V oblasti průmyslové automatizace a přenosu energie se o kvalitě ozubeného kola rozhoduje dlouho předtím, než se prořízne první zub. Interakce materiálu a obrábění určuje konečnou účinnost převodu, hlučnost, nosnost a životnost.
Pokud jde o automatizované strojní zařízení a návrh přesných přístrojů, existuje tenká linie, kterou musí inženýři projít mezi mechanickou funkčností a dostupnými výrobními náklady. Tato příručka pojednává o nejdůležitějších faktorech pro výběr materiálu ozubení a vysvětluje, jak inovace v oblasti obrábění ozubených kol přebírá surové ozubení a mění je na vysoce přesnou součást převodovky.
Proč na výběru materiálu záleží
Porucha ozubeného kola je zřídka způsobena jediným faktorem. Obvykle se jedná o kombinaci opotřebení, důlků nebo únavy. Materiál je základní odolností vůči namáhání. Ve společnosti Hansheng Automation jsme se ze zkušenosti naučili, že materiál by nikdy neměl být vybírán bez zohlednění procesu konečného obrábění ozubení, protože to může vést k nadměrnému inženýrství (příliš nákladné) nebo nedostatečnému výkonu (selhání příliš brzy).
Klíčové vlastnosti materiálu pro ozubená kola:
• Pevnost v tahu a mez kluzu: Odolává zlomení zubu při velkém zatížení.
• Tvrdost povrchu: Pro minimalizaci abrazivního opotřebení a důlků.
• Tažnost a houževnatost: Absorbuje rázová zatížení bez katastrofického selhání.
• Obrobitelnost: Snadnost, s jakou lze řezat materiál při zachování úzkých tolerancí (např. 0,01 mm).
Hluboký ponor do kovových materiálů převodovky
Většina průmyslových ozubených kol je vykována ze železných nebo -železných kovů. Oba mají svůj vlastní profil a jsou vhodné pro jiný typ automatizační aplikace.
Uhlíkové oceli (S45C / AISI 1045)
S45C je středně-uhlíková „těžká“ ocel pro převodový průmysl. Jeho vlastnosti poskytují rovnováhu mezi pevností a obrobitelností.
Vlastnosti: Velmi dobrá odezva na tepelné zpracování (indukční kalení). Dobré vytvrzení povrchu s houževnatým jádrem.
Vlastnosti obrábění: Vhodné pro odvalování a tvarování ozubení. Umožňuje stabilní výrobu čelních a šikmých ozubených kol ve velikostním rozsahu od 0,5 do 9,99 modulu.
Použití: Všeobecné, průmyslové obrábění, pohony dopravníků. Přenos nízkého až středního výkonu
Legované oceli (40Cr / AISI 5140 a 20CrMnTi)
K překonání omezení „standardní“ uhlíkové oceli je zapotřebí materiál, který nabízí lepší hloubkové-kalení s lepší houževnatostí.
40Cr: Běžně se používá v oblastech s vysokým točivým momentem. Nabízí vyšší odolnost proti únavě a používá se např. pro automobilové převodové hřídele.
20CrMnTi: Jedna z nejkvalitnějších tříd nauhličování. Vnější "pouzdro" může být vyrobeno extrémně tvrdé při zachování odolnosti jádra proti přerušení.
Přehled obrábění: Vyžaduje to dobré stroje na řezání ozubených kol, jako je Kashifuji KPS30, protože proces obrábění nebo broušení je s rostoucí houževnatostí více omezující.
Nerezová ocel (SUS303, SUS304, SUS440C)
Pro hygienické aplikace nebo aplikace odolné vůči korozi, jako jsou lékařské nástroje nebo zpracování potravin, je zapotřebí nerezová ocel.
SUS304/316: Velmi dobrá odolnost proti korozi. Pracovní kalení znamená, že materiál je obtížně obrobitelný.
SUS440C: Vysoce-uhlíková nerezová ocel, kterou lze kalit až na 690 HRC. Perfektní pro přesná ozubená kola ve špičkových-analytických přístrojích, např. HPLC nebo spektrometry.
Použití: Přesné laboratorní přístroje, zařízení pro chemické zpracování a venkovní automatizace.
Neželezné kovy- (mosaz, bronz a hliník)
Bronz: Obvykle se používá pro šneková kola, protože má nízký koeficient tření při použití s ocelí
Hliník (7075-T6): Používá se v robotice nebo letectví, kde je snížení hmotnosti stejně důležité jako síla. Tvrdě eloxovaný povlak se často nanáší na hliníková ozubená kola pro zajištění tvrdosti povrchu.
Vysoce přesné{0}}obrábění ozubených kol: Přeměna materiálu ve výkon
Musíte porazit jen polovinu konkurence. Proces obrábění ozubených kol musíte přizpůsobit materiálu.
Gear Skiving: Špičková hrana obrábění ozubených kol
Formování staré{0}}školy je pomalé a zabírá vám čas. Technika ozubení proměnila výrobu vnitřních i vnějších ozubených kol. Použitím nepřetržitého řezání může broušení vytvořit lepší povrchovou úpravu s vyšší účinností obrábění. U speciálních ozubených kol s vnitřním věncem může být seříznutí jediným způsobem, jak zachovat toleranci 0,01 mm u série vysokých studií.
Odvalování ozubených kol a ozubení
• Odvalovací fréza je stále nejrychlejší technikou pro vnější ostruhy a šroubovice. Nástroj a obrobek se otáčejí synchronně.
• Tvarování ozubených kol má jedinečný proces. Používá se pouze pro ozubená kola s omezením shluků nebo s vnitřními drážkami, kde se odvalovací nástroj nemůže otáčet. Používá se také, když potřebujete ozubení složitých profilů zubů, které uniknou odvalovacím nástrojům.
Role přesných zařízení
Obrábění ozubení je mostem mezi materiálem a součástí. K dosažení nejlepšího mezinárodního standardu by továrna měla vlastnit světová-třída CNC center.
S takovým vybavením může továrna zpracovat velký rozsah modulů (0,5 až 9,99) a profil zubů bude „hladký“, takže vibrace a hluk převodů a strojů koncového uživatele jsou minimalizovány.
Tepelná úprava: Poslední protažení k dokonalosti
Život inženýra závisí na vlastnostech uvnitř pece pro tepelné zpracování. Po obrobení mohou zuby ozubeného kola projít dalším procesem ke změně jejich molekulární struktury.
1. Indukční kalení. Zahřejte a kalte povrch zubů ozubeného kola co nejrychleji. Je vhodný pro převody S45C pro všeobecnou automatizaci.
2. Nauhličování a kalení: přidávání uhlíku na povrch nízkouhlíkových -legovaných ocelí. To vytváří neuvěřitelně odolný povrch vhodný pro vysoce zatížené převodovky.
3. Nitridace: proces při nižší teplotě, který přidává dusík na povrch. Tento proces přináší malé zkreslení, což je životně důležité, když již máte obrobené ozubené kolo pouze se správným tvarem.
Kritéria výběru-konkrétní aplikace
Abychom pomohli při procesu nákupu, můžeme kategorizovat potřeby materiálu a obrábění podle odvětví:
| Průmyslový sektor | Typické materiály | Klíčový proces | Požadovaná přesnost |
| Průmyslová automatizace | S45C, 40Cr | CNC frézování | GB třída 6-7 |
| Přesné přístroje | SUS440C, mosaz | Gear Skiving | GB třída 5-6 |
| Těžké stroje | 20CrMnTi, 42CrMo | Nauhličování + broušení | GB třída 7-8 |
| Lékařská/Food Tech | SUS316, Konstruované plasty | CNC obrábění | GB třída 6-7 |
Kvalita versus náklady: Inženýrský kompromis
Filosofií v průmyslu obrábění ozubení je obvykle „vhodnost pro daný účel“. Hračka zařízení nevyžaduje stejný materiál nebo přesnost se stejnou tolerancí jako zařízení pro robotické rameno.
• Nízké náklady: výběr materiálu s vysokou{0}}obrobitelností, jako je S45C, a proces výroby vnějších zubů, jako je frézování, je nejekonomičtější přístup pro běžné průmyslové použití.
• Dlouhá životnost: výběr legovaných ocelí s nauhličenými zuby a přesným broušením může mít vyšší počáteční náklady, ale sníží celkové náklady na vlastnictví (TCO), protože se vyhne prostojům a výměnám
Proč na odbornosti záleží
Ve společnosti Hansheng Automation není výroba ozubení s tolerancí 0,01 mm pouze o stroji. Je to o desetiletích zkušeností o tom, jak různé materiály reagují na řezné síly. S více než 10 lety specializovaných zkušeností je Hansheng Automation důvěryhodným partnerem pro mezinárodní zákazníky v USA, Polsku a Indii, který podporuje návrh a vývoj aplikací s řadou kompletních řešení.
Ať už hledáte standardní sériové čelní ozubené kolo nebo potřebujete vlastní spirálové kuželové kolo pro komplikovanou automatizační aplikaci, správný materiál a správného partnera pro obrábění, je to, co potřebujete.
Závěr
Výběr materiálu je prvním a pravděpodobně nejdůležitějším krokem ve vašem procesu obrábění ozubení. Pochopení mechanických vlastností uhlíkových ocelí, slitin a nerezových ocelí a použití pokročilých procesů, jako je skiving a hobbing, mohou výrobci komponentů posouvat hranice dnešního konceptu ozubených kol „nové generace“.
Když váš další projekt vyžaduje přesnost, odolnost a technické znalosti, vyberte si partnera, který skutečně rozumí vědě za ocelí.