Proces obrábění ozubených kol, řezné parametry a požadavky na nástroje, pokud je ozubené kolo příliš tvrdé na soustružení a je třeba zlepšit efektivitu obrábění.

Ozubené kolo je hlavním základním převodovým prvkem v automobilovém průmyslu. Obvykle má každý automobil 18–30 zubů. Kvalita ozubeného kola přímo ovlivňuje hluk, stabilitu a životnost automobilu. Obráběcí stroj na ozubení je složitý systém obráběcích strojů a klíčové zařízení v automobilovém průmyslu. Světové automobilové velmoci, jako jsou Spojené státy, Německo a Japonsko, jsou také velmocemi ve výrobě obráběcích strojů na ozubení. Podle statistik je více než 80 % automobilových ozubených kol v Číně zpracováváno na domácích zařízeních na výrobu ozubených kol. Zároveň automobilový průmysl spotřebovává více než 60 % obráběcích strojů na ozubení a automobilový průmysl bude vždy hlavním subjektem spotřeby obráběcích strojů.

Technologie zpracování ozubených kol

1. odlévání a výroba polotovarů

Kování za tepla je stále široce používaným procesem odlévání polotovarů pro automobilové převodové díly. V posledních letech se technologie křížového válcování klínem hojně prosazuje při obrábění hřídelí. Tato technologie je obzvláště vhodná pro výrobu polotovarů pro složité dveřní hřídele. Nabízí nejen vysokou přesnost, malý přídavek na následné obrábění, ale také vysokou efektivitu výroby.

2. normalizace

Účelem tohoto procesu je dosáhnout tvrdosti vhodné pro následné obrábění ozubených kol a připravit mikrostrukturu pro konečné tepelné zpracování, aby se účinně snížila deformace způsobená tepelným zpracováním. Materiálem použité ozubené oceli je obvykle 20CrMnTi. Vzhledem k velkému vlivu obsluhy, zařízení a prostředí je obtížné regulovat rychlost chlazení a rovnoměrnost chlazení obrobku, což má za následek velký rozptyl tvrdosti a nerovnoměrnou metalografickou strukturu, které přímo ovlivňují obrábění kovu a konečné tepelné zpracování. Výsledkem jsou velké a nerovnoměrné tepelné deformace a nekontrolovatelná kvalita dílu. Proto se používá izotermická normalizace. Praxe prokázala, že izotermická normalizace může účinně změnit nevýhody běžné normalizace a kvalita výrobku je stabilní a spolehlivá.

3. otáčení

Aby bylo možné splnit požadavky na polohování při vysoce přesném obrábění ozubených kol, jsou všechny polotovary ozubených kol obráběny na CNC soustruzích, které jsou mechanicky upnuty bez nutnosti přebrušování soustružnického nástroje. Obrábění průměru otvoru, čelní plochy a vnějšího průměru probíhá synchronně s jedním upnutím, což nejen zajišťuje požadavky na svislost vnitřního otvoru a čelní plochy, ale také zajišťuje malý rozptyl hmotnosti polotovarů ozubených kol. Tím se zlepšuje přesnost polotovarů ozubených kol a zajišťuje kvalita obrábění následných ozubených kol. Vysoká účinnost obrábění na NC soustruhu navíc výrazně snižuje počet zařízení a dosahuje dobré hospodárnosti.

4. odvalování a obrážení ozubených kol

Běžné odvalovací frézy a obrážečky ozubených kol se stále široce používají pro obrábění ozubených kol. Přestože je snadné je seřizovat a udržovat, efektivita výroby je nízká. Pokud se dokončí velká kapacita, je třeba vyrábět na více strojích současně. S rozvojem technologie povlakování je velmi pohodlné povlakovat odvalovací desky a písty po broušení. Životnost povlakovaných nástrojů lze výrazně zlepšit, obecně o více než 90 %, čímž se efektivně sníží počet výměn nástrojů a doba broušení, což má značné výhody.

5. holení

Technologie radiálního frézování ozubených kol se široce používá v hromadné výrobě automobilových převodů díky své vysoké účinnosti a snadné realizaci požadavků na úpravu navrženého profilu a směru zubu. Od doby, kdy společnost v roce 1995 zakoupila speciální stroj na radiální frézování ozubených kol od italské firmy za účelem technické transformace, si v aplikaci této technologie vydobyla dostatek zkušeností a kvalita zpracování je stabilní a spolehlivá.

6. tepelné zpracování

Automobilové převody vyžadují cementaci a kalení, aby byly zajištěny jejich dobré mechanické vlastnosti. Stabilní a spolehlivé zařízení pro tepelné zpracování je nezbytné pro výrobky, které již po tepelném zpracování nejsou podrobovány broušení ozubených kol. Společnost zavedla kontinuální cementační a kalící výrobní linku německé společnosti Lloyd's, která dosáhla uspokojivých výsledků tepelného zpracování.

7. broušení

Používá se hlavně k dokončení tepelně zpracovaného vnitřního otvoru ozubeného kola, čelní plochy, vnějšího průměru hřídele a dalších součástí pro zlepšení rozměrové přesnosti a snížení geometrické tolerance.

Zpracování ozubených kol využívá pro polohování a upínání upínací prvek s roztečnou kružnicí, který může účinně zajistit přesnost obrábění zubu a montážní reference a dosáhnout uspokojivé kvality výrobku.

8. dokončení

Toto slouží ke kontrole a čištění nerovností a otřepů na převodových částech převodovky a hnací nápravy před montáží, aby se eliminoval hluk a abnormální hluk způsobený nimi po montáži. Poslouchejte zvuk při záběru jednoho páru nebo sledujte odchylku záběru na komplexním testeru. Mezi díly skříně převodovky vyráběné výrobcem patří skříň spojky, skříň převodovky a skříň diferenciálu. Skříň spojky a skříň převodovky jsou nosné díly, které jsou obvykle vyrobeny z tlakově litého hliníku pomocí speciálního tlakového lití. Tvar je nepravidelný a složitý. Obecný postup procesu je frézování spojovací plochy → obrábění procesních otvorů a spojovacích otvorů → hrubé vyvrtávání otvorů pro ložiska → jemné vyvrtávání otvorů pro ložiska a otvorů pro vodicí čepy → čištění → zkouška a detekce těsnosti.

Parametry a požadavky na nástroje pro řezání ozubených kol

Ozubená kola se po cementaci a kalení silně deformují. Zejména u velkých ozubených kol je rozměrová deformace cementovaného a kaleného vnějšího kruhu a vnitřního otvoru obecně velmi velká. Pro soustružení cementovaného a kaleného vnějšího kruhu ozubeného kola však neexistuje vhodný nástroj. Nástroj bn-h20 vyvinutý společností „Valin superhard“ pro silné přerušované soustružení kalené oceli korigoval deformaci cementovaného a kaleného vnitřního otvoru a čelní plochy vnějšího kruhu ozubeného kola a nalezl vhodný nástroj pro přerušované řezání. Dosáhl celosvětového průlomu v oblasti přerušovaného řezání supertvrdými nástroji.

Deformace ozubených kol cementací a kalením: Deformace ozubených kol cementací a kalením je způsobena především kombinovaným působením zbytkového napětí vznikajícího během obrábění, tepelného napětí a strukturálního napětí vznikajícího během tepelného zpracování a deformace vlastní tíhy obrobku. Zejména u velkých ozubených věnců a ozubených kol se u velkých ozubených věnců deformace po cementaci a kalení také zvyšuje díky jejich velkému modulu, hluboké cementační vrstvě, dlouhé době cementace a vlastní tíze. Zákon deformace velkého ozubeného hřídele: vnější průměr kružnice nástavce vykazuje zřetelný trend smršťování, ale ve směru šířky zubu ozubeného hřídele se střed zmenšuje a oba konce se mírně rozšiřují. Zákon deformace ozubeného věnce: Po cementaci a kalení se vnější průměr velkého ozubeného věnce zvětší. Pokud se šířka zubu liší, směr šířky zubu bude kuželový nebo kuželovitý.

Soustružení ozubených kol po cementaci a kalení: deformaci ozubeného věnce při cementaci a kalení lze do určité míry kontrolovat a omezit, ale nelze se jí zcela vyhnout. Pro korekci deformace po cementaci a kalení je následující stručný popis proveditelnosti použití soustružnických a řezných nástrojů po cementaci a kalení.

Soustružení vnějšího kruhu, vnitřního otvoru a čelní plochy po cementaci a kalení: soustružení je nejjednodušší způsob, jak opravit deformaci vnějšího kruhu a vnitřního otvoru cementovaného a kaleného ozubeného věnce. Dříve žádný nástroj, včetně zahraničních supertvrdých nástrojů, nedokázal vyřešit problém silně přerušovaného řezání vnějšího kruhu kaleného ozubeného kola. Společnost Valin superhard byla pozvána k provedení výzkumu a vývoje nástrojů. „Přerušované řezání kalené oceli bylo vždy obtížným problémem, nemluvě o kalené oceli s tvrdostí okolo HRC60, a přídavek na deformaci je velký. Při soustružení kalené oceli vysokou rychlostí, pokud má obrobek přerušované řezání, nástroj dokončí obrábění s více než 100 rázy za minutu při řezání kalené oceli, což je velkou výzvou pro rázovou odolnost nástroje.“ Uvádějí to odborníci z Čínské asociace nožů. Po roce opakovaných testů společnost Valin superhard představila značku supertvrdého řezného nástroje pro soustružení kalené oceli se silnou nespojitostí; Soustružnický experiment se provádí na vnějším kruhu ozubeného kola po cementaci a kalení.

Experiment se soustružením válcového ozubeného kola po cementaci a kalení

Velké ozubené kolo (věnec ozubeného kola) se po cementaci a kalení značně deformovalo. Deformace vnějšího kruhu ozubeného věnce byla až 2 mm a tvrdost po kalení byla HRC60-65. V té době bylo pro zákazníka obtížné najít brusku s velkým průměrem, přídavek na obrábění byl velký a účinnost broušení příliš nízká. Nakonec bylo cementované a kalené kolo soustruženo.

Lineární rychlost řezání: 50–70 m/min, hloubka řezu: 1,5–2 mm, řezná vzdálenost: 0,15–0,2 mm/otáčka (nastaveno dle požadavků na drsnost)

Při soustružení kaleného ozubeného kola na vnější kružnici se obrábění dokončí najednou. Původní importovaný keramický nástroj lze opracovat pouze několikrát, aby se zabránilo deformaci. Navíc dochází k vážnému zhroucení hran a provozní náklady nástroje jsou velmi vysoké.

Výsledky testů nástroje: je odolnější proti nárazu než původní dovážený nástroj z nitridu křemíku a jeho životnost je 6krát delší než u nástroje z nitridu křemíku, když se hloubka řezu zvětší trojnásobně! Účinnost řezu se zvýší trojnásobně (dříve se řezání trojnásobně zvýšilo, nyní se to provádí jednou). Drsnost povrchu obrobku také splňuje požadavky uživatele. Nejcennější je, že konečnou formou selhání nástroje není znepokojivé zlomení hrany, ale běžné opotřebení zadní plochy. Tento experiment s přerušovaným soustružením s kaleným ozubeným kolem na exkružnici vyvrátil mýtus, že supertvrdé nástroje v průmyslu nelze použít pro silné přerušované soustružení kalené oceli! V akademických kruzích řezných nástrojů to způsobilo velký rozruch!

Povrchová úprava vnitřního otvoru ozubeného kola po kalení pro tvrdé soustružení

Jako příklad lze uvést přerušované řezání vnitřního otvoru ozubeného kola s mazací drážkou: životnost zkušebního řezného nástroje dosahuje více než 8000 metrů a povrchová úprava je v rozmezí Ra0,8; pokud se použije supertvrdý nástroj s lešticí hranou, může povrchová úprava kalené oceli dosáhnout přibližně Ra0,4. Lze tak dosáhnout dobré životnosti nástroje.

Obrábění čelní plochy ozubeného kola po cementaci a kalení

Jako typická aplikace „soustružení místo broušení“ se v výrobní praxi tvrdého soustružení čel ozubených kol po tepelném zpracování široce používá kubický nitrid boru. Ve srovnání s broušením tvrdé soustružení výrazně zlepšuje efektivitu práce.

U cementovaných a kalených ozubených kol jsou požadavky na frézy velmi vysoké. Za prvé, přerušované řezání vyžaduje vysokou tvrdost, rázovou houževnatost, houževnatost, odolnost proti opotřebení, drsnost povrchu a další vlastnosti nástroje.

přehled:

Pro soustružení po cementaci a kalení a pro soustružení čel se staly populární běžné svařované kompozitní nástroje z kubického nitridu boru. Pro rozměrovou deformaci vnějšího kruhu a vnitřního otvoru cementovaného a kaleného velkého ozubeného věnce je však vždy obtížné dosáhnout velké deformace. Přerušované soustružení kalené oceli pomocí supertvrdého nástroje Valin z kubického nitridu boru bn-h20 představuje velký pokrok v nástrojářském průmyslu, který přispívá k široké propagaci procesu „soustružení místo broušení“ v ozubeném průmyslu a také nachází řešení problému kalených válcových soustružnických nástrojů pro ozubená kola, který je po mnoho let matoucí. Velký význam má také zkrácení výrobního cyklu ozubeného věnce a snížení výrobních nákladů; frézy řady Bn-h20 jsou v tomto odvětví známé jako světový vzor pro pevnou přerušovanou kalení oceli.