Процесс обработки зубчатых колес, параметры резания и требования к инструменту, если зубчатое колесо слишком твердое для токарной обработки и необходимо повысить эффективность обработки.

Шестерни являются основным элементом трансмиссии в автомобильной промышленности. Обычно в каждом автомобиле от 18 до 30 зубьев. Качество шестерен напрямую влияет на уровень шума, стабильность и срок службы автомобиля. Станок для обработки шестерен — это сложная система станков и ключевое оборудование в автомобильной промышленности. Мировые автомобильные державы, такие как США, Германия и Япония, также являются лидерами по производству станков для обработки шестерен. Согласно статистике, более 80% автомобильных шестерен в Китае обрабатываются на отечественном оборудовании для производства шестерен. В то же время автомобильная промышленность потребляет более 60% станков для обработки шестерен, и автомобильная промышленность всегда будет оставаться основным потребителем станков.

технология обработки зубчатых передач

1. Литье и изготовление заготовок

Горячая штамповка по-прежнему широко используется в качестве процесса литья заготовок для автомобильных редукторов. В последние годы технология поперечной клиновой прокатки получила широкое распространение в механической обработке валов. Эта технология особенно подходит для изготовления заготовок для сложных дверных валов. Она не только отличается высокой точностью и малым припуском на последующую обработку, но и высокой производительностью.

2. нормализация

Цель этого процесса — получение твердости, подходящей для последующей обработки зубчатых колес, и подготовка микроструктуры для окончательной термообработки, чтобы эффективно уменьшить деформацию при термообработке. В качестве материала для зубчатых колес обычно используется сталь 20CrMnTi. Из-за сильного влияния персонала, оборудования и окружающей среды скорость и равномерность охлаждения заготовки трудно контролировать, что приводит к большому разбросу твердости и неравномерной металлографической структуре, что напрямую влияет на обработку металла и окончательную термообработку, вызывая большую и неравномерную термическую деформацию и неконтролируемое качество деталей. Поэтому применяется изотермическая нормализация. Практика доказала, что изотермическая нормализация эффективно устраняет недостатки обычной нормализации, обеспечивая стабильное и надежное качество продукции.

3. поворот

Для обеспечения точности позиционирования при высокоточной обработке зубчатых передач все заготовки обрабатываются на токарных станках с ЧПУ, которые механически зажимаются без переточки токарного инструмента. Обработка диаметра отверстия, торцевой поверхности и наружного диаметра выполняется синхронно за один цикл зажима, что не только обеспечивает вертикальность внутреннего отверстия и торцевой поверхности, но и гарантирует малый разброс размеров заготовок зубчатых передач. Таким образом, повышается точность заготовки зубчатой ​​передачи и обеспечивается качество обработки последующих зубчатых передач. Кроме того, высокая эффективность обработки на токарных станках с ЧПУ значительно сокращает количество оборудования и обеспечивает хорошую экономичность.

4. зубофрезерование и зуборезная обработка

Обычные зубофрезерные и зубошлифовальные станки по-прежнему широко используются для обработки зубчатых колес. Несмотря на удобство регулировки и обслуживания, их производительность низка. Для достижения больших объемов производства необходимо одновременно использовать несколько станков. С развитием технологии нанесения покрытий стало очень удобно повторно покрывать зубья фрез и плунжеры после шлифовки. Срок службы инструментов с покрытием может быть значительно увеличен, как правило, более чем на 90%, что эффективно сокращает количество замен инструмента и время шлифовки, обеспечивая существенные преимущества.

5. бритьё

Технология радиальной зубошлифовки широко используется в массовом производстве автомобильных зубчатых передач благодаря своей высокой эффективности и простоте реализации требований к изменению профиля и направления зубьев. С момента приобретения компанией в 1995 году специального радиального зубошлифовального станка итальянской компании для технической модернизации, применение этой технологии достигло зрелости, а качество обработки стало стабильным и надежным.

6. термообработка

Для обеспечения хороших механических свойств автомобильных шестерен необходима цементация и закалка. Стабильное и надежное оборудование для термообработки имеет важное значение для изделий, которые после термообработки больше не подвергаются шлифованию шестерен. Компания внедрила линию непрерывной цементации и закалки производства German Lloyd's, которая показала удовлетворительные результаты термообработки.

7. шлифовка

В основном он используется для обработки внутренних отверстий, торцевых поверхностей, наружных диаметров валов и других деталей после термообработки, что позволяет повысить точность размеров и уменьшить геометрические допуски.

При обработке зубчатых передач используется зажимное приспособление в виде делительной окружности для позиционирования и фиксации, что позволяет эффективно обеспечить точность обработки зубьев и правильность установки, а также получить продукцию удовлетворительного качества.

8. отделка

Это необходимо для проверки и очистки неровностей и заусенцев на зубчатых частях трансмиссии и ведущего моста перед сборкой, чтобы устранить шум и посторонние шумы, возникающие после сборки. Звук можно прослушать через одну пару зацеплений или наблюдать за отклонением зацепления на комплексном испытательном стенде. К деталям корпуса трансмиссии, производимым компанией-изготовителем, относятся корпус сцепления, корпус трансмиссии и корпус дифференциала. Корпус сцепления и корпус трансмиссии являются несущими деталями, которые обычно изготавливаются из литого под давлением алюминиевого сплава методом специального литья под давлением. Их форма может быть неправильной и сложной. Общий технологический процесс включает в себя: фрезерование поверхности соединения → механическая обработка отверстий и соединительных отверстий → черновая расточка отверстий для подшипников → чистовая расточка отверстий для подшипников и установочных штифтов → очистка → проверка и обнаружение герметичности.

Параметры и требования к зуборежущим инструментам

После цементации и закалки шестерни подвергаются сильной деформации. Особенно для крупных шестерен деформация размеров цементированного и закаленного наружного круга и внутреннего отверстия, как правило, очень велика. Однако для токарной обработки цементированного и закаленного наружного круга шестерни до сих пор не существовало подходящего инструмента. Инструмент BN-H20, разработанный компанией «Valin superhard» для интенсивной прерывистой токарной обработки закаленной стали, позволил скорректировать деформацию цементированного и закаленного наружного круга, внутреннего отверстия и торцевой поверхности шестерни, а также найти подходящий инструмент для прерывистой резки. Это стало мировым прорывом в области прерывистой резки с использованием сверхтвердых инструментов.

Деформация зубчатых колес при цементации и закалке: деформация зубчатых колес при цементации и закалке в основном вызвана совокупным действием остаточных напряжений, возникающих в процессе обработки, термических и структурных напряжений, возникающих в процессе термообработки, а также деформацией, вызванной собственным весом заготовки. Особенно это касается больших зубчатых колец и шестерен; большие зубчатые кольца также увеличивают деформацию после цементации и закалки из-за их большого модуля упругости, глубокого цементирующего слоя, длительного времени цементации и собственного веса. Закономерность деформации большого зубчатого вала: наружный диаметр окружности головки зуба демонстрирует явную тенденцию к уменьшению, но в направлении ширины зуба зубчатого вала средняя часть уменьшается, а два конца слегка расширяются. Закономерность деформации зубчатого кольца: после цементации и закалки наружный диаметр большого зубчатого кольца увеличивается. При различной ширине зуба направление ширины зуба будет коническим или в форме перетянутого барабана.

Токарная обработка зубчатых колес после цементации и закалки: деформацию зубчатого кольца при цементации и закалке можно контролировать и уменьшать в определенной степени, но полностью избежать ее невозможно. Для коррекции деформации после цементации и закалки ниже приводится краткий обзор возможности использования токарных и режущих инструментов после цементации и закалки.

Токарная обработка наружной окружности, внутреннего отверстия и торцевой поверхности после цементации и закалки: токарная обработка — это простейший способ исправить деформацию наружной окружности и внутреннего отверстия цементированного и закаленного зубчатого колеса. Ранее ни один инструмент, включая зарубежные сверхтвердые инструменты, не мог решить проблему сильно прерывистой резки наружной окружности закаленного зубчатого колеса. Компания Valin Superhard была приглашена для проведения исследований и разработок инструмента: «Прерывистая резка закаленной стали всегда была сложной проблемой, не говоря уже о закаленной стали с твердостью около HRC60 и большим допуском на деформацию. При высокоскоростной токарной обработке закаленной стали, если заготовка имеет прерывистую резку, инструмент будет выполнять обработку с более чем 100 ударами в минуту при резке закаленной стали, что является серьезным испытанием для ударопрочности инструмента», — говорят эксперты Китайской ассоциации ножей. После года многократных испытаний компания Valin Superhard представила бренд сверхтвердого режущего инструмента для токарной обработки закаленной стали с сильной прерывистостью; Эксперимент по токарной обработке проводится на наружной окружности шестерни после цементации и закалки.

Эксперимент по вращению цилиндрической шестерни после цементации и закалки.

Крупная шестерня (кольцевая шестерня) сильно деформировалась после цементации и закалки. Деформация наружной окружности кольцевой шестерни достигала 2 мм, а твердость после закалки составляла HRC 60-65. В то время заказчику было сложно найти шлифовальный станок большого диаметра, припуск на обработку был большим, а эффективность шлифовки слишком низкой. В итоге, цементированная и закаленная шестерня была подвергнута токарной обработке.

Линейная скорость резки: 50–70 м/мин, глубина резки: 1,5–2 мм, расстояние резки: 0,15–0,2 мм/оборот (регулируется в зависимости от требуемой шероховатости).

При обработке закаленного зубчатого колеса вся обработка завершается за один раз. Оригинальный импортный керамический инструмент позволяет многократно обрабатывать деформированные участки. Кроме того, он подвержен серьезному разрушению кромок, а стоимость его использования очень высока.

Результаты испытаний инструмента: он обладает большей ударопрочностью, чем оригинальный импортный керамический инструмент из нитрида кремния, и его срок службы в 6 раз превышает срок службы керамического инструмента из нитрида кремния при увеличении глубины резания в три раза! Эффективность резания увеличивается в 3 раза (раньше требовалось в три раза больше резания, а теперь — в один раз). Шероховатость поверхности заготовки также соответствует требованиям пользователя. Самое ценное то, что окончательным результатом поломки инструмента является не серьезная поломка кромки, а обычный износ задней поверхности. Этот эксперимент по прерывистому вращению закаленного зубчатого колеса разрушил миф о том, что сверхтвердые инструменты в промышленности нельзя использовать для обработки закаленной стали с высокой прочностью при прерывистом вращении! Это вызвало большой резонанс в академических кругах, занимающихся режущими инструментами!

Чистота поверхности твердого вращающегося внутреннего отверстия шестерни после закалки

Рассмотрим в качестве примера прерывистую обработку внутреннего отверстия шестерни с масляной канавкой: срок службы пробного режущего инструмента достигает более 8000 метров, а чистота поверхности составляет Ra0,8; если использовать сверхтвердый инструмент с полированной кромкой, то качество обработки закаленной стали может достигать Ra0,4. Таким образом, достигается хороший срок службы инструмента.

Обработка торцевой поверхности шестерни после цементации и закалки.

В качестве типичного примера применения метода «токарной обработки вместо шлифовки» лопатка из кубического нитрида бора широко используется в производственной практике для твердой токарной обработки торцевых поверхностей зубчатых колес после нагрева. По сравнению со шлифовкой, твердая токарная обработка значительно повышает эффективность работы.

Для цементированных и закаленных зубчатых колес к режущим инструментам предъявляются очень высокие требования. Во-первых, прерывистая резка требует высокой твердости, ударопрочности, ударной вязкости, износостойкости, шероховатости поверхности и других свойств инструмента.

Обзор:

Для токарной обработки после цементации и закалки, а также для обработки торцов, получили широкое распространение обычные сварные композитные инструменты из кубического нитрида бора. Однако для устранения больших деформаций наружной окружности и внутреннего отверстия цементированного и закаленного большого зубчатого кольца всегда остается сложной задачей. Токарная обработка закаленной стали с использованием сверхтвердого инструмента из кубического нитрида бора Bn-H20 производства Valin является значительным прогрессом в инструментальной промышленности, что способствует широкому распространению процесса «токарной обработки вместо шлифовки» в зубчатой ​​промышленности, а также решает давнюю проблему закаленных цилиндрических токарных инструментов для зубчатых колес. Это также имеет большое значение для сокращения производственного цикла зубчатых колец и снижения себестоимости производства; резцы серии Bn-H20 известны в отрасли как мировая модель высокопрочных инструментов для токарно-обработки закаленной стали.