Производство косозубых шестерен превращает сырую сталь в прецизионные детали, проходя четыре важнейших этапа: создание заготовки, нарезание зубьев, термообработка для прочности и финишная обработка для точности. Каждая косозубая шестерня начинается со стального цилиндра и проходит до 15 различных операций, прежде чем будет соответствовать промышленным стандартам.
1. Заготовка шестерни
Заготовка шестерни является основой каждой косозубой шестерни. Производители берут кованые или литые стальные цилиндры, а затем обрабатывают их до точных наружных размеров.
Операторы устанавливают стальной цилиндр на токарный станок. Они удаляют излишки материала до достижения заданного диаметра. Ширина торца обрезается в соответствии с проектными требованиями. Расточка создает центральное отверстие для вала.
2. Генерация зубов
Генерация зубьев создаёт наклонные зубья, определяющие форму косозубого зубчатого колеса. В промышленном производстве преобладают три основных метода, каждый из которых подходит для различных требований к объёму и точности.
2.1. Зубофрезерование
Червячное фрезерование остаётся наиболее распространённым методом изготовления косозубых зубчатых колёс. Вращающийся режущий инструмент, называемый червячной фрезой, перемещается по заготовке, при этом оба инструмента вращаются с синхронизированной скоростью.
Фреза напоминает червячный червяк с режущими кромками. По мере продвижения по заготовке эти кромки постепенно формируют профиль зуба. За один проход одновременно формируются все зубья.
2.2. Зубодолбление
Формовка производится с помощью возвратно-поступательного резца, который сам по себе похож на шестерню. Резец и заготовка вращаются вместе, при этом резец совершает возвратно-поступательные движения.
Этот метод отлично подходит для обработки внутренних зубчатых передач и передач, расположенных близко к упорам. Фреза может работать в ограниченных пространствах, куда не могут добраться зубофрезы.
Каждый проход снимает небольшое количество материала. Готовый профиль зуба формируется после сотен проходов. Этот процесс занимает больше времени, чем зубофрезерование, но обеспечивает большую гибкость.
2.3. Зубофрезерование
Фрезерование позволяет обрабатывать по одному зубу за раз с помощью профильной фрезы. Заготовка шестерни поворачивается после каждого прохода, пока не будут обработаны все зубья.
Этот метод подходит для мелкосерийного производства и ремонтных работ. Фасонное фрезерование позволяет создать полный профиль зуба за один проход. Фреза точно соответствует впадине зуба. При формовочном фрезеровании профиль формируется стандартной фрезой, которая перемещается за несколько проходов.
3. Термическая обработка
Термическая обработка превращает мягкую, поддающуюся механической обработке сталь в закалённые шестерни, способные выдерживать промышленные нагрузки. Процесс повышает твёрдость поверхности с 20 до более чем 60 HRC, сохраняя при этом прочность сердцевины.
3.1. Цементация (закалка)
Цементация добавляет углерод в поверхностный слой шестерни. Шестерни проводят от 4 до 12 часов в печи при температуре 1,700°F в атмосфере богатого углеродом газа.
Углерод проникает на глубину от 0.020 до 0.060 дюйма (от XNUMX до XNUMX дюйма). После цементации шестерни подвергаются закалке в масле или полимерных растворах. Быстрое охлаждение фиксирует углерод и формирует твёрдую мартенситную структуру. Сердцевина остаётся относительно мягкой и прочной.
Заключительный цикл отпуска при температуре 300–400 °F снимает внутренние напряжения. Это предотвращает появление трещин в процессе эксплуатации. Весь процесс занимает от 24 до 48 часов, включая время охлаждения.
3.2. Азотирование
Азотирование представляет собой введение азота в поверхность стали при температуре 950–1050 °F. Этот процесс создаёт чрезвычайно твёрдый и тонкий слой без закалки.
Шестерни сохраняют свои размеры лучше, чем при цементации. Деформация не превышает 0.0002 дюйма (XNUMX дюйма) на правильно подготовленных деталях. Это делает азотирование идеальным методом для шестерён, которые нельзя подвергать шлифовке после термообработки.
Процесс занимает от 10 до 90 часов. Типичная глубина обработки составляет от 0.008 до 0.025 дюйма. Твёрдость поверхности достигает 65–70 HRC.
Азотированные косозубые шестерни отлично работают в коррозионных средах. Поверхность устойчива как к износу, так и к химическому воздействию. Однако тонкий слой ограничивает грузоподъёмность по сравнению с цементированными шестернями.
3.3. Индукционная закалка
Индукционная закалка использует электромагнитные поля для быстрого нагрева поверхности зубчатого колеса. Медные катушки окружают зубчатое колесо и создают переменные магнитные поля частотой от 1 до 500 кГц.
Поверхность нагревается до 1,550°C за считанные секунды. Немедленное охлаждение водой или полимерным распылением создаёт прочный слой. Температура внутри никогда не превышает 400°C.
Каждый зуб требует индивидуальной обработки. Катушка точно следует углу наклона зуба. Общее время обработки составляет от 30 секунд до 5 минут на зуб.
Этот метод обеспечивает точный контроль за твёрдыми участками. Производители могут упрочнять только боковые поверхности зуба, оставляя корни мягкими.
4. Отделочные
Финишные операции позволяют довести косозубые шестерни до окончательных технических характеристик. Эти процессы устраняют деформацию, возникающую при термообработке, и обеспечивают чистоту поверхности менее 16 микродюймов.
4.1. Шестеренчатая обработка
С помощью фрезы, напоминающей косозубую шестерню с зубьями, снимается слой материала толщиной от 0.001 до 0.003 дюйма. Фреза и заготовка входят в зацепление по пересекающимся осям, вращаясь вместе.
Зубцы действуют как крошечные режущие кромки. Они счищают выступы и неровности поверхности. Этот процесс устраняет небольшие отклонения шага зубьев и улучшает контакт зубьев.
4.2. Шлифование зубчатых колес
Шлифование обеспечивает наивысшую точность обработки закалённых косозубых колёс. Наиболее распространены два метода: фасонное шлифование и обкатное шлифование.
- Форма шлифования выполняется шлифованием кругом, соответствующим профилю впадины зуба. Круг погружается в каждую впадину, после чего шестерня переходит в следующее положение. Полное шлифование занимает от 2 до 10 минут в зависимости от размера.
- При обкатке используется червячный или двойной круг, создающий профиль посредством контролируемого движения. Этот непрерывный процесс обеспечивает одновременное шлифование всех зубьев. Производительность достигает 60 деталей в час.
