Proces obrábania ozubených kolies, rezné parametre a požiadavky na nástroje, ak je ozubené koleso príliš ťažké na sústruženie a je potrebné zlepšiť účinnosť obrábania.

Ozubené koleso je hlavným základným prevodovým prvkom v automobilovom priemysle. Zvyčajne má každé vozidlo 18 až 30 zubov. Kvalita ozubeného kolesa priamo ovplyvňuje hluk, stabilitu a životnosť automobilu. Obrábací stroj na ozubenie je komplexný systém obrábacích strojov a kľúčové zariadenie v automobilovom priemysle. Svetové automobilové výrobné veľmoci, ako sú Spojené štáty, Nemecko a Japonsko, sú tiež veľmocami vo výrobe obrábacích strojov na ozubenie. Podľa štatistík viac ako 80 % automobilových ozubených kolies v Číne sa spracováva na domácich zariadeniach na výrobu ozubených kolies. Zároveň automobilový priemysel spotrebuje viac ako 60 % obrábacích strojov na ozubenie a automobilový priemysel bude vždy hlavným spotrebovateľom obrábacích strojov.

Technológia spracovania ozubených kolies

1. odlievanie a výroba polotovarov

Kovanie za tepla je stále široko používaným procesom odlievania polotovarov pre automobilové prevodové súčiastky. V posledných rokoch sa pri obrábaní hriadeľov široko propaguje technológia priečneho valcovania klinmi. Táto technológia je obzvlášť vhodná na výrobu polotovarov pre zložité hriadele dverí. Má nielen vysokú presnosť, malý prídavok na následné obrábanie, ale aj vysokú efektivitu výroby.

2. normalizácia

Účelom tohto procesu je dosiahnuť tvrdosť vhodnú pre následné obrábanie ozubených kolies a pripraviť mikroštruktúru na konečné tepelné spracovanie, aby sa účinne znížila deformácia pri tepelnom spracovaní. Materiál použitej ozubenej ocele je zvyčajne 20CrMnTi. Vzhľadom na veľký vplyv personálu, zariadenia a prostredia je ťažké kontrolovať rýchlosť chladenia a rovnomernosť chladenia obrobku, čo vedie k veľkému rozptylu tvrdosti a nerovnomernej metalografickej štruktúre, ktoré priamo ovplyvňujú obrábanie kovu a konečné tepelné spracovanie, a výsledkom sú veľké a nerovnomerné tepelné deformácie a nekontrolovateľná kvalita dielu. Preto sa používa izotermický normalizačný proces. Prax ukázala, že izotermická normalizácia dokáže účinne zmeniť nevýhody bežnej normalizácie a kvalita výrobku je stabilná a spoľahlivá.

3. otáčanie

Aby sa splnili požiadavky na polohovanie pri vysoko presnom obrábaní ozubených kolies, všetky polotovary ozubených kolies sa obrábajú na CNC sústruhoch, ktoré sa mechanicky upínajú bez prebrúsenia sústružníckeho nástroja. Obrábanie priemeru otvoru, čelnej plochy a vonkajšieho priemeru sa vykonáva synchrónne s jednorazovým upnutím, čo nielen zabezpečuje požiadavky na zvislosť vnútorného otvoru a čelnej plochy, ale tiež zaisťuje malý rozptyl hmotnosti polotovarov ozubených kolies. Tým sa zlepšuje presnosť polotovarov ozubených kolies a zabezpečuje sa kvalita obrábania nasledujúcich ozubených kolies. Okrem toho vysoká účinnosť obrábania na NC sústruhu výrazne znižuje počet zariadení a má dobrú hospodárnosť.

4. odvaľovanie a obrážanie ozubených kolies

Bežné odvaľovacie frézy na ozubené kolesá a obrážačky ozubených kolies sa stále široko používajú na spracovanie ozubených kolies. Hoci je ich nastavenie a údržba pohodlné, efektivita výroby je nízka. Pri veľkej kapacite je potrebné vyrábať viacero strojov súčasne. S rozvojom technológie povlakovania je veľmi pohodlné povlakovať odvaľovacie frézy a piesty po brúsení. Životnosť povlakovaných nástrojov sa dá výrazne zlepšiť, zvyčajne o viac ako 90 %, čím sa efektívne znižuje počet výmen nástrojov a čas brúsenia, čo prináša značné výhody.

5. holenie

Technológia radiálneho frézovania ozubených kolies sa široko používa v hromadnej výrobe automobilových ozubených kolies vďaka svojej vysokej účinnosti a jednoduchej realizácii požiadaviek na úpravu navrhnutého profilu a smeru zubov. Odkedy spoločnosť v roku 1995 zakúpila špeciálny stroj na radiálne frézovanie ozubených kolies od talianskej spoločnosti na technickú transformáciu, dosiahla v aplikácii tejto technológie zrelosť a kvalita spracovania je stabilná a spoľahlivá.

6. tepelné spracovanie

Automobilové ozubené kolesá vyžadujú cementáciu a kalenie, aby sa zabezpečili ich dobré mechanické vlastnosti. Stabilné a spoľahlivé zariadenie na tepelné spracovanie je nevyhnutné pre výrobky, ktoré už po tepelnom spracovaní nie sú predmetom brúsenia ozubených kolies. Spoločnosť zaviedla výrobnú linku na kontinuálne cementovanie a kalenie od nemeckej spoločnosti Lloyd's, ktorá dosiahla uspokojivé výsledky tepelného spracovania.

7. brúsenie

Používa sa hlavne na dokončenie tepelne spracovaného vnútorného otvoru ozubeného kolesa, čelnej plochy, vonkajšieho priemeru hriadeľa a ďalších častí, aby sa zlepšila rozmerová presnosť a znížila geometrická tolerancia.

Spracovanie ozubených kolies využíva upínací prvok s rozstupovou kružnicou na polohovanie a upnutie, čo môže účinne zabezpečiť presnosť obrábania zuba a montážnej referencie a dosiahnuť uspokojivú kvalitu výrobku.

8. dokončovanie

Toto slúži na kontrolu a čistenie nerovností a otrepov na prevodových častiach prevodovky a hnacej nápravy pred montážou, aby sa eliminoval hluk a abnormálny hluk spôsobený nimi po montáži. Počúvajte zvuk cez záber jedného páru alebo pozorujte odchýlku záberu na komplexnom testeri. Časti skrine prevodovky vyrobené výrobnou spoločnosťou zahŕňajú skriňu spojky, skriňu prevodovky a skriňu diferenciálu. Skriňa spojky a skriňa prevodovky sú nosné časti, ktoré sú zvyčajne vyrobené z tlakovo liatej hliníkovej zliatiny pomocou špeciálneho tlakového liatia. Tvar je nepravidelný a zložitý. Všeobecný postup procesu je frézovanie spojovacej plochy → obrábanie procesných otvorov a spojovacích otvorov → hrubé vŕtanie otvorov pre ložiská → jemné vŕtanie otvorov pre ložiská a otvorov pre polohovacie kolíky → čistenie → skúška a detekcia tesnosti.

Parametre a požiadavky na nástroje na rezanie ozubených kolies

Ozubené kolesá sú po cementácii a kalení silne deformované. Najmä pri veľkých ozubených kolesách je rozmerová deformácia vonkajšieho a vnútorného otvoru po cementácii a kalení vo všeobecnosti veľmi veľká. Na sústruženie vonkajšieho kruhu ozubeného kolesa po cementácii a kalení však neexistuje vhodný nástroj. Nástroj bn-h20 vyvinutý spoločnosťou „Valin superhard“ na silné prerušované sústruženie kalenej ocele korigoval deformáciu vnútorného otvoru a čelnej plochy vonkajšieho kruhu ozubeného kolesa po cementácii a kalení a našiel vhodný nástroj na prerušované rezanie. Dosiahol celosvetový prielom v oblasti prerušovaného rezania so supertvrdými nástrojmi.

Deformácia ozubeného kolesa cementáciou a kalením: Deformácia ozubeného kolesa cementáciou a kalením je spôsobená hlavne kombinovaným pôsobením zvyškového napätia generovaného počas obrábania, tepelného napätia a štrukturálneho napätia generovaného počas tepelného spracovania a deformácie vlastnej hmotnosti obrobku. Najmä pri veľkých ozubených krúžkoch a ozubených kolesách sa deformácia veľkých ozubených krúžkov po cementácii a kalení tiež zvýši kvôli ich veľkému modulu, hlbokej vrstve cementácie, dlhému času cementácie a vlastnej hmotnosti. Zákon deformácie veľkého ozubeného hriadeľa: vonkajší priemer kružnice s návarkom vykazuje zjavný trend zmršťovania, ale v smere šírky zuba ozubeného hriadeľa sa stred zmenšuje a oba konce sa mierne rozširujú. Zákon deformácie ozubeného krúžku: Po cementácii a kalení sa vonkajší priemer veľkého ozubeného krúžku zväčší. Ak je šírka zuba iná, smer šírky zuba bude kužeľovitý alebo kužeľovitý.

Sústruženie ozubených kolies po cementácii a kalení: deformáciu ozubeného venca pri cementácii a kalení je možné do určitej miery kontrolovať a znižovať, ale nedá sa jej úplne vyhnúť. Na korekciu deformácie po cementácii a kalení nasleduje stručný opis uskutočniteľnosti použitia sústružníckych a rezných nástrojov po cementácii a kalení.

Sústruženie vonkajšieho kruhu, vnútorného otvoru a čelnej plochy po cementácii a kalení: sústruženie je najjednoduchší spôsob, ako opraviť deformáciu vonkajšieho kruhu a vnútorného otvoru cementovaného a kaleného ozubeného vence. Predtým žiadny nástroj, vrátane zahraničných supertvrdých nástrojov, nedokázal vyriešiť problém silne prerušovaného rezania vonkajšieho kruhu kaleného ozubeného kolesa. Spoločnosť Valin superhard bola pozvaná, aby vykonala výskum a vývoj nástrojov: „Prerušované rezanie kalenej ocele bolo vždy zložitým problémom, nehovoriac o kalenej oceli s tvrdosťou okolo HRC60, a tolerancia deformácie je veľká. Pri sústružení kalenej ocele vysokou rýchlosťou, ak má obrobok prerušované rezanie, nástroj dokončí obrábanie s viac ako 100 rázmi za minútu pri rezaní kalenej ocele, čo je veľkou výzvou pre odolnosť nástroja voči nárazu.“ Tvrdia to odborníci z Čínskej asociácie nožov. Po roku opakovaných testov predstavila spoločnosť Valin superhard značku supertvrdého rezného nástroja na sústruženie kalenej ocele so silnou diskontinuitou; Experiment so sústružením sa vykonáva na vonkajšom kruhu ozubeného kolesa po cementácii a kalení.

Experiment so sústružením valcového ozubeného kolesa po cementácii a kalení

Veľké ozubené koleso (venec ozubeného kolesa) sa po cementácii a kalení výrazne zdeformovalo. Deformácia vonkajšieho kruhu venca ozubeného kolesa bola až 2 mm a tvrdosť po kalení bola HRC60-65. V tom čase bolo pre zákazníka ťažké nájsť brúsku s veľkým priemerom a prídavok na obrábanie bol veľký a účinnosť brúsenia príliš nízka. Nakoniec sa cementované a kalené ozubené koleso sústružilo.

Lineárna rýchlosť rezania: 50–70 m/min, hĺbka rezu: 1,5–2 mm, vzdialenosť rezu: 0,15 – 0,2 mm/otáčka (nastavená podľa požiadaviek na drsnosť)

Pri sústružení kaleného ozubeného kolesa sa obrábanie dokončí naraz. Pôvodný dovezený keramický nástroj je možné opracovať iba niekoľkokrát, aby sa zabránilo deformácii. Okrem toho je zrútenie hrany vážne a prevádzkové náklady nástroja sú veľmi vysoké.

Výsledky testov nástroja: je odolnejší voči nárazom ako pôvodný dovážaný nástroj z nitridu kremíka a jeho životnosť je 6-krát dlhšia ako životnosť nástroja z nitridu kremíka, keď sa hĺbka rezu zvýši trojnásobne! Účinnosť rezania sa zvýši trojnásobne (predtým to bolo trojnásobné rezanie, teraz sa to robí raz). Drsnosť povrchu obrobku tiež spĺňa požiadavky používateľa. Najcennejšie je, že konečnou formou poruchy nástroja nie je znepokojujúce zlomenie hrany, ale bežné opotrebenie zadnej plochy. Tento experiment s prerušovaným sústružením s kaleným ozubeným kolesom na exkruhu vyvrátil mýtus, že supertvrdé nástroje v priemysle sa nedajú použiť na silné prerušované sústruženie kalenej ocele! V akademických kruhoch rezných nástrojov to spôsobilo veľký rozruch!

Povrchová úprava vnútorného otvoru ozubeného kolesa po tvrdom sústružení po kalení

Ako príklad si vezmime prerušované rezanie vnútorného otvoru ozubeného kolesa s olejovou drážkou: životnosť skúšobného rezného nástroja dosahuje viac ako 8000 metrov a povrchová úprava je v rozmedzí Ra0,8; Ak sa použije supertvrdý nástroj s leštiacou hranou, povrchová úprava kalenej ocele môže dosiahnuť približne Ra0,4. A je možné dosiahnuť dobrú životnosť nástroja.

Obrábanie čelnej plochy ozubeného kolesa po cementácii a kalení

Ako typická aplikácia „sústruženia namiesto brúsenia“ sa v výrobnej praxi po tepelnom spracovaní široko používa čepeľ z kubického nitridu bóru pri tvrdom sústružení čelnej plochy ozubených kolies. V porovnaní s brúsením tvrdé sústruženie výrazne zlepšuje efektivitu práce.

Pre cementované a kalené ozubené kolesá sú požiadavky na frézy veľmi vysoké. Po prvé, prerušované rezanie vyžaduje vysokú tvrdosť, odolnosť voči nárazu, húževnatosť, odolnosť proti opotrebeniu, drsnosť povrchu a ďalšie vlastnosti nástroja.

prehľad:

Na sústruženie po cementácii a kalení a na sústruženie čelných plôch sa spopularizovali bežné zvárané kompozitné nástroje z kubického nitridu bóru. Avšak pri rozmerovej deformácii vonkajšieho kruhu a vnútorného otvoru cementovaného a kaleného veľkého ozubeného venca je vždy ťažké dosiahnuť veľkú deformáciu. Prerušované sústruženie kalenej ocele pomocou supertvrdého nástroja Valin z kubického nitridu bóru bn-h20 je veľkým pokrokom v nástrojárskom priemysle, ktorý prispieva k širokej propagácii procesu „sústruženia namiesto brúsenia“ v priemysle ozubených kolies a tiež nachádza riešenie problému kalených valcových sústružníckych nástrojov na ozubené kolesá, ktorý bol už mnoho rokov zmätený. Veľmi dôležité je tiež skrátiť výrobný cyklus ozubeného venca a znížiť výrobné náklady; frézy série Bn-h20 sú známe ako svetový vzor silnej prerušovanej sústruženej kalenej ocele v tomto odvetví.