Útmutató a hajtómű anyagának kiválasztásához: 45 acél vs 20CrMnTi vs rozsdamentes acél (és mikor kell mindegyiket használni)

Írta: Derek|Hansheng automatizálás

A legtöbb hajtómű meghibásodása nem a gyártási szinten kezdődik -, hanem az anyagválasztási szakaszban.

Ez egy gyakoribb hiba, mint azt a legtöbb mérnök várná. Egyesek az alapértelmezett 45-ös acélt megszokásból használják, nem azért, mert az alkalmazás ezt kéri. Mások a rozsdamentes acélt „csak a biztonság kedvéért” írják le, csak azért, mert azt tapasztalják, hogy kopásállósága gyengébb, és 3–5-szörösére növeli a költségeket anélkül, hogy valódi hasznot hozna.

Az igazság az, hogy nincs „legjobb” fogaskerékacél anyag. Csak az adott terhelésnek, sebességnek, környezetnek és pontossági követelménynek megfelelő anyag van.

Ez a cikk három széles körben használt hajtóműanyagot ismertet: -45-ös acél, 20CrMnTi és rozsdamentes acél (304/316), és részletesen ismerteti azok előnyeit és hátrányait, remélve, hogy segítséget nyújtanak az anyagválasztásban.

Ha tapasztalt fogaskerék-beszállítója van, akkor lehet, hogy nem kell túl sokat foglalkoznia a hajtómű anyagának kiválasztásával, mivel a szállítója meg tudja oldani ezt Ön helyett. A valóságban azonban nagyon fontos az anyagválasztás. Tapasztalt beszállító tanácsa nélkül a felhasználandó anyag gyors döntése gyakran potenciális kockázatokhoz vezet.

A fenti két forgatókönyv közül a nem megfelelő anyag kiválasztása nem csak költségproblémákat okoz, hanem a hőkezeléssel, a precíziós megmunkálással, a szállítási határidőkkel stb. kapcsolatos problémákat is.

Az ipari hajtóművek túlnyomó többségét lefedő három anyag a 45-ös acél, a 20CrMnTi és a rozsdamentes acél -, és mindegyiknek világosan meghatározott sávja van.

Ha van egy alapértelmezett hajtóműanyag az általános ipari gyártásban, akkor az 45-ös acél. Nemzetközileg ismert, mintAISI 1045 (USA), S45C (Japán), vagyC45 (Európa), ez a közepes-szénacél már évtizedek óta jó választás-.

Miért működik jól

Körülbelül 0,45%-os széntartalmával a 45-ös acél praktikus édes helyen áll: elég kemény ahhoz, hogy elviselje a mérsékelt terhelést, elég kemény ahhoz, hogy ne repedjen meg ütés hatására, és elég puha előkezelt állapotában a tisztán és hatékonyan megmunkáláshoz. Kioltó-és-hőmérséklet-kezelés után a felületi keménység eléri a 28–35 HRC értéket, ami megfelelő kopásállóságot biztosít az alacsony---közepes munkaciklusokhoz.

A költség egy másik fontos tényező. Az ötvözött fogaskerekes acélokhoz képest a 45 acél rendelkezik a legalacsonyabb anyagköltséggel, a legrövidebb átfutási idővel és a legszélesebb körű elérhetőséggel a globális ellátási láncokban. Azoknál a projekteknél, ahol a költségkeret és a -teljesítés sebessége- számít, gyakran ez az egyetlen logikus kiindulópont.

Ez korlátozza

A kioltó-és-hőmérséklet-kezelés mérhető hőtorzítást vezet be, ami az elérhető pontosságot nagyjából ISO 7–8-ra korlátozza. Az utólagos-hőkezelés-csiszolás visszaállíthatja a pontosságot, de megnöveli a költségeket és a folyamatlépéseket, amelyek az anyag gazdasági előnyeit rontják.

Még ennél is kritikusabb, hogy a 45-ös acél nem karburizálható, hogy elérje a tok-edzett felületeket, amelyek a nagy-ciklusú, nagy-kontaktus-feszültségű alkalmazásokhoz szükségesek. Ha a hajtómű folyamatosan működik, jelentős nyomatékot ad át, vagy egy precíziós reduktor belsejében működik, a HRC 28–35 felületkeménységű mennyezet valódi korlát -, nem pedig elméleti.

A legjobb:Általános ipari hajtások, szállítószalag-rendszerek, mezőgazdasági berendezések, alacsony{0}}sebességű, közepes{1}terhelésű hajtóművek és minden olyan alkalmazás, ahol az ISO 7–8. fokozatú pontosság elfogadható.

Nem alkalmas:Precíziós reduktorok, robotcsukló-működtetők, nagy sebességű-folyamatos-meghajtók, vagy bármely olyan alkalmazás, amely ISO 6-os vagy jobb fokozatot igényel.

Ha a fogaskerekek alkalmazási forgatókönyve meghaladja a 45-ös acél által kínált teljesítményhatárokat, van egy másik viszonylag megfelelő választási lehetőség a -20CrMnTi acél. Ezt az anyagot széles körben használják autóipari sebességváltókban, bolygócsökkentőkben és nagy pontosságú ipari meghajtóeszközökben Kínában. Ugyanezen az árszinten a 20CrMnTi acél nagy teljesítményt mutat a felületi keménység, a mag szívóssága és a hőkezelés utáni méretstabilitás terén.

Mitől más a 20CrMnTi

A 20CrMnTi egy alacsony szén--széntartalmú ötvözött acél, amelynek széntartalma mindössze 0,17–0,23%. Önmagában ez nem elég szén a jelentős felületi keménység eléréséhez. Az alacsony széntartalmú mag kemény és ütésálló marad- még hőkezelés után is, - ez a karburáló folyamat, amely átalakítja a fogfelületet.

A karburálás és az oltás után a ház keménysége eléri a HRC 58–62 értéket, míg a mag megtartja a HB 220–260 keménységet. Ez a kemény-külső, szívós{5}}belső szerkezet az, ami lehetővé teszi, hogy a 20CrMnTi fogaskerekek kezeljék a nagy érintkezési feszültséget a fogfelületen anélkül, hogy törékennyé válnának a gyökérnél -, ahol a hajlítási fáradtság miatti törések általában kezdődnek.

A titántartalom olyan szerepet játszik, amelyet könnyű figyelmen kívül hagyni: finomítja a szemcseszerkezetet karburálási hőmérsékleten, ami közvetlenül korlátozza a hőkezelés során bekövetkező hőtorzulást. A kisebb torzítás azt jelenti, hogy a hajtómű geometriája sértetlenebbül éli át a folyamatot, és a kemény simítási műveletek, mint például a kemény borotválkozás vagy a fogaskerék borotválása, következetesen ISO 5-ös fokozatba juttathatják az alkatrészeket – a 45-ös szintű acél egyszerűen nem éri el ugyanazon a folyamatláncon keresztül.

Nemzetközi viszonylatban a 20CrMnTi a leginkább megfelelőSAE 8620 (USA)és20 MnCr5 (Európa),bár ez nem egy pontos helyettesítő - alapvető erősségi profilok különböznek. Ha kínai gyártótól szerzi be a fogaskerekeket, és a rajza 8620-t ad meg, akkor a 20CrMnTi egyenértékű alternatív megoldásként is megvitatható.

Költség összefüggésben

Az anyagköltség körülbelül 1,5–2-szerese a 45-ös acélénak, és a teljes folyamatlánc - karburálás, edzés, temperálás és kemény kikészítés - hozzáadja a teljes alkatrészköltséget. De a teljesítménye jelentősen javulni fog.

A legjobb: Bolygócsökkentő gyűrűs fogaskerekek, robotcsukló fogaskerekek,dohánygépek hajtanak, autóipari sebességváltó fogaskerekek és minden olyan alkalmazás, ahol az ISO 5-6 fokozatú pontosság és a ciklikus terhelés melletti hosszú élettartam szükséges.

 

Nem alkalmas:Korrozív környezetek, élelmiszer-feldolgozó berendezések vagy orvosi alkalmazások, ahol az anyagoknak a termékáramokkal való érintkezése korrózióállóságot igényel - 20A CrMnTi nem rendelkezik eredendő rozsdavédelemmel.

Foglalkozzunk egy általános tévhittel előre: a rozsdamentes acél fogaskerekek nem jobbak. Ezek a megfelelő fogaskerekek egy adott problémához - korrozív környezethez -, és a rossz fogaskerekek szinte minden máshoz.

304 kontra . 316: A különbség megértése

Mindkét minőség ausztenites rozsdamentes acél, ami azt jelenti, hogy korrózióállóságuk a krómnak köszönhető, amely passzív oxidréteget képez a felületen. A két típus közötti fő különbség a molibdénben rejlik: a 316 2–3% molibdént tartalmaz, ami drámaian megnöveli a kloridos lyukkorrózióval és a réskorrózióval szembeni ellenállást. A Zhygear - a sós vízben, tengeri környezetben és a vegyi feldolgozás során előforduló szennyeződések típusa. 304 jól kezeli az általános nedvességet és az enyhe ipari expozíciót. Ha kloridok vannak a képen, a 316 a megfelelő választás.

Miért alul teljesít a rozsdamentes acél hajtóműanyagként?

Ez az, amit a legtöbb adatlap nem árul el: a 304 és 316 ausztenites minőségűek, ami azt jelenti, hogy nem keményíthetők meg hagyományos hőkezeléssel. Nincs karburálási útvonal, nincs kioltási-és-temperációs ciklus, amely jelentősen megnöveli a felületük keménységét. A gyakorlatban a rozsdamentes acél fogaskerekek a 20CrMnTi-vel vagy akár a 45-ös acéllal elérhető keménységi szint alatt működnek az oltás után -, ami közvetlenül az alacsonyabb kopásállóságban, a felületi kifáradásra való nagyobb érzékenységben és az ISO 7-es fokozat körüli praktikus precíziós mennyezetben működik.

A megmunkálhatóság súlyosbítja a költségkérdést. Mindkét minőség gyorsan -keményedik a vágás során, felgyorsítja a szerszámkopást és lassabb előtolást igényel. A kész alkatrész költsége lényegesen magasabb, mint az ötvözött acélé egyenértékű geometriával -, nem azért, mert maga az anyag drámaian drágább, hanem azért, mert a megmunkálási folyamat igényesebb.

Amikor a rozsdamentes acél a helyes válasz

Élelmiszer-feldolgozó berendezésekben, orvosi eszközökben, tengeri meghajtókban és vegyszerkezelő rendszerekben a felszerelések anyagának kérdése nem a teljesítmény optimalizálása, - hanem a szabályozási megfelelés, a szennyeződés kockázata és a korrózió által-vezérelt meghibásodás. Ilyen körülmények között a rozsdamentes acél nem egy lehetőség a sok közül. Ez az egyetlen életképes lehetőség.

Használja a 304-et általános higiénés és enyhén korrozív környezetekhez. Adja meg a 316-ot, ahol a klorid-expozíció, a savas lemosások vagy a sós vízzel való érintkezés a működési valóság részét képezi.

A legjobb:Élelmiszer-feldolgozó gépek, gyógyszerészeti berendezések, tengeri környezeti meghajtók, vegyi üzemek szállítószalagjai és minden olyan alkalmazás, ahol a termékáramokkal vagy agresszív tisztítószerekkel való érintkezés a korrózióállóságot megkérdőjelezhetetlen -követelmény.

Nem alkalmas:Nagy-ciklusú precíziós hajtások, robot-működtetők, nagy-terhelésű hajtóművek, vagy bármilyen olyan alkalmazás, ahol a fogak kopásállósága és a hosszú kifáradási élettartam az érintkezési feszültség alatt az elsődleges tervezési korlát. Ha az alkalmazás nem jelent valódi korróziós veszélyt, a rozsdamentes acél egyszerre növeli a költségeket és csökkenti a teljesítményt -.

A fenti három rész lefedi az egyes anyagok mögött meghúzódó érvelést. Ha gyors hivatkozásra van szüksége -, vagy szeretne valamit megosztani csapatával a specifikáció véglegesítése előtt -, ez a táblázat egy helyen foglalja össze a legfontosabb döntési tényezőket.

A fenti három anyag az ipari hajtóművek többségét lefedi. De két további kategória érdemes röviden megemlíteni az éles esetek esetében.

42CrMo

Ha a terhelés meghaladja azt, amit a 20CrMnTi képes kezelni, általában a 42CrMo a következő lépés. Ez a króm-molibdénötvözet acél nagyobb szakítószilárdságot és kiváló edzhetőséget biztosít, így a bányászati ​​berendezésekben használt nagy-modulos fogaskerekek, nagy-terhelésű sebességváltók és nagy-nyomatékú ipari hajtások alapanyaga. Ez nem egy általános-célú frissítés -, a megnövekedett erő nagyobb megmunkálási nehézségekkel és magasabb költségekkel jár -, de valóban megerőltető terhelési körülmények között ez a megfelelő hívás.

Műszaki műanyagok (POM / Nylon / PEEK)

Kis-terhelésű, alacsony-zajszintű vagy kenés- A POM (Delrin) jó méretstabilitást és alacsony súrlódást biztosít az irodai automatizáláshoz és a fogyasztói eszközökhöz. A nylon elnyeli az ütéseket, és csendesen fut{5}}alacsony sebességű meghajtókban. A PEEK kezeli a magas hőmérsékletet és a vegyi expozíciót ott, ahol a szabványos műanyagok meghibásodnak. Egyik sem felel meg az acélnak a teherbírásban -, de a megfelelő kontextusban nincs is rá szükség.

Nem kell véglegesítenie az anyagot, mielőtt megkeresné. Valójában, ha még mindig mérlegeli a lehetőségeket, ez pontosan a megfelelő szakasz ahhoz, hogy bevonjunk minket.

Amikor benyújt egy rajzot vagy ajánlatkérést, egyszerűen mondja el nekünk azokat a működési feltételeket, amelyek a legfontosabbak az Ön alkalmazása szempontjából:

Terhelés típusa és nagysága - folyamatos, sokkoló vagy ciklikus? Könnyű, közepes vagy nagy teherbírású?

Az üzemi sebességű - kis sebességű-hajtások és a nagy-sebességű orsók felületi kifáradási profilja nagyon eltérő

Környezet - szabványos ipari, nedves, korrozív, élelmiszerrel-érintett vagy magas{2}}hőmérséklet?

Precíziós követelmény: - van egy cél ISO fokozat, vagy holtjáték/átviteli hibatűrés?

A mennyiség és a költségkeret - anyagválasztása gyakran változik, amikor a gyártási mennyiség változik

Ezen információk birtokában mérnökcsapatunk ajánlani tudja a legmegfelelőbb fogaskerékacél anyagát -, és jelezni tudja, ha a specifikációiban szereplő hőkezelési vagy befejezési folyamat szükségtelenül növeli az Ön tényleges használati esetét.

Ha a rajz már tartalmaz egy anyagot, akkor dolgozunk rajta. Ha azt írja, hogy „vagy azzal egyenértékű”, akkor elmondjuk, mit jelent az egyenértékű a gyakorlatban.

Nem biztos abban, hogy melyik anyag illik az alkalmazásához?

Mint szakemberprecíziós hajtóművek gyártója, professzionális és megbízható anyagválasztást tudunk biztosítani. Függetlenül attól, hogy egy végleges rajz alapján dolgozik, vagy még a tervezés korai szakaszában van, csapatunk át tudja tekinteni az Ön igényeit, és az adott alkalmazáshoz megfelelő anyagot, hőkezelési utat és precíziós fokozatot ajánlhat - anélkül, hogy túlzásba venné, és sarkok levágása nélkül.

Kérjen árajánlatot

Küldje el nekünk rajzát, vagy írja le az alkalmazását - anyagajánlással és megmunkálási tervvel jelentkezünk.