Quy trình gia công bánh răng, thông số cắt và yêu cầu dụng cụ nếu bánh răng quá cứng để tiện và cần nâng cao hiệu quả gia công.

Bánh răng là yếu tố truyền động cơ bản chính trong ngành công nghiệp ô tô. Thông thường, mỗi ô tô có từ 18 đến 30 răng. Chất lượng bánh răng ảnh hưởng trực tiếp đến tiếng ồn, độ ổn định và tuổi thọ của ô tô. Máy công cụ gia công bánh răng là một hệ thống máy công cụ phức tạp và là thiết bị chủ chốt trong ngành công nghiệp ô tô. Các cường quốc sản xuất ô tô trên thế giới như Hoa Kỳ, Đức và Nhật Bản cũng là những cường quốc sản xuất máy công cụ gia công bánh răng. Theo thống kê, hơn 80% bánh răng ô tô ở Trung Quốc được gia công bằng thiết bị chế tạo bánh răng trong nước. Đồng thời, ngành công nghiệp ô tô tiêu thụ hơn 60% máy công cụ gia công bánh răng, và ngành công nghiệp ô tô sẽ luôn là chủ thể tiêu thụ máy công cụ chính.

Công nghệ gia công bánh răng

1. Đúc và chế tạo phôi

Rèn nóng vẫn là một quy trình đúc phôi được sử dụng rộng rãi cho các bộ phận bánh răng ô tô. Trong những năm gần đây, công nghệ cán nêm chéo đã được phổ biến rộng rãi trong gia công trục. Công nghệ này đặc biệt thích hợp để chế tạo phôi cho các trục cửa phức tạp. Nó không chỉ có độ chính xác cao, lượng dư gia công sau đó nhỏ mà còn có hiệu suất sản xuất cao.

2. chuẩn hóa

Mục đích của quá trình này là để đạt được độ cứng phù hợp cho việc gia công bánh răng tiếp theo và chuẩn bị cấu trúc vi mô cho quá trình xử lý nhiệt cuối cùng, nhằm giảm thiểu hiệu quả biến dạng do xử lý nhiệt. Vật liệu thép làm bánh răng thường được sử dụng là 20CrMnTi. Do ảnh hưởng lớn của nhân công, thiết bị và môi trường, tốc độ làm nguội và độ đồng đều làm nguội của phôi rất khó kiểm soát, dẫn đến sự phân tán độ cứng lớn và cấu trúc vi mô không đồng đều, ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình gia công và xử lý nhiệt cuối cùng, gây ra biến dạng nhiệt lớn và không đều, dẫn đến chất lượng sản phẩm không thể kiểm soát. Vì vậy, quá trình chuẩn hóa đẳng nhiệt được áp dụng. Thực tiễn đã chứng minh rằng chuẩn hóa đẳng nhiệt có thể khắc phục hiệu quả những nhược điểm của chuẩn hóa thông thường, và chất lượng sản phẩm ổn định và đáng tin cậy.

3. xoay

Để đáp ứng yêu cầu định vị trong gia công bánh răng chính xác cao, tất cả phôi bánh răng đều được gia công bằng máy tiện CNC, được kẹp chặt bằng cơ khí mà không cần mài lại dao tiện. Quá trình gia công đường kính lỗ, mặt cuối và đường kính ngoài được hoàn thành đồng bộ dưới một lần kẹp, điều này không chỉ đảm bảo yêu cầu về độ thẳng đứng của lỗ trong và mặt cuối, mà còn đảm bảo độ phân tán kích thước nhỏ của hàng loạt phôi bánh răng. Do đó, độ chính xác của phôi bánh răng được cải thiện và chất lượng gia công của các bánh răng tiếp theo được đảm bảo. Ngoài ra, hiệu quả cao của gia công bằng máy tiện CNC cũng giúp giảm đáng kể số lượng thiết bị và mang lại hiệu quả kinh tế tốt.

4. Gia công bánh răng và tạo hình bánh răng

Máy phay bánh răng và máy bào bánh răng thông thường vẫn được sử dụng rộng rãi trong gia công bánh răng. Mặc dù dễ điều chỉnh và bảo trì, nhưng hiệu suất sản xuất thấp. Nếu sản xuất số lượng lớn, cần phải sử dụng nhiều máy cùng lúc. Với sự phát triển của công nghệ phủ, việc phủ lại lớp cho dao phay và pít tông sau khi mài trở nên rất thuận tiện. Tuổi thọ của dụng cụ được phủ lớp có thể được cải thiện đáng kể, thường hơn 90%, giúp giảm hiệu quả số lần thay dụng cụ và thời gian mài, mang lại lợi ích đáng kể.

5. cạo râu

Công nghệ bào răng hướng tâm được sử dụng rộng rãi trong sản xuất bánh răng ô tô hàng loạt nhờ hiệu quả cao và dễ dàng đáp ứng các yêu cầu điều chỉnh về biên dạng răng và hướng răng thiết kế. Kể từ khi công ty mua máy bào răng hướng tâm chuyên dụng của một công ty Ý để chuyển đổi công nghệ vào năm 1995, công ty đã hoàn thiện việc ứng dụng công nghệ này, và chất lượng gia công ổn định và đáng tin cậy.

6. xử lý nhiệt

Các bánh răng ô tô cần được tôi cứng và làm nguội nhanh để đảm bảo các đặc tính cơ học tốt. Thiết bị xử lý nhiệt ổn định và đáng tin cậy là rất cần thiết cho các sản phẩm không còn phải mài bánh răng sau khi xử lý nhiệt. Công ty đã nhập khẩu dây chuyền sản xuất tôi cứng và làm nguội liên tục của hãng Lloyd's Đức, đạt được kết quả xử lý nhiệt khả quan.

7. mài

Nó chủ yếu được sử dụng để hoàn thiện lỗ trong, mặt cuối, đường kính ngoài trục và các bộ phận khác của bánh răng đã được xử lý nhiệt nhằm cải thiện độ chính xác về kích thước và giảm dung sai hình học.

Quá trình gia công bánh răng sử dụng bộ gá vòng tròn bước răng để định vị và kẹp, giúp đảm bảo hiệu quả độ chính xác gia công của răng và điểm tham chiếu lắp đặt, từ đó đạt được chất lượng sản phẩm như mong muốn.

8. hoàn thành

Việc này nhằm kiểm tra và làm sạch các vết lồi lõm, gờ sắc trên các bộ phận bánh răng của hộp số và trục dẫn động trước khi lắp ráp, để loại bỏ tiếng ồn và tiếng ồn bất thường do chúng gây ra sau khi lắp ráp. Lắng nghe âm thanh thông qua việc khớp từng cặp hoặc quan sát độ lệch khớp trên máy kiểm tra tổng hợp. Các bộ phận vỏ hộp số do công ty sản xuất bao gồm vỏ ly hợp, vỏ hộp số và vỏ vi sai. Vỏ ly hợp và vỏ hộp số là các bộ phận chịu tải, thường được làm bằng hợp kim nhôm đúc khuôn thông qua quá trình đúc khuôn đặc biệt. Hình dạng không đều và phức tạp. Quy trình chung là phay bề mặt khớp nối → gia công lỗ và lỗ nối → khoan thô lỗ ổ trục → khoan tinh lỗ ổ trục và lỗ chốt định vị → làm sạch → kiểm tra và phát hiện rò rỉ.

Thông số và yêu cầu của dụng cụ cắt bánh răng

Các bánh răng bị biến dạng nghiêm trọng sau khi tôi thấm cacbon và tôi cứng. Đặc biệt đối với các bánh răng lớn, biến dạng kích thước của vòng ngoài và lỗ trong đã được tôi thấm cacbon và tôi cứng thường rất lớn. Tuy nhiên, đối với việc tiện vòng ngoài của bánh răng đã được tôi thấm cacbon và tôi cứng, vẫn chưa có dụng cụ phù hợp. Dụng cụ bn-h20 do “Valin superhard” phát triển để tiện gián đoạn mạnh mẽ thép đã tôi cứng đã khắc phục được biến dạng của vòng ngoài, lỗ trong và mặt cuối của bánh răng đã được tôi thấm cacbon và tôi cứng, đồng thời tìm ra dụng cụ cắt gián đoạn phù hợp. Điều này đã tạo ra một bước đột phá trên toàn thế giới trong lĩnh vực cắt gián đoạn bằng dụng cụ siêu cứng.

Biến dạng do tôi và thấm cacbon của bánh răng: Biến dạng do tôi và thấm cacbon của bánh răng chủ yếu do tác động kết hợp của ứng suất dư sinh ra trong quá trình gia công, ứng suất nhiệt và ứng suất kết cấu sinh ra trong quá trình xử lý nhiệt, và biến dạng do trọng lượng bản thân của phôi. Đặc biệt đối với các bánh răng và vành răng lớn, biến dạng của vành răng lớn cũng sẽ tăng lên sau khi tôi và thấm cacbon do mô đun lớn, lớp thấm cacbon sâu, thời gian thấm cacbon dài và trọng lượng bản thân của chúng. Quy luật biến dạng của trục bánh răng lớn: Đường kính ngoài của vòng đỉnh răng có xu hướng co lại rõ rệt, nhưng theo hướng chiều rộng răng của trục bánh răng, phần giữa bị thu hẹp, và hai đầu hơi giãn nở. Quy luật biến dạng của vành răng: Sau khi tôi và thấm cacbon, đường kính ngoài của vành răng lớn sẽ phồng lên. Khi chiều rộng răng khác nhau, hướng chiều rộng răng sẽ có dạng hình nón hoặc hình trống.

Gia công bánh răng sau khi thấm cacbon và tôi cứng: Biến dạng do thấm cacbon và tôi cứng của vòng răng có thể được kiểm soát và giảm thiểu đến một mức độ nhất định, nhưng không thể tránh khỏi hoàn toàn. Để khắc phục biến dạng sau khi thấm cacbon và tôi cứng, phần tiếp theo sẽ trình bày ngắn gọn về tính khả thi của việc gia công tiện và cắt gọt sau khi thấm cacbon và tôi cứng.

Gia công tiện vòng ngoài, lỗ trong và mặt cuối sau khi thấm cacbon và tôi cứng: gia công tiện là cách đơn giản nhất để khắc phục biến dạng của vòng ngoài và lỗ trong của bánh răng vành đã được thấm cacbon và tôi cứng. Trước đây, bất kỳ dụng cụ nào, kể cả dụng cụ siêu cứng nhập khẩu, đều không thể giải quyết được vấn đề gia công cắt không liên tục mạnh ở vòng ngoài của bánh răng đã tôi cứng. Valin Superhard được mời thực hiện nghiên cứu và phát triển dụng cụ, “Gia công cắt không liên tục thép tôi cứng luôn là một vấn đề khó khăn, chưa kể đến thép tôi cứng khoảng HRC60, và dung sai biến dạng lớn. Khi gia công tiện thép tôi cứng ở tốc độ cao, nếu phôi có hiện tượng cắt không liên tục, dụng cụ sẽ hoàn thành quá trình gia công với hơn 100 xung lực mỗi phút khi cắt thép tôi cứng, điều này đặt ra thách thức lớn đối với khả năng chịu va đập của dụng cụ.” Các chuyên gia của Hiệp hội Dao Trung Quốc cho biết. Sau một năm thử nghiệm liên tục, Valin Superhard đã cho ra mắt dòng dụng cụ cắt siêu cứng chuyên dụng để gia công tiện thép tôi cứng có hiện tượng gián đoạn mạnh; thí nghiệm gia công tiện được thực hiện trên vòng ngoài của bánh răng sau khi thấm cacbon và tôi cứng.

Thí nghiệm gia công bánh răng trụ sau khi tôi thấm cacbon và tôi cứng.

Bánh răng lớn (bánh răng vành) bị biến dạng nghiêm trọng sau khi tôi thấm cacbon và tôi cứng. Độ biến dạng của vòng ngoài bánh răng vành lên đến 2mm, và độ cứng sau khi tôi cứng là HRC60-65. Vào thời điểm đó, khách hàng khó tìm được máy mài đường kính lớn, và lượng dư gia công lớn, hiệu suất mài quá thấp. Cuối cùng, bánh răng đã được tôi thấm cacbon và tôi cứng được gia công lại bằng phương pháp tiện.

Tốc độ cắt tuyến tính: 50–70m/phút, độ sâu cắt: 1,5–2mm, khoảng cách cắt: 0,15-0,2mm/vòng quay (có thể điều chỉnh theo yêu cầu độ nhám).

Khi gia công vòng tròn ngoài của bánh răng tôi cứng, quá trình gia công được hoàn thành trong một lần. Dụng cụ gốm nhập khẩu nguyên bản chỉ có thể gia công nhiều lần để loại bỏ biến dạng. Hơn nữa, hiện tượng vỡ cạnh rất nghiêm trọng, và chi phí sử dụng dụng cụ rất cao.

Kết quả thử nghiệm dụng cụ: dụng cụ này có khả năng chịu va đập tốt hơn so với dụng cụ gốm silicon nitride nhập khẩu ban đầu, và tuổi thọ gấp 6 lần so với dụng cụ gốm silicon nitride khi độ sâu cắt tăng gấp ba lần! Hiệu suất cắt tăng gấp 3 lần (trước đây là gấp ba lần, nay chỉ cần gấp một lần). Độ nhám bề mặt của phôi cũng đáp ứng yêu cầu của người sử dụng. Điều đáng giá nhất là dạng hỏng cuối cùng của dụng cụ không phải là gãy cạnh đáng lo ngại, mà là mài mòn mặt sau thông thường. Thí nghiệm cắt vòng bánh răng tôi cứng gia công gián đoạn này đã phá vỡ quan niệm sai lầm rằng các dụng cụ siêu cứng trong ngành không thể được sử dụng để gia công gián đoạn thép tôi cứng cường độ cao! Điều này đã gây ra một sự chấn động lớn trong giới học thuật về dụng cụ cắt!

Bề mặt hoàn thiện của lỗ trong bánh răng sau khi tôi cứng.

Lấy ví dụ về việc cắt gián đoạn lỗ bên trong bánh răng có rãnh dầu: tuổi thọ của dụng cụ cắt thử nghiệm đạt hơn 8000 mét, và độ hoàn thiện đạt Ra0.8; nếu sử dụng dụng cụ siêu cứng có lưỡi đánh bóng, độ hoàn thiện khi tiện thép đã tôi cứng có thể đạt khoảng Ra0.4. Và tuổi thọ dụng cụ tốt hơn có thể đạt được.

Gia công mặt cuối của bánh răng sau khi thấm cacbon và tôi cứng.

Là một ứng dụng điển hình của phương pháp “tiện thay vì mài”, lưỡi dao boron nitrit khối đã được sử dụng rộng rãi trong thực tiễn sản xuất tiện cứng mặt cuối bánh răng sau khi xử lý nhiệt. So với mài, tiện cứng giúp cải thiện đáng kể hiệu quả công việc.

Đối với các bánh răng được tôi cứng và thấm cacbon, yêu cầu đối với dao cắt rất cao. Thứ nhất, gia công gián đoạn đòi hỏi độ cứng cao, khả năng chịu va đập, độ dẻo dai, khả năng chống mài mòn, độ nhám bề mặt và các đặc tính khác của dụng cụ.

Tổng quan:

Đối với gia công tiện sau khi thấm cacbon và tôi cứng, cũng như gia công tiện mặt cuối, các dụng cụ tiện composite boron nitride khối hàn thông thường đã được sử dụng phổ biến. Tuy nhiên, đối với biến dạng kích thước của vòng ngoài và lỗ trong của vòng răng lớn đã được thấm cacbon và tôi cứng, việc loại bỏ biến dạng lớn luôn là một vấn đề khó khăn. Gia công tiện gián đoạn thép tôi cứng bằng dụng cụ boron nitride khối siêu cứng BN-H20 của Valin là một bước tiến lớn trong ngành công cụ, góp phần thúc đẩy rộng rãi quy trình “tiện thay thế mài” trong ngành công nghiệp bánh răng, đồng thời giải quyết được vấn đề về dụng cụ tiện trụ bánh răng tôi cứng đã gây khó khăn trong nhiều năm. Điều này cũng có ý nghĩa rất lớn trong việc rút ngắn chu kỳ sản xuất vòng răng và giảm chi phí sản xuất; dao cắt dòng BN-H20 được biết đến là mô hình hàng đầu thế giới về gia công tiện gián đoạn thép tôi cứng mạnh mẽ trong ngành.