헬리컬 기어 제조는 네 가지 핵심 단계를 거쳐 원강을 정밀 부품으로 가공합니다. 기어 블랭크 제작, 톱니 절삭, 강도 향상을 위한 열처리, 그리고 정밀 가공을 위한 마무리 작업입니다. 각 헬리컬 기어는 강철 원통에서 시작하여 최대 15가지의 다양한 가공 과정을 거쳐 산업 표준을 충족합니다.
1. 기어 블랭크
기어 블랭크는 모든 헬리컬 기어의 기초가 됩니다. 제조업체는 단조 또는 주강 원통을 사용하여 정확한 외경 치수로 가공합니다.
작업자는 선반에 강철 실린더를 장착합니다. 지정된 직경에 도달할 때까지 초과 재료를 제거합니다. 얼굴 너비 설계 요건에 맞게 다듬어집니다. 보링으로 샤프트의 중심 구멍을 만듭니다.
2. 치아 생성
톱니 생성은 헬리컬 기어를 형성하는 각진 톱니를 생성합니다. 산업 생산에는 세 가지 주요 방법이 있으며, 각 방법은 서로 다른 수량 및 정밀도 요구 사항에 적합합니다.
2.1. 기어호빙
호빙은 헬리컬 기어를 제작하는 가장 일반적인 방법입니다. 호브라고 하는 회전 절삭 공구가 기어 블랭크를 가로질러 움직이며, 두 공구 모두 동기된 속도로 회전합니다.
호브는 날을 가진 벌레와 비슷합니다. 블랭크를 따라 이동하면서 날들이 점차 톱니 모양을 깎아냅니다. 한 번의 가공으로 모든 톱니가 동시에 생성됩니다.
2.2. 기어 쉐이핑
셰이핑은 기어처럼 생긴 왕복 커터를 사용합니다. 커터와 블랭크가 함께 회전하는 동안 커터는 위아래로 움직입니다.
이 방법은 탁월합니다 내부 기어 그리고 숄더에 가까운 기어. 커터는 호브가 닿지 않는 좁은 공간에서도 작업할 수 있습니다.
한 번의 스트로크로 소량의 재료가 제거됩니다. 수백 번의 스트로크를 거치면 완전한 치형이 완성됩니다. 이 공정은 호빙보다 시간이 오래 걸리지만, 더 큰 유연성을 제공합니다.
2.3. 기어밀링
밀링은 성형된 밀링 커터를 사용하여 한 번에 한 치씩 절삭합니다. 기어 블랭크는 모든 치형이 완성될 때까지 절삭 후 인덱싱됩니다.
이 방법은 소량 생산 및 수리 작업에 적합합니다. 형상 밀링은 한 번의 패스로 전체 치형을 생성합니다. 커터는 치형 공간에 정확히 일치합니다. 생성 밀링은 표준 커터를 여러 패스로 이동시켜 형상을 생성합니다.
3. 열처리
열처리는 부드럽고 가공 가능한 강철을 산업 하중을 견딜 수 있는 경화 기어로 변환합니다. 이 공정은 표면 경도를 20HRC에서 60HRC 이상으로 높이는 동시에 내부는 강인하게 유지합니다.
3.1. 침탄(표면 경화)
침탄은 기어 표면층에 탄소를 추가합니다. 기어는 탄소가 풍부한 가스에 둘러싸인 4°F(12°C)의 용광로에서 1,700~XNUMX시간을 보냅니다.
탄소는 0.020~0.060인치 깊이로 침투합니다. 침탄 후 기어는 오일이나 폴리머 용액으로 담금질됩니다. 이러한 급속 냉각은 탄소를 고정시키고 단단한 마르텐사이트 조직을 형성합니다. 코어는 비교적 부드럽고 강인한 상태를 유지합니다.
300~400°F(24~48°C)의 최종 템퍼링 사이클을 통해 내부 응력을 완화합니다. 이를 통해 사용 중 균열이 발생하는 것을 방지합니다. 전체 공정은 냉각 시간을 포함하여 XNUMX~XNUMX시간이 소요됩니다.
3.2. 질화
질화는 950~1050°F(섭씨 XNUMX~XNUMX도)의 온도에서 강철 표면에 질소를 주입하는 공정입니다. 이 공정은 담금질 없이 매우 단단하고 얇은 표면을 만듭니다.
기어는 침탄 처리보다 치수가 더 잘 유지됩니다. 적절하게 처리된 부품의 변형률은 0.0002인치 미만입니다. 따라서 질화 처리는 열처리 후 연삭이 불가능한 기어에 적합합니다.
이 공정은 10시간에서 90시간 정도 소요됩니다. 일반적인 깊이는 0.008인치에서 0.025인치입니다. 표면 경도는 65~70 HRC에 이릅니다.
질화 헬리컬 기어는 부식성 환경에서 탁월한 성능을 발휘합니다. 표면은 마모와 화학적 침식에 모두 강합니다. 그러나 케이스가 얇아 침탄 기어에 비해 하중 용량이 제한됩니다.
3.3. 유도 경화
유도 경화는 전자기장을 이용하여 기어 표면을 빠르게 가열합니다. 구리 코일이 기어를 감싸고 1~500kHz의 교류 자기장을 생성합니다.
표면은 몇 초 만에 1,550°C(400°F)에 도달합니다. 물이나 폴리머 스프레이로 즉시 담금질하면 단단한 표면이 형성됩니다. 내부 온도는 XNUMX°C(XNUMX°F)를 넘지 않습니다.
각 치아는 개별 치료가 필요합니다. 코일은 다음을 따릅니다. 나선 각도 정확히 그렇습니다. 총 처리 시간은 기어당 30초에서 5분 정도 걸립니다.
이 방법은 경화된 부위를 정밀하게 제어할 수 있습니다. 제조업체는 뿌리는 부드럽게 유지하면서 치아 측면만 경화할 수 있습니다.
4. 마무리
마무리 작업을 통해 헬리컬 기어는 최종 사양에 도달합니다. 이 공정은 열처리 변형을 제거하고 16마이크로인치(μin) 미만의 표면 조도를 달성합니다.
4.1. 기어 쉐이빙
셰이빙은 톱니 모양의 톱니가 있는 헬리컬 기어 모양의 커터를 사용하여 0.001~0.003인치 두께의 재료를 제거하는 작업입니다. 커터와 가공물은 교차축에서 맞물리면서 함께 회전합니다.
톱니는 작은 절삭날처럼 작용하여 높은 부분과 표면의 불규칙성을 제거합니다. 이 공정은 미세한 피치 오차를 교정하고 치아 접촉 패턴을 개선합니다.
4.2. 기어 연삭
연삭은 경화 헬리컬 기어에 최고의 정밀도를 제공합니다. 주로 사용되는 두 가지 방법, 즉 형상 연삭과 생성 연삭이 있습니다.
- 형상 연삭은 톱니 간격에 맞춰 드레싱된 휠을 사용합니다. 휠이 각 간격에 직접 닿으면 기어가 다음 위치로 이동합니다. 전체 연삭에는 크기에 따라 2분에서 10분 정도 소요됩니다.
- 생성 연삭은 웜 모양의 휠 또는 두 개의 휠을 사용하여 제어된 운동을 통해 형상을 생성합니다. 이 연속 공정은 모든 치아를 동시에 연삭합니다. 생산 속도는 시간당 60개에 달합니다.
