Bánh răng là những anh hùng thầm lặng, không thể thiếu của thế giới hiện đại. Từ cơ cấu hoạt động phức tạp của hộp số xe hơi đến sức mạnh khổng lồ của tuabin gió, những bộ phận có răng này là nền tảng của việc truyền tải năng lượng cơ học. Trong nhiều thế kỷ, việc sản xuất bánh răng là một quá trình theo đuổi độ chính xác và hiệu quả, bị chi phối bởi các quy trình đã được thiết lập như phay răng, định hình và chuốt. Tuy nhiên, những yêu cầu không ngừng nghỉ của ngành công nghiệp hiện đại—về khối lượng sản xuất cao hơn, hiệu quả chi phí tốt hơn và sự tích hợp linh kiện chặt chẽ hơn—đã thúc đẩy sự phát triển của một công nghệ mang tính đột phá:Cắt bằng máy.

Nguyên lý gia công của phương pháp bào mỏng bằng máy

Về bản chất, gia công gọt bằng máy là một quy trình cắt tạo hình liên tục, kết hợp một cách đồng bộ giữa tốc độ quay cao của gia công răng cưa với sự sắp xếp dụng cụ-phôi của gia công định hình bánh răng. Đó là một quy trình "cán" hoặc "bào" phức tạp, trong đó một dao cắt chuyên dụng nhiều răng và phôi bánh răng quay trong một chuyển động đồng bộ chính xác, giống như sự ăn khớp.

Đặc điểm nổi bật của việc cắt lát bằng máy là...góc giao nhau của trục (Σ)Không giống như gia công răng cưa (trong đó trục dụng cụ và trục phôi tạo thành một góc 90 độ, lệch nhau một góc xoắn ốc) hoặc gia công định hình (trong đó các trục song song), gia công gọt bằng máy hoạt động với trục dụng cụ và trục phôi được đặt ở một góc cụ thể, không song song và không giao nhau. Góc này là yếu tố then chốt cho phép quá trình diễn ra.

Góc được tính toán cẩn thận này tạo ra một vận tốc tương đối (trượt) cụ thể giữa các cạnh cắt của dụng cụ và các mặt bên của phôi. Khi dụng cụ và phôi quay ở tốc độ cao, vận tốc trượt này tạo ra hoạt động cắt. Dụng cụ cắt, trông giống như dao bào nhưng có góc xoắn ốc, thực chất "bóc" hoặc "lột" vật liệu khỏi phôi với mỗi lần lưỡi cắt đi qua, liên tục tạo ra hình dạng răng xoắn ốc khi cả hai bộ phận quay.

Công cụ: Trái tim của quy trình

Dao cắt dùng trong gia công gọt bằng máy là một dụng cụ chuyên dụng và phức tạp. Nó thường được làm từ cacbua phủ rắn để đạt độ cứng và khả năng chống mài mòn tối đa, hoặc từ thép tốc độ cao (HSS) luyện kim bột (PM) hiệu suất cao. Thiết kế của dụng cụ—bao gồm góc xoắn, góc thoát phôi và hình dạng—được tính toán cụ thể cho mô hình động học của máy và hình dạng chính xác của bánh răng cần gia công. Sự phức tạp đặc thù của dụng cụ này là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến tổng chi phí và thời gian thiết lập của quy trình.

Ưu điểm và nhược điểm của việc bào mỏng bằng máy.

Giống như bất kỳ quy trình sản xuất nào khác, gia công gọt tấm bằng máy cũng có những ưu nhược điểm riêng.

Thuận lợi:

Năng suất cực cao: Phương pháp này nhanh hơn đáng kể (gấp 3-10 lần) so với gia công định hình bánh răng và có tính cạnh tranh cao với gia công răng bằng dao phay. Đối với bánh răng bên trong, đây thường là phương pháp hiệu quả nhất hiện có.

Tính linh hoạt vượt trội: Quy trình này có thể gia công cả bánh răng trong và ngoài, cũng như các loại trục then, bánh răng xoắn và bánh răng trụ trên cùng một máy.

Khả năng "Hoàn thành trong một lần": Máy có thể thực hiện gia công thô, bán tinh và tinh trong một lần thiết lập. Máy cũng có khả năng bào mỏng vật liệu cứng, hoặc gia công bánh răng sau khi xử lý nhiệt, giúp loại bỏ nhu cầu mài sau đó.

Chất lượng cao: Khi được thực hiện trên máy móc hiện đại, chắc chắn, gia công bằng máy bào phẳng có thể tạo ra các bánh răng có độ chính xác cao (ví dụ: AGMA 10-11, DIN 6-7) với bề mặt hoàn thiện tuyệt vời.

Giải quyết các hình dạng hình học phức tạp: Phương pháp này lý tưởng cho các chi tiết có khoảng trống dụng cụ hạn chế, chẳng hạn như bánh răng có vai hoặc mặt bích, nơi dao phay không thể hoạt động hết công suất. Đây là một thách thức phổ biến trong thiết kế hộp số nhỏ gọn.

Nhược điểm:

Chi phí đầu tư máy móc cao: Quy trình này đòi hỏi một máy CNC 5 trục (hoặc nhiều hơn) tiên tiến, chắc chắn và ổn định nhiệt với khả năng đồng bộ điện tử hoàn hảo, представляющая một khoản đầu tư đáng kể.

Quy trình và dụng cụ phức tạp: Cơ học chuyển động cực kỳ phức tạp. Lập kế hoạch quy trình đòi hỏi phần mềm mô phỏng tinh vi để tính toán đường đi của dụng cụ và tránh va chạm. Bản thân các dụng cụ cũng đắt tiền và chuyên dụng cho từng ứng dụng.

Độ nhạy của thiết lập: Quá trình này rất nhạy cảm với việc thiết lập chính xác, đặc biệt là góc giao nhau của các trục. Bất kỳ sự sai lệch nào cũng có thể ảnh hưởng nghiêm trọng đến tuổi thọ dụng cụ và chất lượng sản phẩm.

Quản lý phoi: Việc loại bỏ vật liệu với tốc độ cao và khối lượng lớn có thể tạo ra những thách thức trong việc kiểm soát phoi, đặc biệt là khi gia công các bánh răng bên trong sâu, nơi phoi có thể bị đóng chặt.

Các kịch bản ứng dụng

Gia công bằng phương pháp bào mỏng không phải là giải pháp thay thế hoàn hảo cho tất cả các quy trình gia công bánh răng khác, nhưng nó là giải pháp chủ đạo trong các lĩnh vực cụ thể, có giá trị cao, chủ yếu được thúc đẩy bởi sản xuất hàng loạt.

Ngành công nghiệp ô tô: Đây là ngành áp dụng nhiều nhất. Quy trình này được sử dụng rộng rãi để sản xuất các bộ phận truyền động bên trong như bánh răng vành, bánh răng hành tinh và thân ly hợp có khía. Khả năng tạo ra các bánh răng bên trong và các khía phức tạp một cách nhanh chóng và chính xác cao là vô cùng quý giá đối với các hộp số tự động và xe điện (EV) hiện đại, nhỏ gọn.

Hàng không vũ trụ: Được sử dụng để sản xuất các rãnh then và bánh răng hệ thống truyền động, nơi độ tin cậy cao và thiết kế phức tạp, trọng lượng nhẹ là tối quan trọng.

Máy móc công nghiệp: Lý tưởng để sản xuất các bộ phận như bánh răng bơm, khớp nối và các trục có khía khác, nơi năng suất và độ chính xác là yếu tố then chốt.

Ứng cử viên lý tưởng cho phương pháp bào gọt bằng máy là các chi tiết có sản lượng trung bình đến cao, đặc biệt là các bánh răng bên trong hoặc bánh răng có các gờ giao nhau, nơi việc tiết kiệm thời gian chu kỳ có thể bù đắp cho khoản đầu tư ban đầu cao vào máy móc và dụng cụ.

Phần kết luận

Gia công bằng máy bào điện đã thành công vượt bậc, từ một khái niệm lý thuyết có từ 100 năm trước trở thành một công nghệ sản xuất hiện đại mạnh mẽ. Bằng cách kết hợp tốc độ của gia công bằng bánh răng với tính linh hoạt của gia công định hình, nó đã lấp đầy khoảng trống quan trọng trong sản xuất bánh răng. Công nghệ này cung cấp một giải pháp vượt trội cho việc sản xuất số lượng lớn các bánh răng bên trong và các chi tiết có rãnh phức tạp, thúc đẩy hiệu quả và tạo điều kiện cho thế hệ tiếp theo của các hệ thống cơ khí nhỏ gọn, mạnh mẽ. Khi công nghệ máy công cụ, phần mềm mô phỏng và thiết kế dụng cụ cắt tiếp tục phát triển, việc ứng dụng gia công bằng máy bào điện dự kiến ​​sẽ mở rộng hơn nữa, củng cố vai trò của nó như một lực lượng cách mạng trong sản xuất bánh răng.