовок шестерень? Лиття проти кування проти механічної обробки

Верхня межа якості зубчастих виробів залежить від матеріалу основи. Навіть якщо у вас є найкраща конструкція профілю зубів або найдосконаліше рішення для термічної обробки, за наявності дефектів у базовому процесі виготовлення заготовки зубчастого колеса, вашим шестерням судилося не працювати протягом тривалого часу.

Заготовки зубчастих коліс є визначальними факторами для структурної цілісності, довговічності та вартості виробництва кінцевих компонентів. Вибір неправильного виробничого процесу може призвести до катастрофічної поломки механізму під час-роботи на місці або збільшити витрати на технічне обслуговування в процесі виробництва.

Отже, як вибрати виробничий процес? Чи вибрати лиття, кування чи пряму механічну обробку прутка?

Лиття є одним із найдавніших методів обробки металу, освоєних людьми, і для конкретних сценаріїв застосування воно залишається висококонкурентоспроможнимпроцес виготовлення заготовки шестерні. Принцип полягає у впорскуванні розплавленого металу в порожнину форми, тим самим визначаючи форму заготовки.

Майстерність і матеріали
У сфері зубчастих коліс ми зазвичай маємо на увазі лиття в пісок або лиття по виплавленим моделям, а зазвичай використовувані матеріали включають сірий чавун, ковкий чавун або литу сталь. Після того, як розплавлений метал охолоне і затвердіє, він утворює форму, що відповідає формі.

плюси і мінуси
Найбільшою перевагою лиття є ступінь свободи геометричної форми. Якщо ви розробляєте гігантські зубчасті колеса для кульових млинів у шахтах або суднових силових установок - із діаметром у кілька метрів - лиття часто є єдиним можливим рішенням. Це дозволяє безпосередньо відливати складні конструкції, такі як спиці та отвори для зменшення ваги в заготовці, тим самим значно зменшуючи кількість видаляється матеріалу в майбутньому.

Але кастинг має свої слабкі сторони. Процес затвердіння може легко призвести до внутрішніх дефектів, таких якпористість і усадкові порожнини. Крім того, зерниста структура виливків зазвичай випадкова і груба. Це означає, що порівняно з поковками міцність на розрив і ударна в’язкість литих зубчастих коліс зазвичай нижчі.

Застосовні сценарії, як правило, це зубчасті колеса-великого розміру, надзвичайно складні геометричні структури, застосування з низьким і середнім навантаженням і ситуації, які вимагають чудових характеристик поглинання ударів чавуну.

Увага:Остерігайтеся внутрішніх прихованих дефектів, які будуть виявлені лише після початку обробки зуборізів.

Коли безкомпромісними вимогами стають висока -несуча здатність, ударостійкість і довгий термін служби,куванняце, безсумнівно, кращий процес виробництва заготовки шестерні. Кування передбачає нагрівання металевої заготовки та застосування величезного тиску за допомогою гігантського молота або преса, щоб викликати її пластичну деформацію.

Секретна зброя:Зерновий потік
Чому ковані шестерні міцніші за литі чи нарізні? Відповідь криється впотік металевого зерна.
Уявіть собі деревину. Розколоти деревину по текстурі набагато легше, ніж розрізати по горизонталі. Метали також мають подібні «текстури» або волокнисті структури.

На кастингу: немає ліній обтіку, структура ізотропна, але відносно пухка.
Різання:Ви обрізали лінію потоку, і оголені кінці волокон можуть стати початковою точкою для утворення тріщин.
В куванні, пластична деформація змушує лінії потоку металу слідувати контуру заготовки.

Ця безперервна обтічна лінія металу утворює «скелет» всередині частини, який узгоджується з напрямком сили, що діє на шестерню, значно покращуючи втомну міцність і стійкість до ударів.

Дві основні форми

Відкрите штампування:Використовується для більших і простих заготовок. Він може ефективно ущільнити центр сталевого злитка та закрити внутрішні пори.
Закрите штампування:Це найпоширеніший процес виготовлення заготовок для автомобільних і промислових передач. Метал пресується в прецизійні прес-форми для отримання заготовок «майже чистого» з мінімальною подальшою обробкою.

Економічні міркування
Для кування потрібні дорогі форми та важке обладнання. Якщо це один прототип, це не-рентабельно. Але для партій понад 1000 штук кування часто є найдешевшим варіантом завдяки мінімальним витратам сировини та значному скороченню часу обробки. Підходить для автомобільних коробок передач, авіаційних передач, важких-промислових коробок передач і великого-виробництва.

Третім поширеним процесом виготовлення заготовки зубчастих коліс є вирізання безпосередньо з прутка. Тут ви вибираєте суцільну круглу сталь (наприклад, сталь 45 #, 42CrMo, 20CrMnTi тощо) і використовуєте токарний верстат з ЧПК або пилку, щоб розрізати її на розмір заготовки шестерні.

Шлях з найменшим опором
Це процес «зменшення матеріалу». Ви тримаєте більший шматок матеріалу і відрізаєте всі частини, які не схожі на шестерні.

Найбільшою перевагою тут є маневреність. Вам не потрібно чекати 8 тижнів на виготовлення ливарних або кувальних форм. Ви можете сьогодні замовити сталевий стрижень, а завтра отримати оброблену заготовку шестерні. Для прототипування, заміни запасних частин або невеликого серійного виробництва (наприклад, від 10 до 50 одиниць) це зазвичай є кращим методом за умовчанням.

Компроміс в інженерії
Недоліком є ​​конструктивні характеристики. Як згадувалося раніше, коли ви обертаєте шестерні з брускового матеріалу, ви порушуєте лінії потоку волокон матеріалу. Розрізаючи поздовжню структуру прокату, ви оголюєте кінці зерна на поверхні зуба шестерні.

Хоча якість сучасної сталі досить висока, щоб зробити цей метод прийнятним для багатьох загальних застосувань, довговічність нарізних зубчастих коліс зазвичай нижча, ніж у кованих зубчастих коліс із тим самим матеріалом і розміром.

Крім того, коефіцієнт використання матеріалу для цього процесу виготовлення заготовки зубчастих коліс найнижчий. Якщо ви хочете обробити велику шестерню з маточиною колеса, ви перетворите більшу частину дорогої легованої сталі на стружку (відходи), що безпосередньо збільшить вартість матеріалу на шматок.

Його перевага полягає в тому, що немає потреби в оплаті форми (NRE), а цикл доставки дуже швидкий. Підходить для прототипів машин, випробувань невеликих серій, деталей для екстреного ремонту та передач із легкими та середніми навантаженнями.

Щоб допомогти вам інтуїтивно зрозуміти відмінності, Hansheng порівняв разом ці три процеси виробництва заготовок шестерень.

 

 

 

 

 

Точка беззбитковості "витрати проти випуску"
Одним із найважливіших факторів при виборі процесу виготовлення заготовки зубчастого колеса є «крива продуктивності».

Якщо вам потрібно 10 зубчастих коліс, підходящим вибором стане стрижнева шина. Хоча матеріальні відходи є значними, загальна вартість все одно нижча, ніж вартість відкриття комплекту форм для кування (яка може досягати десятків тисяч юанів).

Якщо вам потрібно 5000 передач, кування є беззаперечним переможцем. Початкова вартість прес-форми розподіляється на тисячі деталей, а збільшення вартості однієї штуки є мінімальним. У той же час економія сировини та скорочення часу обробки (оскільки заготовка майже чиста) принесе величезний прибуток.

Компанія Hansheng надає вам контрольний список для процесу виготовлення заготовок для спорядження.

Оцініть навантаження та запас міцності
Для якого сценарію використовується це спорядження? Якщо застосування передбачає ударне навантаження, циклічне навантаження або критичні функції безпеки, тоді лиття може бути приділено особливу увагу.

Розбір геометричних фігур
Чи мають шестерні великі черевні пластини, складні отвори для зменшення ваги чи інтегровані оболонки? Якщо форма надто складна для кування, або токарна обробка занадто марнотратна, лиття може бути вашим єдиним геометричним рішенням.

Розрахувати загальну вартість володіння (TCO)
Не просто дивіться на вартість сировини, дивіться на вартість готового продукту.
Купівля заготовок для лиття може бути дешевою, але якщо є жорсткі точки (холодні зони), це не сприятливо для реквізитів з ЧПК і збільшить витрати на обробку.
Незважаючи на те, що заготовки для кування вимагають великих початкових інвестицій, їх постійна гладкість поверхні та відсутність дефектів можуть прискорити швидкість фрезерування та шліфування, тим самим скорочуючи час циклу всього процесу виготовлення заготовки зубчастих коліс.

Розглянемо вплив теплової обробки
Ковані матеріали зазвичай мають щільнішу та одноріднішу структуру, що робить їх реакцію на термічну обробку, таку як цементація та азотування, більш передбачуваною. Виливки іноді зазнають непередбачуваної деформації під час загартування через внутрішні невідповідності.

Базуючись на великому досвіді компанії Hansheng, ми вважаємо, що не існує абсолютно «найкращого» процесу виробництва заготовок для спорядження, а лише той процес, який найкраще відповідає стандартам продуктивності, бюджету та продуктивності вашого проекту.

кастинг:для надвеликих і складних геометричних структур.
Кування:Для критичної продуктивності, довговічності та масового виробництва.
Розкрій прутка:для швидкості, гнучкості та невеликих партій.

Hansheng є професійним виробником передач, який надає-стандартні точні рішення для трансмісії. Якщо у вас є будь-які потреби, пов’язані з обладнанням, будь ласка, негайно зв’яжіться з нашою командою інженерів або відвідайте нашу сторінку можливостей виробництва обладнання для перегляду. Ми можемо надати вам всебічний аналіз технологічності (DFM) і детальне порівняння витрат, щоб допомогти вам оптимізувати конструкцію вашого обладнання. Давайте створювати довговічні продукти разом.

Чи всі шестерні можна кувати?
Ні. Кування має обмеження щодо форми. Якщо шестерні мають дуже складні внутрішні порожнини, виточки або надзвичайно великі діаметри (наприклад, морські шестерні, що перевищують 2-3 метри), кування може бути технічно непрактичним або дорогим. У цьому випадку лиття зазвичай є кращим вибором для процесу виготовлення заготовки шестерні.

Який конкретний вплив «обтічної лінії металу» на термін служби зубчастих коліс?
Вплив значний. Згідно з галузевими даними, які ми дізналися, за однакових матеріалів і умов термічної обробки ковані шестерні з безперервними лініями потоку металу зазвичай мають на 20–30% вищу міцність на втому, ніж шестерні, оброблені різанням. Для трансмісійних передач, які витримують високі ударні навантаження, це часто визначає термін експлуатації шестерень.

Який найшвидший процес, якщо мені терміново потрібна заміна шестерні?
Механічна обробка прутка. Вам не потрібно чекати виготовлення форми (яке зазвичай займає 4-8 тижнів). Використовуючи запаси круглої сталі, кваліфіковані майстерні механічної обробки можуть виготовити для вас запчастини для екстреної заміни протягом 24-48 годин. Хоча це трохи слабше, ніж поковки, це найшвидше рішення для вирішення проблеми відключення.

Який процес найбільш підходить для великих бронзових черв'ячних передач?
Для бронзових черв'ячних передач переважно відцентрове лиття є процесом.
Хоча бронзу також можна кувати, відцентрове лиття забезпечує чудову щільність матеріалу та стійкість до зношування, а також є високо{0}}рентабельним, що робить його стандартним процесом виробництва заготовок для великих коліс-із кольорових металів.

ANSI/AGMA 2001-D04 (підтверджено у 2016 р.)

Основні рейтингові фактори та методи розрахунку евольвентних зубів прямозубих і косозубих зубчастих коліс.

ISO 6336-5:2016

Розрахунок навантажувальної здатності прямозубих і косозубих передач - Частина 5: Міцність і якість матеріалів.

AGMA 923-B05

Металургійні специфікації сталевих зубчастих передач.

Посібник Дадлі з практичного проектування та виготовлення спорядження (4-е видання)

Стівен П. Радзевіч, CRC Press.