Какво представляват лятите зъбни колела? Пълно ръководство от избора на материал до оптимизирането на процеса.

Като производител на прецизни машинни части с десетгодишен опит, Hansheng може да ви каже, че това мнение е погрешно. Докато кованите зъбни колела доминират в автомобилните приложения с основателна причина, лятите зъбни колела захранват над 80% от тежкото индустриално оборудване в световен мащаб.

Но реалността е сурова: качеството на една лята предавка зависи изцяло от контрола на процеса зад нея.

Ако сте мениджър покупки, инженер по машинен дизайн или ръководител на проект, може да претегляте:
Трябва ли да избера сферографитен чугун или лята стомана?
Как мога да се уверя, че няма вътрешни пори в основата на зъбното колело?
Може ли процесът на леене да издържи моите условия на-висок въртящ момент?

Защо да изберете кастинг? Кога е най-добрият избор?
В следните три конкретни сценария силно препоръчваме да дадете приоритет на кастинга.

Ограничения за размер и тегло
Когато се изискват зъбни колела с диаметър над 1-2 метра, цената на коване на матрици става непосилно висока. За големи лети зъбни колела, като големите зъбни пръстени на топкови мелници, леенето е практически единствената икономически жизнеспособна опция.

Сложни геометрични форми
Ако вашият дизайн на зъбно колело изисква сложни мрежови структури,-отвори за намаляване на теглото или интегрирани главини, отливането може директно да ги оформи във формата. Обработката на тези характеристики с твърди стоманени заготовки може да доведе до над 50% материални отпадъци.

Материално разнообразие
Можете да произвеждате зъбни колела от лята стомана със специална износоустойчивост или издръжливост чрез персонализиране на състава на сплавта, докато тези свойства може да не са постижими в стандартни ковани стоманени заготовки.

Ляти зъбни колела срещу ковани зъбни колела

Забележка: Кастингът не е „по-лош“ от коването - той е оптимизиран за различни изисквания. Изберете въз основа на вашите специфични условия на натоварване, производствен обем и геометрична сложност.

Изборът на правилния материал за отливане е от решаващо значение. В областта на леенето ние избираме предимно от следните три вида материали.

Сив чугун (ASTM A48)
Характеристиката му е висока крехкост, но добра носимост. Благодарение на наличието на люспест графит, той има отлични свойства за абсорбиране на удари и смазване. Недостатъкът е ниската якост на опън и слабата устойчивост на удар. Подходящ е за ниско{3}}натоварени предавки, отворени зъбни предавки, чувствителни към шум, и работни условия без ударни натоварвания.

Ковък чугун (ASTM A536)
Това е най-често използваният материал за модерни индустриални зъбни колела. Принципът включва добавяне на магнезий към разтопеното желязо, за да се превърнат графитните люспи в сферични форми (нодули). Това елиминира точките на концентрация на напрежение в сивия чугун.

Оценките, които препоръчваме са:

80-55-06 (перлитна матрица): Перфектен баланс между здравина и устойчивост на износване.
100-70-03: По-висока якост, но повишена трудност при обработката.
„Ковък чугун срещу лята стомана“: Ковкият чугун има по-ниски разходи за леене (по-ниска точка на топене, по-малка степен на свиване) и превъзходно поглъщане на удари в сравнение със стоманата. Ако вашето изискване за якост на провлачване е под 400 MPa, сферографитен чугун обикновено е най-добрият избор.

Лета стомана (ASTM A148)
той може да се заварява (за разлика от чугуна) и може да постигне изключително висока твърдост чрез термична обработка. Общите класове включват AISI 4140 (еквивалентен клас) и 42CrMo4. Използва се широко в задвижващи устройства за минно дело, големи зъбни пръстени на въртящи се пещи и тежкотоварни-планетни носачи, които често понасят ударни натоварвания.

 

Сив чугун

Ковък чугун

Лета стомана

 

Избор на процес

Не всички съоръжения трябва да се хвърлят по един и същи метод. Трябва да изберем подходящия процес въз основа на размера, количеството и изискванията за прецизност на зъбното колело.

Леене на пясък от смола

Фурановата смола свързва пясъчните частици в твърда форма, минимизирайки движението на стените на матрицата по време на изливане и осигурявайки отлична стабилност на размерите и концентричност на зъбния венец. Подходящ е за средни до големи зъбни колела (диаметър от 500 мм до 10 метра).

Отливане по модели (изгубен восък)

Осигурявайки почти -чиста-прецизност на формата, той е идеален за зъбни колела от неръждаема стомана или сложни вътрешни шлици, които са трудни за машинна обработка. Подходящ за малки, сложни предавки (<50kg)

Центробежно леене

Разтопеният метал се излива във въртяща се форма, където центробежната сила избутва примесите към вътрешния диаметър (впоследствие отстранени чрез машинна обработка), оставяйки чисти, плътни зърнести структури при зъбите на зъбното колело. Специално проектиран за зъбни колела и джанти.

5-те-критични стъпки в производството на съоръжения

Създаване на модел и изчисляване на свиване
Точността на леене на зъбни колела зависи от формата. Различните материали имат различна степен на свиване (стомана ≈ 2%, желязо ≈ 1%). Може да се използва нелинейна компенсация на свиване, с повече компенсация при зъбния венец и по-малко компенсация при главината, за да се предотврати превръщането на елипсовидно зъбното колело по време на охлаждане.

Формоване и покритие
При леене със смола пясък пясъкът се смесва с катализатор и втвърдяващ агент. В същото време, за да се осигури гладкост на повърхността, трябва да се нанесе огнеупорно покритие на базата на цирконий вътре в кухината на формата. Това образува бариера между пясъка и разтопения метал, предотвратявайки сливането на пясъчните частици върху зъбите на зъбното колело.

Топене и металургичен контрол
Преди изливането е необходимо да се вземат проби от пещта и да се анализират с помощта на спектрометър. Уверете се, че грешката на въглерод, силиций и манган се контролира в рамките на 0,05%, за да се гарантира, че крайната твърдост и якост на опън отговарят на стандартите (като ASTM A148).
За чугун, особено за зъбни колела от сферографитен чугун, трябва да се извърши прецизна инокулация преди изливането, за да се гарантира, че графитните топки са равномерно кръгли и да се предотврати чупливост.

Контролирано втвърдяване (предотвратяване на дефекти)
Връзката между дебелото зъбно колело и тънката пластина е високо-рискова зона за порьозност на свиване. Следователно е необходимо да се поставят екзотермични щрангове върху зъбния венец, за да се запази металът течен за по-дълъг период от време и да се извърши попълване на свиването. В същото време използвайте студени тръпки в коремната плоча, за да ускорите охлаждането. Тази техника на насочено втвърдяване избутва всички примеси в щранга, който след това се отстранява.

Облекчаване на стреса
Когато зъбното колело се извади от матрицата, то съдържа значително термично напрежение вътре. Следователно всички зъбни колела трябва да бъдат подложени на процеси на нормализиране или отгряване за облекчаване на напрежението, за да се стабилизира тяхната кристална структура, преди да се премине към следващата стъпка от обработката на зъбните колела. Без тази стъпка зъбното колело ще се изкриви и деформира по време на следващите процеси на обработка.

Ако вземете предвид технологията за леене, когато проектирате зъбни колела, можете да намалите разходите с 20% и да подобрите качеството.

Принципите на проектиране на процеса на леене са както следва:

Еднаква дебелина на стената:Избягвайте внезапния преход от тънки към дебели участъци. Ако дебелината на пръстеновидното зъбно колело е 50 мм, а ламената е само 20 мм, връзката е гореща точка за напрежение и порьозност. Моля, използвайте заоблени ъгли за преход.

Ъгли на газене:Вертикалните стени изискват лек ъгъл (1 градус до 3 градуса), така че шаблонът да може да се отстрани от пясъчната форма, без да се повреди формата.

Радиуси на филе:„Острите ъгли са точки на концентрация на напрежение. При леенето острите ъгли могат също да причинят измиване на пясъчни частици в разтопения метал (образувайки пясъчни включвания).

Надбавка за обработка:Не оставяйте твърде малко. За големи ляти зъбни колела (като диаметър 1000 мм) трябва да се запазят поне 6-10 мм резерв. Повече обработка винаги е по-добра от остатъчната оксидна кожа (черна кожа) върху завършената зъбна повърхност.

След-операции за кастинг

След отливането текущата екипировка е просто отливка от необработен метал с вътрешно напрежение и грапава повърхност и изисква следните-стъпки за обработка след отливането.

Термична обработка

Нормализиране: Загрейте отливката до приблизително 900 градуса и я охладете на въздух. Целта е да се усъвършенства структурата на едрото „като -излято“ зърно и да се хомогенизира химическият състав. За зъбни колела от сферографитен чугун това обикновено е достатъчно за постигане на необходимата якост на опън.

Закаляване и темпериране: Това е основен процес за зъбни колела от лята стомана. След нагряване те се охлаждат в масло или полимерна вода, последвано от темпериране. Това трансформира микроструктурата в темпериран сорбит, осигурявайки перфектен баланс между висока граница на провлачване и якост на удар. Без закаляване и отвръщане стоманените зъбни колела са склонни към крехко счупване при ударно натоварване.

Стратегия за прецизна обработка

Грубо струговане: Външната повърхност на отливките често съдържа пясъчни включвания и оксидни люспи (твърди петна). Ние използваме тежко-твърдосплавни режещи инструменти, за да премахнем тази „черна кожа“ чрез дълбоко рязане с едно минаване, предотвратявайки тракането на инструмента и гарантирайки, че основният метал е плътен.

Фрезоване и нарязване на зъбни колела: За зъбни колела под клас AGMA Q8 / ISO 8 извършваме фрезоване на зъбни колела. За големи модули (модул > 20) или по-твърди материали, първо извършваме фрезоване на зъбни колела, последвано от шлайфане на формата. Това гарантира, че точността на профила на зъбите се контролира до микронно ниво.

Повърхностно втвърдяване (по избор, но препоръчително)

Индукционно закаляване: След машинна обработка, повърхността на зъба може да бъде подложена на индукционно закаляване, което подобрява устойчивостта на повърхността на износване, като същевременно запазва здравината на сърцевината.

Окончателна проверка и тестване

Проверка на размерите (CMM): Координатна измервателна машина проверява отклоненията на стъпката, биенето и ъгъла на спиралата.

Contact Pattern Check (Blueing): We mate the gear with a pinion and apply blue ink. A proper contact area (typically >70%) гарантира, че натоварването се разпределя равномерно върху зъба, предотвратявайки преждевременна повреда.

Предпазни мерки при обработка

Летите зъбни колела обикновено започват с грубо завъртане, последвано от фрезоване на зъбни колела. Поради потенциалното наличие на твърди петна (карбиди) в отливките е изключително важно да се използват подходящи карбидни режещи инструменти и скорости на рязане, за да се предотврати счупване на инструмента.

Летите зъбни колела в никакъв случай не са „евтини заместители“ - те са прецизни инженерни решения за тежко-предаване на мощност. Независимо дали избирате сферографитен чугун с добро поглъщане на удари или здрава лята стомана, ключът се крие в тясното сътрудничество между дизайнера и леярната.

Hansheng Automation, като производител на компоненти за прецизни машини, интегриращ заводи за производство на зъбни колела, обработващи центри с ЦПУ и леярни, споделя нашия опит с вас. Ако имате някакви свързани нужди, моля, свържете се с нашия инженерен екип, за да получите безплатна DFM (Design for Manufacturability) оценка на вашите чертежи на зъбни колела.

Свържете се с нас

Какъв е максималният размер на лятите зъбни колела?

Всъщност няма ограничение. Ограниченията обикновено се дължат на капацитета на крана и размера на пещта, а не на самия процес на леене.

Могат ли лятите зъбни колела да издържат на ударни натоварвания? Ковък чугун (QT500-7 или по-висок клас) и лята стомана могат ефективно да се справят с умерени до тежки ударни натоварвания. Поради поведението си при крехко счупване, сивият чугун трябва да се избягва при приложения, включващи ударни натоварвания.

Какви са механичните свойства в сравнение с кованите зъбни колела?

Зъбните колела от сферографитен чугун постигат 70-85% от якостта на опън на кованата стомана. Зъбните колела от лята стомана са сравними с кованата стомана в повечето свойства.

Какви допуски може да постигне отливането на зъбни колела?

Допустими-отливки: зелен пясък ±1,5-3 mm, смолист пясък ±0,5-1,5 mm. След механична обработка качеството на зъбните колела може да отговаря на стандартите ISO 1328 или AGMA 2015. Повечето промишлени предавки са от AGMA клас 8-10 (ISO клас 6-8).

Какво е типичното време за доставка за производство на Cast Gears?
Инструменти/мухъл: 2-4 седмици. Първи кастинг: 1-2 седмици. Масово производство: 3-5 седмици, в зависимост от количеството и изискванията за топлинна обработка. Общо: 6-11 седмици от одобрението на чертежите до готовите съоръжения.

Каква е цената в сравнение с коването?
За средно{0}}мащабно производство (500-2000 броя), отливката от сферографитен чугун обикновено е с 35-50% по-евтина от коването (за брой). Точката на пресичане зависи от геометричната сложност, размерите и производствения обем.

Може ли да се приложи топлинна обработка на отлети зъбни колела?
разбира се Сивият чугун може да претърпи облекчаване на напрежението. Ковкият чугун реагира добре на нормализиране, закаляване и отвръщане, както и на изотермично закаляване. Летата стомана може да бъде подложена на същата топлинна обработка като кованата стомана. Правилната термична обработка може да увеличи твърдостта на повърхността до 321-444 HB (еквивалентно на 55-63 HRC).

ASTM A148 / A148M: Стандартна спецификация за стоманени отливки, висока якост, за структурни цели.

ASTM A536: Стандартна спецификация за отливки от сферографитен чугун. (Ръководство за клас 80-55-06 и др.).

AGMA 2001-D04: Основни рейтингови фактори и методи за изчисление за зъби на еволвентни цилиндрични и спирални зъбни колела.

ISO 8062-3: Геометрични продуктови спецификации (GPS) – Допустими отклонения на размерите и геометричните параметри за формовани части. (Обикновено CT8-CT12 за пясъчно леене).