فرآیندهای ساخت Gear Blank چیست؟ ریخته گری در مقابل آهنگری در مقابل ماشینکاری

حد بالایی کیفیت محصولات چرخ دنده به پایه مواد بستگی دارد. حتی اگر بهترین طراحی پروفیل دندان یا پیشرفته‌ترین راه‌حل عملیات حرارتی را داشته باشید، در صورت وجود نقص در فرآیند تولید دنده اصلی، دنده‌های شما برای مدت طولانی کار نمی‌کنند.

قطعات چرخ دنده فاکتورهای تعیین کننده برای یکپارچگی ساختاری، عمر خستگی و هزینه ساخت قطعات نهایی هستند. انتخاب اشتباه فرآیند تولید ممکن است منجر به شکستگی فاجعه‌بار دنده در حین کار{1}}در محل یا افزایش هزینه‌های نگهداری در فرآیند تولید شود.

بنابراین چگونه فرآیند تولید را انتخاب می کنید؟ آیا باید ریخته گری، آهنگری یا ماشینکاری مستقیم را از استوک میله انتخاب کنید؟

ریخته‌گری یکی از قدیمی‌ترین تکنیک‌های پردازش فلز است که توسط انسان تسلط یافته است، و برای سناریوهای کاربردی خاص، بسیار رقابتی است.فرآیند تولید دنده خالی. اصل این است که فلز مذاب را به داخل حفره قالب تزریق کنید و در نتیجه شکل قسمت خالی را مشخص کنید.

صنایع دستی و مواد
در زمینه چرخ دنده ها معمولاً به ریخته گری شن و ماسه یا ریخته گری سرمایه گذاری اشاره می کنیم و مواد پرکاربرد عبارتند از چدن خاکستری، چدن شکل پذیر یا فولاد ریخته گری. پس از سرد شدن و جامد شدن فلز مذاب، شکلی مطابق با قالب به خود می گیرد.

مزایا و معایب
بزرگترین مزیت ریخته گری درجه آزادی در شکل هندسی است. اگر دنده‌های غول‌پیکری را برای آسیاب‌های گلوله‌ای استخراج می‌کنید یا سیستم‌های محرکه کشتی - با قطر چند متر - ریخته‌گری اغلب تنها راه‌حل ممکن است. این به شما امکان می دهد تا به طور مستقیم ساختارهای پیچیده مانند پره ها و سوراخ های کاهش وزن را در قسمت خالی ریخته و در نتیجه میزان مواد حذف شده در آینده را به میزان قابل توجهی کاهش دهید.

اما بازیگری ضعف های ذاتی خود را دارد. فرآیند انجماد به راحتی می تواند منجر به نقص های داخلی مانندحفره های تخلخل و جمع شدگی. علاوه بر این، ساختار دانه های ریخته گری معمولاً تصادفی و درشت است. این بدان معنی است که در مقایسه با آهنگری، استحکام کششی و چقرمگی ضربه چرخ دنده های ریخته گری معمولا کمتر است.

سناریوهای قابل اجرا عموماً دنده‌های بزرگ-، ساختارهای هندسی بسیار پیچیده، کاربردهای تنش کم تا متوسط ​​و موقعیت‌هایی هستند که نیاز به عملکرد عالی در جذب ضربه چدن دارند.

توجه:مراقب عیوب پنهان داخلی باشید که فقط پس از شروع پردازش برش دنده آشکار می شوند.

زمانی که ظرفیت باربری بالا، مقاومت در برابر ضربه و عمر طولانی خستگی به الزامات غیر قابل سازش تبدیل می شوند،جعلبدون شک یک فرآیند تولید دنده خالی است. آهنگری شامل گرم کردن شمش فلزی و اعمال فشار بسیار زیاد با استفاده از یک چکش یا پرس غول پیکر برای تغییر شکل پلاستیکی آن است.

سلاح مخفی:جریان دانه
چرا چرخ دنده های آهنگری قوی تر از چرخ دنده های ریخته گری یا برش هستند؟ پاسخ در نهفته استجریان دانه های فلزی.
چوب را تصور کنید. شکافتن چوب در طول بافت آن بسیار ساده تر از برش افقی است. فلزات نیز دارای "بافت" یا ساختارهای فیبری مشابه هستند.

در بازیگری: هیچ خطوط جریانی وجود ندارد، ساختار همسانگرد اما نسبتا شل است.
برش:شما خط جریان را قطع کرده اید و انتهای فیبر در معرض دید ممکن است به نقطه شروع ترک تبدیل شود.
در آهنگری، تغییر شکل پلاستیک خطوط جریان فلزی را مجبور می کند تا خطوط خالی را دنبال کنند.

این خط جریان فلزی پیوسته یک "اسکلت" را در داخل قطعه تشکیل می دهد که با جهت نیروی وارد شده به چرخ دنده مطابقت دارد و به طور قابل توجهی استحکام خستگی و مقاومت در برابر ضربه را بهبود می بخشد.

دو شکل اصلی

باز کردن قالب فورج:برای جاهای خالی بزرگتر و ساده تر استفاده می شود. می تواند به طور موثر مرکز شمش فولاد را فشرده کند و منافذ داخلی را ببندد.
فورج قالب بسته:این رایج ترین فرآیند تولید دنده خالی برای چرخ دنده های خودرو و صنعتی است. فلز در قالب‌های دقیق فشرده می‌شود تا با حداقل پردازش‌های بعدی، پرده‌های «نزدیک به شبکه شکل‌گرفته» تولید شود.

ملاحظات اقتصادی
آهنگری به قالب های گران قیمت و تجهیزات سنگین نیاز دارد. اگر یک نمونه اولیه باشد، مقرون به صرفه نیست. اما برای دسته های بیش از 1000 قطعه، آهنگری اغلب به دلیل حداقل ضایعات مواد خام و کاهش قابل توجه زمان پردازش، کم هزینه ترین گزینه است. مناسب برای گیربکس های خودرو، دنده های هوانوردی، گیربکس های صنعتی سنگین-و تولید در مقیاس بزرگ.

سومین فرآیند متداول تولید دنده خالی، برش مستقیم از استوک میله است. در اینجا، یک فولاد گرد جامد (مانند فولاد 45#، 42CrMo، 20CrMnTi، و غیره) را انتخاب کرده و از یک ماشین تراش CNC یا ماشین اره برای برش آن به اندازه یک چرخ دنده استفاده می کنید.

راهی با کمترین مقاومت
این یک فرآیند "کاهش مواد" است. شما یک قطعه بزرگتر از مواد را نگه می دارید و تمام قسمت هایی که شبیه چرخ دنده نیستند را جدا می کنید.

بزرگترین مزیت در اینجا چابکی است. برای تولید قالب های ریخته گری یا آهنگری نیازی به 8 هفته صبر نیست. شما می توانید امروز یک میله فولادی سفارش دهید و فردا دنده خالی آن را دریافت کنید. برای نمونه سازی، تعویض قطعات یدکی، یا تولید دسته ای کوچک (مانند 10 تا 50 قطعه)، این معمولاً روش ترجیحی پیش فرض است.

سازش در مهندسی
نقطه ضعف در عملکرد سازه نهفته است. همانطور که قبلا ذکر شد، هنگامی که چرخ دنده ها را از مواد میله می چرخانید، خطوط جریان فیبر مواد را مختل می کنید. با برش بافت طولی مواد میله نورد، انتهای دانه ها را روی سطح دندانه چرخ دنده قرار دادید.

اگرچه کیفیت فولاد مدرن به اندازه کافی بالا است که این روش را برای بسیاری از کاربردهای عمومی قابل قبول می کند، عمر خستگی چرخ دنده های برش معمولاً کمتر از چرخ دنده های آهنگری در مواد و اندازه یکسان است.

علاوه بر این، نسبت استفاده از مواد در این فرآیند تولید دنده خالی کمترین میزان است. اگر می خواهید یک چرخ دنده بزرگ را با توپی چرخ پردازش کنید، بیشتر فولاد آلیاژی گران قیمت را به تراشه (ضایعات) تبدیل می کنید که مستقیماً هزینه مواد را برای هر قطعه افزایش می دهد.

مزیت آن این است که نیازی به هزینه قالب (NRE) نیست و چرخه تحویل بسیار سریع است. مناسب برای ماشین‌های نمونه اولیه، آزمایش‌های دسته‌ای کوچک، قطعات تعمیرات اضطراری و چرخ دنده‌هایی با بارهای سبک تا متوسط.

برای کمک به درک شهودی تفاوت‌ها، Hansheng این سه فرآیند تولید چرخ دنده را با هم مقایسه کرد.

 

 

 

 

 

نقطه سربه سر «هزینه در مقابل بازده»
یکی از مهم ترین عوامل در هنگام انتخاب فرآیند تولید چرخ دنده، "منحنی بازده" است.

اگر به 10 دنده نیاز دارید، برش میله انتخاب مناسبی است. اگرچه ضایعات مواد قابل توجه است، اما هزینه کل هنوز کمتر از هزینه باز کردن مجموعه ای از قالب های آهنگری است (که ممکن است به ده ها هزار یوان برسد).

اگر به 5000 دنده نیاز دارید، آهنگری برنده بلامنازع است. هزینه اولیه قالب در هزاران قطعه پخش می شود و افزایش هزینه تک قطعه حداقل است. در عین حال، صرفه جویی در مواد خام و کاهش زمان ماشینکاری (از آنجایی که قسمت خالی تقریباً خالص است) حاشیه سود زیادی را به همراه خواهد داشت.

Hansheng یک چک لیست برای فرآیند تولید چرخ دنده ارائه می دهد.

بار و فاکتور ایمنی را ارزیابی کنید
این دنده برای چه سناریویی استفاده می شود؟ اگر کاربرد شامل بارگذاری ضربه، تنش چرخه ای یا عملکردهای حیاتی ایمنی باشد، ممکن است ریخته گری مورد توجه ویژه قرار گیرد.

تجزیه و تحلیل اشکال هندسی
آیا چرخ دنده ها دارای صفحات شکمی بزرگ، سوراخ های پیچیده کاهش وزن یا پوسته های یکپارچه هستند؟ اگر شکل برای جعل بسیار پیچیده است، یا تراشکاری بیش از حد مواد بیهوده است، ریخته گری ممکن است تنها راه حل هندسی شما باشد.

محاسبه هزینه کل مالکیت (TCO)
فقط به قیمت مواد اولیه نگاه نکنید، به قیمت تمام شده محصول نگاه کنید.
خرید قطعات ریخته گری ممکن است ارزان باشد، اما اگر نقاط سخت (مناطق سرد) وجود داشته باشد، برای پایه های CNC مناسب نیست و هزینه های پردازش را افزایش می دهد.
اگرچه قطعات آهنگری نیاز به سرمایه گذاری اولیه بالایی دارد، صافی سطح ثابت و ویژگی های بدون نقص آنها می تواند سرعت چرخش و سنگ زنی چرخ دنده را تسریع کند، در نتیجه زمان چرخه کل فرآیند تولید چرخ دنده را کوتاه کند.

تاثیر عملیات حرارتی را در نظر بگیرید
مواد آهنگری معمولاً ساختار متراکم‌تر و یکنواخت‌تری دارند و واکنش‌های آن‌ها به عملیات‌های حرارتی مانند کربورسازی و نیترید کردن را قابل پیش‌بینی‌تر می‌کند. گاهی اوقات قطعات ریخته گری به دلیل ناهماهنگی های داخلی دچار تغییر شکل غیرقابل پیش بینی در حین کوئنچ می شوند.

بر اساس تجربه گسترده Hansheng، پیشنهاد ما این است که هیچ فرآیند تولید "بهترین" چرخ دنده خالی وجود ندارد، فقط فرآیندی وجود دارد که به بهترین وجه با خروجی، بودجه و استانداردهای عملکرد پروژه شما مطابقت داشته باشد.

بازیگری:برای ساختارهای هندسی بسیار بزرگ و پیچیده
آهنگری:برای عملکرد حیاتی، دوام و تولید انبوه.
برش میله:برای سرعت، انعطاف پذیری و سفارشات دسته ای کوچک.

Hansheng یک تولید کننده چرخ دنده حرفه ای است که راه حل های انتقال دقیق یک- را ارائه می دهد. اگر نیازهای مربوط به چرخ دنده دارید، لطفاً فوراً با تیم مهندسی ما تماس بگیرید یا برای مرور از صفحه قابلیت های ساخت چرخ دنده ما دیدن کنید. ما می‌توانیم تجزیه و تحلیل جامع طراحی برای قابلیت ساخت (DFM) و مقایسه دقیق هزینه‌ها را به شما ارائه دهیم تا به شما در بهینه‌سازی طراحی دنده‌تان کمک کنیم. بیایید با هم محصولات بادوام بسازیم.

آیا می توان همه چرخ دنده ها را جعل کرد؟
خیر. آهنگری محدودیت هایی در شکل دارد. اگر چرخ دنده ها دارای حفره های داخلی بسیار پیچیده، زیر بریدگی ها یا قطرهای بسیار بزرگ باشند (مانند چرخ دنده های دریایی بیش از 2-3 متر)، آهنگری ممکن است از نظر فنی غیر عملی یا پرهزینه باشد. در این مورد، ریخته‌گری معمولاً انتخاب بهتری برای فرآیند تولید چرخ دنده است.

تاثیر خاص "فلز streamline" بر عمر مفید چرخ دنده ها چیست؟
تاثیر قابل توجه است. طبق داده‌های صنعت که آموخته‌ایم، در شرایط یکسان مواد و عملیات حرارتی، چرخ دنده‌های آهنگری با خطوط جریان فلزی پیوسته معمولاً 20 تا 30 درصد استحکام خستگی بالاتری نسبت به چرخ دنده‌های ماشینکاری شده با برش دارند. برای چرخ دنده های انتقال که بارهای ضربه ای بالا را تحمل می کنند، این اغلب طول عمر چرخ دنده ها را تعیین می کند.

در صورت نیاز فوری به تعویض دنده، سریعترین فرآیند چیست؟
ماشینکاری از Bar Stock. نیازی نیست برای تولید قالب صبر کنید (که معمولاً 4-8 هفته طول می کشد). با استفاده از موجودی فولاد گرد، کارگاه های ماشینکاری ماهر می توانند قطعات تعویض اضطراری را در عرض 24 تا 48 ساعت برای شما تولید کنند. اگرچه کمی ضعیف تر از آهنگری است، اما سریع ترین راه حل برای حل مشکل خاموش شدن است.

کدام فرآیند برای چرخ دنده های کرم برنزی بزرگ مناسب تر است؟
برای چرخ دنده های کرم برنز، ریخته گری گریز از مرکز معمولاً فرآیند ترجیحی است.
اگرچه برنز را می‌توان جعل کرد، ریخته‌گری گریز از مرکز چگالی مواد و مقاومت در برابر سایش عالی را ارائه می‌کند، و بسیار مقرون به صرفه است، و آن را به فرآیند استاندارد تولید چرخ دنده‌های خالی برای چرخ دنده‌های بزرگ غیرآهنی تبدیل می‌کند.

ANSI/AGMA 2001-D04 (تأیید مجدد در سال 2016)

فاکتورهای درجه بندی اساسی و روش های محاسبه برای دندانه های خار در پیچ و چرخ دنده حلزونی.

ISO 6336-5:2016

محاسبه ظرفیت بار چرخ دنده های خار و مارپیچ - قسمت 5: استحکام و کیفیت مواد.

AGMA 923-B05

مشخصات متالورژی برای دنده های فولادی.

کتاب راهنمای طراحی و ساخت دنده عملی دادلی (ویرایش چهارم)

استفان پی رادزویچ، انتشارات CRC.