Vysokofrekvenčné kalenie je proces povrchového kalenia, ktorý využíva elektromagnetickú indukciu na rýchle zahriatie povrchu ozubeného kolesa na jeho kritickú teplotu (zvyčajne 800 – 950 °C), po čom nasleduje okamžité kalenie vo vode alebo oleji. Výsledkom je martenzitická kalená vrstva, ktorá výrazne zvyšuje tvrdosť povrchu a odolnosť proti opotrebovaniu bez toho, aby sa znížila húževnatosť jadra ozubeného kolesa. Keďže priemyselné odvetvia vyžadujú vyšší výkon v kompaktných aplikáciách s vysokým krútiacim momentom, vysokofrekvenčne kalené ozubené kolesá sa stali nevyhnutnými v automobilovom priemysle, baníctve, energetike a presných zariadeniach.

Hlavné výhody výkonu

1. Ultra vysoká povrchová tvrdosť a odolnosť voči opotrebovaniu
Rýchlym zahriatím povrchu zuba ozubeného kolesa a jeho kalením sa vytvorí skalená martenzitická vrstva s tvrdosťou HRC 55 – 62 (bežne sa vyskytuje u ocele 40Cr alebo 42CrMo).

• Odolnosť proti opotrebovaniu sa zlepšuje o viac ako 50 %

• Opotrebenie povrchu je iba 30 – 50 % v porovnaní s konvenčnými neupravenými ozubenými kolesami

• Ideálne pre prostredia s vysokým trením, ako sú napríklad vysokovýkonné prevodovky a banské stroje

2. Vysoká únavová pevnosť
Proces kalenia vyvoláva v kalenej vrstve tlakové zvyškové napätie, ktoré potláča vznik a rast povrchových trhlín.

• Limit únavy sa zvyšuje o 20 – 30 %

• Napríklad ozubené kolesá hlavného hriadeľa veterných turbín vyrobené z ocele 42CrMo môžu dosiahnuť životnosť 20 rokov.

3. Zachovaná pevnosť jadra
Iba vonkajšia vrstva je kalená (zvyčajne 0,2 – 5 mm), zatiaľ čo jadro zostáva tvárne a odolné voči nárazu.

• Táto dvojitá vlastnosť zaisťuje povrchovú trvanlivosť aj odolnosť voči lomu pri nárazovom zaťažení

• Široko používaný v automobilových nápravových prevodoch a nárazovo zaťažených komponentoch

Výhody riadenia procesov

1. Presné lokalizované kalenie
Proces sa môže zameriavať na jednotlivé zuby alebo špecifické oblasti na povrchu ozubeného kolesa, vďaka čomu je vhodný pre zložité profily, ako sú planétové ozubené kolesá a neštandardné tvary.

• Hĺbka kalenia je nastaviteľná pomocou frekvencie, výkonu a času

• Umožňuje ošetrenie špecifické pre danú aplikáciu s minimálnou deformáciou

2. Vysoká účinnosť a úspora energie
Celý proces trvá len niekoľko sekúnd až desiatok sekúnd, čím sa spotreba energie v porovnaní s tradičnými metódami znižuje o 30 %.

• Kompatibilné s automatizovanými výrobnými linkami s robotickou manipuláciou

• Vhodné pre veľkovýrobu

3. Nízka deformácia
Lokalizované a rýchle zahrievanie minimalizuje tepelné deformácie.

• Odchýlka kruhovitosti je možné regulovať v rozmedzí ≤ 0,01 mm pre presné ozubené kolesá (napr. ozubené kolesá CNC vretena)

• Zatiaľ čo laserové kalenie ponúka ešte menšiu deformáciu, vysokofrekvenčné kalenie je nákladovo efektívnejšie a ponúka väčšiu hĺbkovú flexibilitu.

Materiálová a nákladová efektívnosť

1. Široká kompatibilita materiálov
Použiteľné pre stredne a vysoko uhlíkové ocele a legované ocele s obsahom uhlíka ≥0,35 %, ako napríklad S45C, 40Cr a 42CrMo.

• Podporuje širokú škálu aplikácií priemyselných prevodov

2. Vynikajúci pomer nákladov a výkonu
Vysokofrekvenčné kalenie umožňuje použitie ekonomickejších materiálov (napr. nahradenie 40CrNiMoA), čím sa znižujú náklady na materiál o 20 – 30 %.

• Je potrebné menej obrábania po úprave

• Kratšie výrobné cykly zlepšujú celkovú efektivitu výroby

Typické aplikácie

Ozubené kolesá kalené pri vysokej frekvencii sa široko používajú v mnohých odvetviach vďaka svojej vynikajúcej povrchovej tvrdosti, odolnosti proti opotrebovaniu a únavovej pevnosti.automobilový sektor, používajú sa v prevodových ozubených kolesách vyrobených z ocele 40Cr s životnosťou až 150 000 kilometrov, ako aj vo vysokovýkonných kľukových hriadeľoch motorov. Preťažké strojeTieto ozubené kolesá sa používajú v šachtách banských drvičov, kde tvrdosť povrchu dosahuje HRC 52 a únavová pevnosť v ohybe presahuje 450 MPa.

In presné zariadenia, ako sú CNC obrábacie stroje, ozubené kolesá vretena vyrobené z ocele 42CrMo môžu pracovať viac ako 5 000 hodín bez deformácie. Sú tiež kľúčovými komponentmi hlavných hriadeľov veterných turbín, kde sú spoľahlivosť a dlhá životnosť kľúčové. V oblastiachželezničná doprava a robotikaVysokofrekvenčné kalenie sa používa na vylepšenie prevodových systémov vo vysokorýchlostných vlakoch a robotoch, ako aj na posilnenie planétových valčekových skrutkových systémov.

Výhľad do budúcnosti

Vďaka kombinácii kaleného povrchu a húževnatého jadra sú vysokofrekvenčne kalené ozubené kolesá nenahraditeľné vo vysokozáťažových, vysokorýchlostných a vysoko presných aplikáciách. Vďaka flexibilite procesu, minimálnej deformácii a nákladovej efektívnosti zostávajú preferovaným riešením v automobilovom priemysle, energetických zariadeniach a presných strojárstve.

Budúci vývoj sa zameria na:

• Integrácia digitálnych riadiacich prvkov pre ďalšiu optimalizáciu presnosti procesov

• Pokrok v krátkych procesoch a ekologických metódach na zníženie spotreby energie a emisií