Quy trình sản xuất bánh răng trống là gì? Đúc so với rèn so với gia công

Giới hạn trên của chất lượng sản phẩm bánh răng phụ thuộc vào nền tảng vật liệu. Ngay cả khi bạn có thiết kế biên dạng răng tốt nhất hoặc giải pháp xử lý nhiệt tiên tiến nhất, nếu có khiếm khuyết trong quy trình sản xuất phôi bánh răng cơ bản, bánh răng của bạn chắc chắn sẽ không chạy được trong một thời gian dài.

Phôi bánh răng là những yếu tố quyết định tính toàn vẹn của kết cấu, tuổi thọ mỏi và chi phí sản xuất của các bộ phận cuối cùng. Việc chọn sai quy trình sản xuất có thể dẫn đến hỏng bánh răng nghiêm trọng trong quá trình-vận hành tại chỗ hoặc tăng chi phí bảo trì trong quy trình sản xuất.

Vậy bạn chọn quy trình sản xuất như thế nào? Bạn nên chọn đúc, rèn hay gia công trực tiếp từ thanh phôi?

Đúc là một trong những kỹ thuật xử lý kim loại lâu đời nhất được con người làm chủ và đối với các tình huống ứng dụng cụ thể, nó vẫn là một kỹ thuật có tính cạnh tranh cao.quá trình sản xuất trống bánh răng. Nguyên tắc là bơm kim loại nóng chảy vào khoang khuôn, từ đó xác định hình dạng của phôi.

Nghề thủ công và vật liệu
Trong lĩnh vực bánh răng, chúng ta thường nhắc đến đúc cát hoặc đúc đầu tư, và các vật liệu thường được sử dụng bao gồm gang xám, gang dẻo hoặc thép đúc. Sau khi kim loại nóng chảy nguội đi và đông đặc lại, nó tạo thành hình dạng phù hợp với khuôn.

ưu và nhược điểm
Ưu điểm lớn nhất của việc đúc là mức độ tự do về hình dạng hình học. Nếu bạn đang thiết kế các bánh răng khổng lồ cho máy nghiền bi khai thác mỏ hoặc hệ thống đẩy tàu - những bánh răng có đường kính vài mét thì đúc - thường là giải pháp khả thi duy nhất. Nó cho phép bạn đúc trực tiếp các cấu trúc phức tạp như nan hoa và các lỗ giảm trọng lượng vào phôi, nhờ đó giảm đáng kể lượng vật liệu bị loại bỏ trong tương lai.

Nhưng việc casting có những điểm yếu cố hữu của nó. Quá trình đông đặc dễ dẫn đến các khuyết tật bên trong nhưđộ xốp và lỗ co ngót. Ngoài ra, cấu trúc hạt của vật đúc thường ngẫu nhiên và thô. Điều này có nghĩa là so với vật rèn, độ bền kéo và độ bền va đập của bánh răng đúc thường thấp hơn.

Các tình huống có thể áp dụng thường là các bánh răng có kích thước lớn{0}}, cấu trúc hình học cực kỳ phức tạp, các ứng dụng có ứng suất từ ​​thấp đến trung bình và các tình huống yêu cầu hiệu suất hấp thụ sốc tuyệt vời của gang.

Chú ý:Cảnh giác với các khuyết tật tiềm ẩn bên trong sẽ chỉ lộ ra sau khi bắt đầu quá trình cắt bánh răng.

Khi khả năng chịu tải-cao, khả năng chống va đập và tuổi thọ mỏi dài trở thành những yêu cầu không khoan nhượng,rènchắc chắn là một quá trình sản xuất trống bánh răng cao cấp. Quá trình rèn liên quan đến việc nung nóng phôi kim loại và tạo áp suất cực lớn bằng cách sử dụng một chiếc búa hoặc máy ép khổng lồ để khiến nó bị biến dạng dẻo.

Vũ khí bí mật:dòng chảy hạt
Tại sao bánh răng rèn lại bền hơn bánh răng đúc hoặc cắt? Câu trả lời nằm ởdòng chảy hạt kim loại.
Hãy tưởng tượng gỗ. Tách gỗ dọc theo kết cấu của nó dễ dàng hơn nhiều so với cắt theo chiều ngang. Kim loại cũng có "kết cấu" hoặc cấu trúc dạng sợi tương tự.

Đang đúc: không có đường thẳng, cấu trúc đẳng hướng nhưng tương đối lỏng lẻo.
Cắt:Bạn đã cắt đứt đường dòng và các đầu sợi lộ ra ngoài có thể trở thành điểm bắt đầu của các vết nứt.
Trong rèn, biến dạng dẻo buộc các đường dòng kim loại đi theo đường viền của phôi.

Dòng kim loại liên tục này tạo thành một "bộ xương" bên trong bộ phận phù hợp với hướng của lực tác dụng lên bánh răng, cải thiện đáng kể độ bền mỏi và khả năng chống va đập.

Hai hình thức chính

Rèn khuôn mở:Được sử dụng cho các khoảng trống lớn hơn và đơn giản hơn. Nó có thể nén hiệu quả trung tâm của phôi thép và đóng các lỗ chân lông bên trong.
Rèn khuôn kín:Đây là quy trình sản xuất phôi bánh răng phổ biến nhất cho bánh răng ô tô và công nghiệp. Kim loại được ép vào các khuôn chính xác để tạo ra các phôi "gần như dạng lưới" với quá trình xử lý tiếp theo ở mức tối thiểu.

Cân nhắc kinh tế
Việc rèn đòi hỏi khuôn mẫu đắt tiền và thiết bị nặng. Nếu chỉ là một nguyên mẫu duy nhất thì sẽ không có hiệu quả về mặt chi phí. Nhưng đối với những lô trên 1000 chiếc, rèn thường là lựa chọn có chi phí thấp nhất do lãng phí nguyên liệu thô tối thiểu và giảm đáng kể thời gian xử lý. Thích hợp cho hộp số ô tô, hộp số hàng không, hộp số công nghiệp-nặng và-sản xuất quy mô lớn.

Quy trình sản xuất phôi bánh răng phổ biến thứ ba là cắt trực tiếp từ thanh phôi. Tại đây, bạn chọn thép tròn đặc (chẳng hạn như thép 45#, 42CrMo, 20CrMnTi, v.v.) và dùng máy tiện CNC hoặc máy cưa để cắt thành kích thước phôi bánh răng.

Con đường có ít trở ngại nhất
Đây là một quá trình 'giảm vật liệu'. Bạn cầm một mảnh vật liệu lớn hơn và cắt bỏ tất cả những phần trông không giống bánh răng.

Ưu điểm lớn nhất ở đây là sự nhanh nhẹn. Bạn không cần phải đợi 8 tuần để sản xuất khuôn đúc hoặc khuôn rèn. Bạn có thể đặt mua một thanh thép ngay hôm nay và nhận phôi bánh răng đã được gia công vào ngày mai. Để tạo mẫu, thay thế phụ tùng hoặc sản xuất hàng loạt nhỏ (chẳng hạn như 10 đến 50 chiếc), đây thường là phương pháp được ưu tiên mặc định.

Thỏa hiệp trong kỹ thuật
Nhược điểm nằm ở hiệu suất kết cấu. Như đã đề cập trước đó, khi bạn quay bánh răng từ vật liệu dạng thanh, bạn đang làm gián đoạn dòng chảy sợi của vật liệu. Bằng cách cắt kết cấu dọc của vật liệu thanh cán, bạn đã để lộ các đầu thớ trên bề mặt răng bánh răng.

Mặc dù chất lượng của thép hiện đại đủ cao để làm cho phương pháp này được chấp nhận trong nhiều ứng dụng chung, nhưng tuổi thọ mỏi của bánh răng cắt thường thấp hơn so với bánh răng rèn có cùng vật liệu và kích thước.

Ngoài ra, tỷ lệ sử dụng vật liệu của quy trình sản xuất phôi bánh răng này là thấp nhất. Nếu bạn muốn gia công một bánh răng lớn có trục bánh xe, bạn sẽ biến phần lớn thép hợp kim đắt tiền thành phoi (phế liệu), điều này sẽ trực tiếp làm tăng chi phí nguyên vật liệu trên mỗi chiếc.

Ưu điểm của nó là không cần phí khuôn (NRE) và chu kỳ giao hàng rất nhanh. Thích hợp cho các máy nguyên mẫu, thử nghiệm hàng loạt nhỏ, các bộ phận sửa chữa khẩn cấp và bánh răng có tải nhẹ đến trung bình.

Để giúp bạn hiểu được sự khác biệt một cách trực quan, Hansheng đã so sánh ba quy trình sản xuất phôi bánh răng này với nhau.

 

 

 

 

 

Điểm hòa vốn của "chi phí so với sản lượng"
Một trong những yếu tố quan trọng nhất khi lựa chọn quy trình sản xuất phôi bánh răng là 'đường cong năng suất'.

Nếu bạn cần 10 bánh răng thì cắt thanh là lựa chọn phù hợp. Mặc dù lãng phí nguyên liệu là đáng kể nhưng tổng chi phí vẫn thấp hơn chi phí mở một bộ khuôn rèn (có thể lên tới hàng chục nghìn nhân dân tệ).

Nếu bạn cần 5000 bánh răng, việc rèn là người chiến thắng không thể tranh cãi. Chi phí khuôn ban đầu được trải đều trên hàng nghìn bộ phận và mức tăng chi phí của một bộ phận là rất nhỏ. Đồng thời, việc tiết kiệm nguyên liệu thô và giảm thời gian gia công (vì phôi gần như được tạo thành lưới) sẽ mang lại tỷ suất lợi nhuận rất lớn.

Hansheng cung cấp cho bạn danh sách kiểm tra cho quy trình sản xuất phôi bánh răng.

Đánh giá hệ số tải và an toàn
Thiết bị này được sử dụng cho trường hợp nào? Nếu ứng dụng liên quan đến tải sốc, ứng suất theo chu kỳ hoặc các chức năng quan trọng về an toàn thì việc đúc có thể được xem xét cụ thể.

Phân tích hình dạng hình học
Bánh răng có tấm bụng lớn, lỗ giảm trọng lượng phức tạp hoặc vỏ tích hợp không? Nếu hình dạng quá phức tạp để rèn hoặc việc tiện quá lãng phí vật liệu thì việc đúc có thể là giải pháp hình học duy nhất của bạn.

Tính tổng chi phí sở hữu (TCO)
Đừng chỉ nhìn vào báo giá nguyên liệu thô mà hãy nhìn vào giá thành của thành phẩm.
Mua phôi đúc có thể rẻ nhưng nếu có điểm cứng (vùng lạnh) thì không thân thiện với đạo cụ CNC và sẽ làm tăng chi phí gia công.
Mặc dù phôi rèn đòi hỏi đầu tư ban đầu cao, độ mịn bề mặt nhất quán và đặc tính không có khuyết tật của chúng có thể đẩy nhanh tốc độ mài và mài bánh răng, do đó rút ngắn thời gian chu kỳ của toàn bộ quy trình sản xuất phôi bánh răng.

Xem xét tác động của xử lý nhiệt
Các vật liệu rèn thường có cấu trúc đặc hơn và đồng nhất hơn, khiến cho phản ứng của chúng với các phương pháp xử lý nhiệt như cacbon hóa và thấm nitơ dễ dự đoán hơn. Vật đúc đôi khi bị biến dạng khó lường trong quá trình làm nguội do sự không nhất quán bên trong.

Dựa trên kinh nghiệm sâu rộng của Hansheng, đề xuất của chúng tôi là không có quy trình sản xuất phôi bánh răng nào "tốt nhất" tuyệt đối, chỉ có quy trình đáp ứng tốt nhất các tiêu chuẩn về đầu ra, ngân sách và hiệu suất của dự án của bạn.

Đúc:cho quy mô cực lớn và cấu trúc hình học phức tạp.
Rèn:Cho hiệu suất quan trọng, độ bền và sản xuất hàng loạt.
Cắt thanh:để có được tốc độ, tính linh hoạt và các đơn đặt hàng theo lô nhỏ.

Hansheng là nhà sản xuất thiết bị chuyên nghiệp cung cấp-các giải pháp truyền động chính xác một cửa. Nếu bạn có bất kỳ nhu cầu nào liên quan đến thiết bị, vui lòng liên hệ ngay với nhóm kỹ thuật của chúng tôi hoặc truy cập trang khả năng sản xuất thiết bị của chúng tôi để duyệt. Chúng tôi có thể cung cấp cho bạn phân tích Thiết kế cho khả năng sản xuất (DFM) toàn diện và so sánh chi phí chi tiết để giúp bạn tối ưu hóa thiết kế thiết bị của mình. Hãy cùng nhau xây dựng những sản phẩm bền bỉ.

Tất cả các bánh răng có thể được rèn?
Không. Việc rèn có những hạn chế về hình dạng. Nếu các bánh răng có các khoang bên trong rất phức tạp, các vết cắt hoặc đường kính cực lớn (chẳng hạn như các bánh răng hàng hải vượt quá 2-3 mét), việc rèn có thể không thực tế về mặt kỹ thuật hoặc tốn kém. Trong trường hợp này, đúc thường là lựa chọn tốt hơn cho quy trình sản xuất phôi bánh răng.

Tác động cụ thể của "tinh giản kim loại" đến tuổi thọ của bánh răng là gì?
Tác động là đáng kể. Theo dữ liệu ngành mà chúng tôi đã biết, trong cùng điều kiện xử lý nhiệt và vật liệu, các bánh răng được rèn với dòng chảy kim loại liên tục thường có độ bền mỏi cao hơn 20% đến 30% so với các bánh răng được gia công bằng cách cắt. Đối với các bánh răng truyền động chịu được tải trọng va đập lớn, điều này thường quyết định đến tuổi thọ vận hành của bánh răng.

Quá trình nhanh nhất là gì nếu tôi cần gấp một thiết bị thay thế?
Gia công từ phôi thanh. Bạn không cần phải đợi sản xuất khuôn (thường mất 4-8 tuần). Sử dụng kho thép tròn, xưởng gia công lành nghề có thể sản xuất các bộ phận thay thế khẩn cấp cho bạn trong vòng 24-48 giờ. Mặc dù yếu hơn một chút so với vật rèn nhưng đây là giải pháp nhanh nhất để giải quyết vấn đề tắt máy.

Quá trình nào là phù hợp nhất cho bánh răng sâu bằng đồng lớn?
Đối với bánh răng giun bằng đồng, đúc ly tâm thường là quy trình được ưu tiên.
Mặc dù đồng cũng có thể được rèn, nhưng phương pháp đúc ly tâm mang lại mật độ vật liệu và khả năng chống mài mòn tuyệt vời, đồng thời có hiệu quả cao-về mặt chi phí, khiến phương pháp này trở thành quy trình sản xuất phôi bánh răng tiêu chuẩn cho các bánh răng kim loại màu lớn-.

ANSI/AGMA 2001-D04 (Tái khẳng định 2016)

Các hệ số đánh giá cơ bản và phương pháp tính toán cho răng bánh răng trụ và bánh răng xoắn ốc.

ISO 6336-5:2016

Tính toán khả năng chịu tải của bánh răng thẳng và bánh răng xoắn ốc - Phần 5: Độ bền và chất lượng vật liệu.

AGMA 923-B05

Thông số kỹ thuật luyện kim cho bánh răng thép.

Sổ tay Thiết kế và Sản xuất Thiết bị Thực hành của Dudley (Ấn bản thứ 4)

Stephen P. Radzevich, Nhà xuất bản CRC.