Mik azok az öntött fogaskerekek? Teljes útmutató az anyagválasztástól a folyamatoptimalizálásig.

Hansheng tíz éves tapasztalattal rendelkező precíziós gépalkatrész-gyártóként elmondhatja Önnek, hogy ez a nézet téves. Míg a kovácsolt fogaskerekek jó okkal dominálnak az autóipari alkalmazásokban, az öntött fogaskerekek a világ nehézipari berendezések több mint 80%-át adják.

A valóság azonban kemény: az öntött fogaskerekek minősége teljes mértékben a mögötte lévő folyamatirányítástól függ.

Ha Ön beszerzési menedzser, gépésztervező mérnök vagy projektvezető, akkor mérlegelheti:
A gömbgrafitos vasat vagy acélöntvényt válasszam?
Hogyan biztosíthatom, hogy ne legyenek belső pórusok a fogaskerék gyökerénél?
Kibírja-e az öntési folyamat a nagy{0}}nyomatékú működési körülményeimet?

Miért válassza a castingot? Mikor a legjobb választás?
A következő három konkrét forgatókönyvben azt javasoljuk, hogy a castingot részesítsd előnyben.

Méret és súly korlátozások
Ha 1-2 métert meghaladó átmérőjű fogaskerekekre van szükség, a kovácsolóformák költsége rendkívül magas lesz. Nagy öntött fogaskerekek esetében, mint például a golyósmalmok nagy fogaskerekei, az öntés gyakorlatilag az egyetlen gazdaságilag életképes megoldás.

Összetett geometriai formák
Ha a felszerelés kialakítása bonyolult hálószerkezeteket,{0}}súlycsökkentő lyukakat vagy integrált kerékagyakat igényel, az öntvény közvetlenül alakíthatja őket a formában. Ezeknek a tulajdonságoknak a tömör acél tuskókkal való feldolgozása több mint 50%-os anyagveszteséget eredményezhet.

Anyagi sokféleség
Különleges kopásállóságú vagy szívósságú öntött acél fogaskerekeket állíthat elő az ötvözet összetételének testreszabásával, míg ezek a tulajdonságok nem biztos, hogy elérhetőek szabványos kovácsolt acél tuskókkal.

Öntött fogaskerekek kontra kovácsolt fogaskerekek

Megjegyzés: Az öntés nem „rosszabb”, mint a kovácsolás -, különböző követelményekhez van optimalizálva. Válasszon az adott rakodási feltételek, a gyártási mennyiség és a geometriai összetettség alapján.

A megfelelő öntőanyag kiválasztása kulcsfontosságú. Az öntés területén elsősorban az alábbi három anyagtípusból válogatunk.

Szürkeöntvény (ASTM A48)
Jellemzője a nagy ridegség, de jó támaszthatóság. A pelyhes grafit jelenlétének köszönhetően kiváló ütéselnyelő és kenési tulajdonságokkal rendelkezik. Hátránya alacsony szakítószilárdsága és gyenge ütésállósága. Alkalmas kis-terhelésű fogaskerekekhez, zajra érzékeny nyitott fogaskerekes hajtóművekhez és ütési terhelés nélküli munkakörülményekhez.

gömbgrafitos vas (ASTM A536)
Ez a leggyakrabban használt anyag a modern ipari hajtóművekhez. Az elv az, hogy magnéziumot adnak az olvadt vashoz, hogy a grafitpelyheket gömb alakúakká (csomókká) alakítsák. Ez kiküszöböli a feszültségkoncentrációs pontokat a szürkeöntvényben.

Az általunk javasolt osztályzatok a következők:

80-55-06 (perlites mátrix): Tökéletes egyensúly a szilárdság és a kopásállóság között.
100-70-03: Nagyobb szilárdság, de nagyobb feldolgozási nehézség.
„Gyorsvas az öntött acélhoz képest”: A gömbgrafitos öntési költségek alacsonyabbak (alacsonyabb olvadáspont, kisebb zsugorodási sebesség) és jobb ütéselnyelése az acélhoz képest. Ha a folyáshatár 400 MPa alatt van, általában a gömbgrafitos vas a legjobb választás.

Öntött acél (ASTM A148)
hegeszthető (ellentétben az öntöttvassal), és hőkezeléssel rendkívül magas keménységet érhet el. A gyakori minőségek közé tartozik az AISI 4140 (öntéssel egyenértékű minőség) és a 42CrMo4. Széles körben használják bányászati ​​hajtóművekben, forgókemencékben, nagy fogaskerekekben és nagy teherbírású bolygóhordozókban, amelyek gyakran ütőterhelést viselnek.

 

Szürke öntöttvas

gömbgrafitos vas

Öntött acél

 

Folyamat kiválasztása

Nem szabad minden fogaskereket ugyanazzal a módszerrel önteni. Ki kell választanunk a megfelelő eljárást a felszerelés mérete, mennyisége és pontossági követelményei alapján.

Gyanta homoköntés

A furángyanta a homokrészecskéket merev formába köti, minimalizálja a formafal elmozdulását az öntés során, és biztosítja a fogaskerékgyűrű kiváló méretstabilitását és koncentrikusságát. Alkalmas közepes és nagy hajtóművekhez (500 mm-től 10 méterig terjedő átmérő).

Befektetési öntés (Lost Wax)

Közel -nettó-formapontosságot biztosít, így ideális rozsdamentes acél fogaskerekekhez vagy bonyolult belső bordákhoz, amelyeket nehéz megmunkálni. Alkalmas kis, összetett hajtóművekhez (<50kg)

Centrifugális öntés

Az olvadt fémet egy forgó formába öntik, ahol a centrifugális erő a belső átmérő felé tolja a szennyeződéseket (majd megmunkálással eltávolítják), tiszta, sűrű szemcsés szerkezeteket hagyva a fogaskerekek fogainál. Kifejezetten gyűrűs fogaskerekekhez és keréktárcsákhoz tervezték.

A hajtóműgyártás 5-kritikus lépése

Mintakészítés és zsugorodás számítása
Az öntő fogaskerekek pontossága a formától függ. A különböző anyagok zsugorodási aránya eltérő (acél ≈ 2%, vas ≈ 1%). Használható nemlineáris zsugorodáskompenzáció, nagyobb kompenzációval a gyűrűs fogaskeréknél és kevesebb kompenzációval az agynál, hogy megakadályozza a fogaskerék elliptikussá válását hűtés közben.

Formázás és bevonat
A gyanta homoköntésnél a homokot katalizátorral és térhálósítószerrel keverik össze. Ugyanakkor a felületi simaság érdekében cirkónium alapú tűzálló bevonatot kell felvinni a formaüregbe. Ez gátat képez a homok és az olvadt fém között, megakadályozva, hogy a homokszemcsék ráolvadjanak a fogaskerék fogaira.

Olvadás és kohászat szabályozása
Öntés előtt mintákat kell venni a kemencéből, és spektrométerrel elemezni kell. Győződjön meg arról, hogy a szén, a szilícium és a mangán hibája 0,05%-on belül van szabályozva, hogy a végső keménység és szakítószilárdság megfeleljen a szabványoknak (például ASTM A148).
Öntöttvas, különösen gömbgrafitos öntöttvas fogaskerekek esetében pontos oltási kezelést kell végezni öntés előtt, hogy a grafitgolyók egyenletesen kerekek legyenek, és megakadályozzák a ridegséget.

Ellenőrzött szilárdulás (a hibák megelőzése)
A vastag gyűrűs fogaskerék és a vékony szövedéklemez közötti kapcsolat nagy-kockázatú terület a zsugorodási porozitás szempontjából. Ezért a fogaskerékre exoterm felszállókat kell elhelyezni, hogy a fém hosszabb ideig folyékony maradjon és zsugorodás utánpótlást végezzen. Ugyanakkor használjon hidegrázást a haslemeznél, hogy felgyorsítsa a lehűlést. Ez az irányított megszilárdítási technika az összes szennyeződést a felszállóba tolja, amit aztán eltávolítanak.

Stresszoldás
Amikor a fogaskeréket eltávolítják a formából, jelentős termikus feszültség van benne. Ezért minden fogaskeréknek normalizáló vagy feszültségmentesítési izzítási folyamaton kell átesnie, hogy stabilizálja kristályszerkezetét, mielőtt a fogaskerék-feldolgozás következő lépésére lépne. E lépés nélkül a fogaskerék meggörbül és deformálódik a következő megmunkálási folyamatok során.

Ha a fogaskerekek tervezésekor figyelembe veszi az öntési technológiát, 20%-kal csökkentheti a költségeket és javíthatja a minőséget.

Az öntési folyamat tervezésének elvei a következők:

Egyenletes falvastagság:Kerülje el a hirtelen átmenetet a vékony részekről a vastag részekre. Ha a gyűrűs fogaskerék vastagsága 50 mm, a szalaglemez pedig csak 20 mm, a csatlakozás forró pont a feszültség és a porozitás szempontjából. Az átmenethez használjon lekerekített sarkokat.

Huzatszögek:A függőleges falak enyhe szöget igényelnek (1-3 fok), hogy a minta eltávolítható legyen a homokformából anélkül, hogy a forma megsérülne.

Filé sugár:"Az éles sarkok feszültségkoncentrációs pontok. Öntéskor az éles sarkok miatt a homokszemcsék belemosódhatnak az olvadt fémbe (homokzárványokat képezve).

Megmunkálási ráhagyás:Ne hagyjon túl keveset. Nagy öntött fogaskerekek esetén (például 1000 mm átmérőjű) legalább 6-10 mm ráhagyást kell fenntartani. A több feldolgozás mindig jobb, mint a maradék oxid bőr (fekete bőr) a kész fogfelületen.

Átküldési-műveletek

Az öntés után a jelenlegi fogaskerék csupán egy nyersfémöntvény, belső feszültséggel és érdes felülettel, és ehhez a következő, öntés utáni-kezelési lépésekre van szükség.

Hőkezelés

Normalizálás: Melegítse fel az öntvényt körülbelül 900 fokra és hűtse le levegővel. A cél a durva „öntött” szemcseszerkezet finomítása és a kémiai összetétel homogenizálása. A gömbgrafitos vas fogaskerekek esetében ez általában elegendő a szükséges szakítószilárdság eléréséhez.

Edzés és temperálás: Ez alapvető folyamat az öntött acél fogaskerekek esetében. Melegítés után olajban vagy polimer vízben lehűtik, majd temperálás következik. Ez a mikroszerkezetet temperált szorbittá alakítja, tökéletes egyensúlyt biztosítva a nagy folyáshatár és az ütésállóság között. Edzés és temperálás nélkül az acél fogaskerekek ütési terhelés hatására rideg törésre hajlamosak.

Precíziós megmunkálási stratégia

Durva esztergálás: Az öntvények külső felülete gyakran tartalmaz homokzárványokat és oxid pikkelyeket (kemény foltok). Nagy teherbírású keményfém vágószerszámokat használunk a "fekete bőr" eltávolítására egy mély vágáson keresztül, egy menetben, megakadályozva a szerszámok rázkódását, és biztosítva, hogy az alatta lévő fém sűrű legyen.

Gear Hobbing & Gashing: Az AGMA Q8/ISO 8 fokozat alatti fogaskerekek esetén fogaskerekes emelést végzünk. Nagy modulusú (modulus > 20) vagy keményebb anyagoknál először fogaskerekes marást, majd formacsiszolást végzünk. Ez biztosítja, hogy a fogprofil pontossága mikron szintre kerüljön szabályozásra.

Felületi keményedés (opcionális, de ajánlott)

Indukciós edzés: A megmunkálás után a fog felülete indukciós edzésen megy keresztül, ami javítja a felület kopásállóságát, miközben megtartja a mag szívósságát.

Végső ellenőrzés és tesztelés

Méretellenőrzés (CMM): A koordinátamérő gép ellenőrzi a dőlésszöget, a kifutást és a spirálszög eltéréseit.

Contact Pattern Check (Blueing): We mate the gear with a pinion and apply blue ink. A proper contact area (typically >70%) biztosítja a terhelés egyenletes eloszlását a fogban, megelőzve a korai károsodást.

Megmunkálási óvintézkedések

Az öntött fogaskerekek jellemzően durva esztergálással kezdődnek, majd a fogaskerekek felhajtása következik. Az öntvényekben előforduló kemény foltok (keményfémek) miatt döntő fontosságú a megfelelő keményfém vágószerszámok és vágási sebességek használata a szerszám törésének megelőzése érdekében.

Az öntött fogaskerekek semmi esetre sem „olcsó helyettesítői” - precíziós mérnöki megoldások a nagy teljesítményű-erőátvitelhez. Akár jó lengéscsillapítóval rendelkező gömbgrafitos vasat, akár robusztus öntött acélt választ, a kulcs a tervező és az öntöde közötti szoros együttműködésben rejlik.

A Hansheng Automation, mint a fogaskerékgyártó üzemeket, CNC megmunkálóközpontokat és öntödéket integráló precíziós gépalkatrész-gyártó, megosztja Önnel tapasztalatainkat. Ha bármilyen kapcsolódó igénye van, forduljon mérnöki csapatunkhoz, hogy ingyenes DFM (Design for Manufacturability) értékelést kapjon a hajtómű rajzairól.

Vegye fel velünk a kapcsolatot

Mekkora az öntött fogaskerekek maximális mérete?

Valójában nincs határ. A korlátozások általában a daru kapacitásából és a kemence méretéből adódnak, nem pedig magából az öntési folyamatból.

Az öntött fogaskerekek ellenállnak az ütési terhelésnek? A gömbgrafitos öntöttvas (QT500-7 vagy magasabb minőségű) és az öntött acél hatékonyan kezeli a közepestől a súlyos ütési terhelést. A törékeny törési viselkedése miatt a szürkeöntvényt kerülni kell az ütőterheléssel járó alkalmazásoknál.

Hogyan viszonyulnak a mechanikai tulajdonságai a kovácsolt fogaskerekekhez?

A gömbgrafitos vas fogaskerekek a kovácsolt acél szakítószilárdságának 70-85%-át érik el. Az öntött acél fogaskerekek a legtöbb tulajdonságban a kovácsolt acélhoz hasonlíthatók.

Milyen tűrések érhetők el a fogaskerék-öntéssel?

As-öntési tűrések: zöld homok ±1,5-3 mm, gyanta homok ±0,5-1,5 mm. A megmunkálás után a hajtómű minősége megfelel az ISO 1328 vagy az AGMA 2015 szabványoknak. A legtöbb ipari hajtómű AGMA 8-10 (ISO 6-8) fokozatú.

Mi a jellemző szállítási idő a Cast Gears gyártásához?
Szerszámozás/forma: 2-4 hét. Első öntés: 1-2 hét. Tömeggyártás: 3-5 hét, mennyiségtől és hőkezelési igénytől függően. Összesen: 6-11 hét a rajzok jóváhagyásától a kész fogaskerekekig.

Hogyan viszonyul a költség a kovácsoláshoz?
Közepes méretű-gyártásnál (500-2000 darab) a gömbgrafitos öntés jellemzően 35-50%-kal olcsóbb, mint a kovácsolás (darabonként). A keresztezési pont a geometriai összetettségtől, a méretektől és a gyártási mennyiségtől függ.

Alkalmazható-e hőkezelés az öntött fogaskerekeken?
Természetesen. A szürkeöntvény stresszoldó hatású lehet. A gömbgrafitos öntöttvas jól reagál a normalizálásra, az edzésre és a temperálásra, valamint az izotermikus edzésre. Az öntött acél ugyanolyan hőkezelésen eshet át, mint a kovácsolt acél. Megfelelő hőkezeléssel a felületi keménység 321-444 HB-re nőhet (ez 55-63 HRC-nek felel meg).

ASTM A148 / A148M: Standard specifikáció nagy szilárdságú acélöntvényekhez, szerkezeti célokra.

ASTM A536: Szabványos előírás gömbgrafitos öntvényekhez. (Az útmutató 80-55-06 és mások számára).

AGMA 2001-D04: Alapvető minősítési tényezők és számítási módszerek evolvens homlok- és csavarfogaskerék-fogakhoz.

ISO 8062-3: Geometriai termékspecifikációk (GPS) – A fröccsöntött alkatrészek méret- és geometriai tűrései. (Általában CT8-CT12 homoköntéshez).