필요한 정밀도와 품질로 기어를 제조하는 것은 복잡한 과제입니다. 적절한 프로세스가 없으면 기어가 조기에 고장나거나 사양에 따라 성능을 발휘하지 못할 수 있습니다.
잘못된 장비 제조 공정을 선택하면 비용이 증가하고, 지연이 발생하고, 고객 불만이 생길 수 있습니다.
이 게시물에서는 성형, 가공, 마무리 및 열처리를 포함한 주요 기어 제조 공정을 분석합니다. 호빙 대 셰이핑, 탄소화 대 템퍼링 등과 같은 기술의 장단점을 배우게 됩니다.
기어 성형
주조
주조에서는 용융 금속을 기어 모양을 정의하는 금형 캐비티에 붓습니다. 모래 주조, 인베스트먼트 주조, 다이 캐스팅과 같은 다양한 주조 기술을 사용하면 거의 순수한 모양의 기어를 생산할 수 있습니다. 주조는 복잡한 모양을 형성할 수 있지만 치수 정확도와 표면 마감은 일반적으로 가공 공정에 비해 낮습니다.
단조
단조는 다이에서 높은 압력을 사용하여 가열된 금속 블랭크를 소성 변형시켜 기어를 형성합니다. 단조 공정은 개방형 또는 폐쇄형 다이에서 수행할 수 있으며, 후자는 더 나은 치수 제어를 제공합니다. 단조 기어는 주조 기어에 비해 우수한 강도와 인성을 가진 미세 입자 미세 구조를 가지고 있습니다. 최종 기어 형상과 허용 오차를 달성하기 위해 단조 후 추가 가공이 필요한 경우가 많습니다.
밀어 냄
압출 성형에서 금속은 다이 개구부를 통해 강제로 통과하여 연속적인 기어 프로파일을 만듭니다. 그런 다음 압출된 기어 프로파일을 필요한 면 폭으로 절단합니다. 압출은 스플라인 샤프트와 같은 길고 가느다란 기어를 효율적으로 생산할 수 있습니다. 이는 유리한 그레인 흐름 패턴을 생성하고 횡 용접을 제거하여 고강도와 균일한 재료 특성을 제공합니다.
분말 야금
분말 야금(PM)은 고압 하에 다이에서 금속 분말을 압축하여 "녹색" 압축물을 형성한 다음 고온에서 소결하여 입자를 결합하는 것을 포함합니다. PM은 거의 또는 전혀 가공하지 않고도 네트 모양 또는 네트 모양에 가까운 기어를 생산할 수 있습니다. 고유한 합금 구성을 사용할 수 있으며 허브 또는 샤프트가 통합된 기어를 형성할 수 있습니다. PM 기어는 치수 정확도와 표면 마감이 좋지만 단조 기어보다 강도가 낮을 수 있습니다.
기어 가공
기어 가공 공정은 필요한 형상, 치수 및 표면 품질을 얻기 위해 기어 블랭크에서 기어 치형을 절삭하는 공정입니다. 가공을 통해 금속 또는 비금속 재료로 외기어 또는 내기어, 스플라인, 랙 및 기타 유형의 기어를 제작할 수 있습니다.
기어 생성 vs. 형상 절단
기어 생성
생성 공정에서 기어 이빨 프로파일은 기어 쌍의 맞물림 동작을 시뮬레이션하는 도구와 작업물 사이의 상대 운동에 의해 점진적으로 생성됩니다. 도구는 기어 이빨 사이의 공간에 해당하는 특별히 설계된 프로파일을 가지고 있습니다. 도구가 회전하고 작업물에 대해 상대적으로 이동함에 따라 점차적으로 이빨 공간의 전체 깊이를 절단합니다. 호빙 및 셰이핑은 생성 공정의 예입니다. 생성은 일반적으로 인벌류트 프로파일을 사용하여 외부 및 내부 기어를 모두 생산할 수 있습니다.
기어폼 절단
형상 절단 공정은 전체 톱니 공간 형상과 일치하는 프로필을 가진 공구를 사용합니다. 공구는 공구와 공작물 사이에 회전 없이 단일 패스로 전체 톱니 깊이를 절단하기 위해 공작물에 선형적으로 공급됩니다. 브로칭 및 일부 밀링 작업은 형상 절단의 예입니다. 형상 절단은 인벌류트 및 비인벌류트 기어 프로필에 모두 적합하며 외부 또는 내부 기어를 생산할 수 있습니다.
일반적인 기어 가공 공정
호빙
호빙은 특히 원통형 기어에 가장 널리 사용되는 기어 제조 공정 중 하나입니다. 호빙에서 호브(절삭 공구)는 호브와 블랭크가 모두 동기화된 동작으로 회전하면서 기어 블랭크의 페이스 폭을 가로질러 공급됩니다. 호브에는 나선형 절삭 이빨이 있어 기어 이빨 프로파일을 점진적으로 생성하고 각 패스에서 작업물을 리드합니다. 호빙은 높은 정밀도와 효율성으로 외부 및 내부 기어를 모두 생산할 수 있습니다.
형성
기어 성형은 왕복 운동하는 피니언 커터를 사용하여 기어 톱니를 생성합니다. 톱니가 있는 랙 형태의 커터는 램에 장착되어 램이 직선으로 위아래로 움직이면서 기어 블랭크를 절삭합니다. 동시에 공작물이 회전하여 커터가 기어 톱니의 전체 형상을 만들어낼 수 있도록 합니다. 셰이핑 방식은 외측 및 내측 스퍼 기어와 헬리컬 기어 모두에 적합합니다.특히, 호빙하기 어려운 대구경과 거친 피치에 적합합니다.
꿰매
브로칭은 브로치라고 하는 길고 여러 개의 이빨이 있는 절삭 공구를 사용하여 한 번의 패스로 재료를 제거하는 가공 공정입니다. 기어의 경우 브로칭은 주로 내부 스플라인이나 기어 이빨을 절단하는 데 사용됩니다. 브로치는 기어 블랭크의 사전 가공된 구멍을 통해 당겨지거나 밀려서 브로치의 각 이빨이 기어 프로파일을 점진적으로 절단합니다. 브로칭은 높은 생산성과 일관성을 제공하지만 더 간단한 기어 형상으로 제한됩니다.
갈기
기어 밀링은 다중 톱니 밀링 커터를 사용하여 기어 톱니를 가공하는 것을 포함합니다. 기어 톱니 공간과 일치하는 프로필을 가진 커터는 기어 블랭크의 면을 가로질러 공급되면서 회전합니다. 인덱싱은 블랭크를 각 톱니 공간에 맞는 올바른 위치로 회전하는 데 사용됩니다. 밀링은 다재다능하며 호빙이나 셰이핑보다 더 큰 기어와 더 복잡한 톱니 형상을 처리할 수 있습니다. 그러나 일반적으로 대량 생산에는 더 느리고 경제적이지 않습니다.
기어 마무리 공정
연마
기어 연삭은 기어 정확도, 표면 마감을 개선하고 소음을 줄이는 데 사용되는 연마 가공 공정입니다. 연삭은 열처리로 인한 변형을 교정하고 흠집이나 버를 제거합니다. 두 가지 주요 방법은 프로파일 휠을 사용하여 전체 이빨 형태를 한 번에 연삭하는 폼 연삭과 연삭 휠이 회전하는 기어 블랭크를 가로질러 이동하여 이빨 프로파일을 생성하는 생성 연삭입니다. 연삭은 까다로운 응용 분야에 사용되는 정밀 기어에 필수적입니다.
랩핑
래핑은 표면 마감을 개선하고 기어 이빨의 사소한 결함을 제거하는 저속, 저압 연마 공정입니다. 기어는 저속에서 마스터 기어 또는 래핑 컴파운드와 함께 메시로 작동하여 이빨 표면을 연마합니다. 래핑은 이빨 프로필, 간격 및 리드의 작은 오류를 수정할 수 있습니다. 종종 열처리 후에 필요한 표면 품질을 달성하고 기어 소음을 줄이는 데 사용됩니다.
호닝
기어 호닝은 연마석이나 링을 사용하여 표면 마감을 개선하고, 흠집이나 버를 제거하고, 치아 프로필의 사소한 불규칙성을 교정하는 정밀 마감 공정입니다. 호닝 도구는 저속과 가벼운 압력으로 회전하는 기어와 맞물려 작동합니다. 호닝은 래핑과 유사하지만 느슨한 화합물 대신 고정된 연마제를 사용합니다. 매우 매끄러운 표면과 엄격한 공차를 달성하는 데 일반적으로 사용됩니다.
면도
셰이빙은 치아 정확도와 표면 마감을 개선하기 위해 소량의 재료를 제거하는 자유 절삭 기어 마무리 작업입니다. 랙과 유사한 경화 및 연삭 셰이빙 커터는 가벼운 압력 하에서 회전하는 기어 블랭크와 맞물려 작동합니다. 커터에는 톱니 모양의 치아가 있어 미세한 금속 층을 깎아내어 치아 간격, 리드 및 프로파일의 오류를 수정합니다. 셰이빙은 종종 열처리 후 연삭 전에 수행됩니다.
버니 싱
버니싱은 경화된 롤이나 기어를 사용하여 부드러운 기어의 이빨 표면을 압축하고 매끈하게 만드는 냉간 가공 표면 마감 공정입니다. 버니싱 도구와 기어가 메시로 작동하기 때문에 높은 접촉 압력이 표면 불규칙성을 소성적으로 변형시켜 표면 마감과 내구성을 개선합니다. 버니싱은 또한 피로 저항성을 향상시키는 잔류 압축 응력을 부여합니다. 비철 또는 표면 경화 기어에 일반적으로 사용됩니다.
열처리 공정
침탄
침탄은 저탄소강 기어의 표면층으로 탄소를 확산시키는 표면 경화 열처리입니다. 기어는 탄소가 풍부한 환경에서 가열되어 탄소가 표면에 흡수됩니다. 담금질 후, 고탄소 표면층은 단단하고 내마모성 마르텐사이트로 변형되는 반면, 저탄소 코어는 견고하고 연성이 유지됩니다. 침탄은 기어 강도, 내구성 및 피로 저항성을 개선합니다.
경화
경화는 강철 기어의 경도와 강도를 증가시키는 열처리 공정입니다. 기어는 특정 온도(오스테나이트화 온도)로 가열된 다음 일반적으로 오일이나 물에서 빠르게 냉각됩니다. 이렇게 하면 미세 구조가 단단한 마르텐사이트로 변환됩니다. 경화는 기어가 높은 응력과 마모를 견뎌내는 데 필수적입니다. 그러나 경화 후 마무리 공정이 필요할 수 있는 변형을 일으킬 수도 있습니다.
템퍼링
템퍼링은 내부 응력을 완화하고, 인성을 증가시키고, 취성을 줄이기 위해 경화 후에 적용되는 열처리입니다. 경화된 기어는 임계점 아래의 특정 온도로 재가열되고, 일정 시간 동안 유지된 다음 냉각됩니다. 템퍼링을 통해 제어된 양의 마르텐사이트가 경도와 인성의 균형이 더 나은 템퍼링 마르텐사이트로 변형될 수 있습니다.
