Spracovanie ozubených kolies s vysokou presnosťou: Technológia fazetovania

"Bez fazetovania je zručnosť truhlára neúplná." Toto starobylé truhlárské príslovie nielen odráža múdrosť tradičného remeselníctva, ale hlboko rezonuje aj v modernom priemyselnom výrobe. Fazetovanie, ktoré pôvodne bolo termínom z truhlárstva, sa vyvinulo na kľúčový proces v súčasnej priemyselnej výrobe, najmä pri výrobe vysokopresných ozubených kolies.

I. Čo je fazetovanie?

Vo súčasnej priemyselnej terminológii sa pojmom fazetovanie rozumie proces mierneho skosenia alebo zaoblenia vonkajších alebo vnútorných pravouhlých hrán obrobku. Jeho hlavné ciele sú dvojaké: po prvé, odstrániť miesta koncentrácie napätia a po druhé, zabrániť ostrým hranám, aby počas inštalácie a používania poškodzovali obsluhu. Okrem funkčnej bezpečnosti zaoblené hrany tiež zvyšujú estetický vzhľad obrobku, čo mu dodáva príjemnejší a jemnejší vzhľad.
Je dôležité rozlišovať zahŕňanie od zaobľovania: zatiaľ čo obe operácie zahŕňajú zaoblenie, zahŕňanie sa týka hrán obrobku, zatiaľ čo zaobľovanie sa sústreďuje na rohy. V praxi nepriehľadné rohy predstavujú vyššie riziko zranenia pre používateľov v porovnaní s nezahrovanými hranami.

II. Zahŕňanie profilu ozubenia: Klasifikácia a typy

S rozvojom automobilového priemyslu sa požiadavky na estetiku a výkon ozubených kolies stávajú čoraz prísnejšími, čo posúva technológiu zahŕňania do popredia precíznej kontroly.

1. Základné kategórie zahŕňania profilu ozubenia

Zahŕňanie profilu ozubenia sa primárne delí na tri typy podľa polohy:

Zahŕňanie konca zuba: Zahŕňanie aplikované na koniec zuba ozubeného kolesa.
Zahŕňanie konca zuba: Zahŕňanie vykonané na čelnej ploche zuba ozubeného kolesa.
Zahŕňanie profilu zuba: Zahŕňanie pozdĺž pracovného profilu zuba (na čom sa tento článok sústreďuje).

2. Technická klasifikácia zahŕňania profilu zuba

Zaoblenie zubov sa bežne delí na tri technické typy, ktoré sa ďalej rozlišujú podľa jednostranného alebo dvojstranného použitia:

Technický typ Jednostranné vlastnosti Dvojstranné vlastnosti
Zúžené zaoblenie (končí pri podreze koreňa) Nesymetrické zaoblenie; bez zaoblenia koreňového prechodného rádiového oblúka. Symetrické zaoblenie na oboch stranách; bez zaoblenia koreňového prechodného rádiového oblúka.
Zúžené zaoblenie (končí pri úplnom koreňovom prechodnom rádiovom oblúku) Nesymetrické zaoblenie; čiastočné zaoblenie koreňového prechodného rádiového oblúka. Nesymetrické zaoblenie na oboch stranách; čiastočné zaoblenie koreňového prechodného rádiového oblúka.
Rovnomerné zaoblenie (končí pri úplnom koreňovom prechodnom rádiovom oblúku) Symetrické zaoblenie; rovnomerné zaoblenie koreňového prechodného rádiového oblúka. Symetrické zaoblenie na oboch stranách; rovnomerné zaoblenie koreňového prechodného rádiového oblúka.

III. Bežné obrábanie metód zaoblenia zubov

Pre zaoblenie zubov je k dispozícii viacero procesov, z ktorých každý má svoje vlastné princípy, výhody a obmedzenia.

A. Brúsenie zaoblenia

Princíp: Využíva rotujúci vreteno a plávajúci brúsny kotúč na odstraňovanie otrieskov a ostrých hrán z profilu zubov.
Obmedzenia: Veľkosť fazety sa mení v závislosti od faktorov, ako je priemer brúsneho kotúča, uhol špirály, modul a počet zubov. Často spôsobuje poškodenie koreňovej plochy a vytvára drsné fazetované okraje.
Použitie: Široko používané v tradičných odvetviach, ako je veterná energia a nákladné vozidlá, pre ozubené kolieska s veľkým modulom.

B. Fazetovanie extrúziou

Princíp: Používa dva vlastné extrúzne kotúče s prispôsobenými „špirálovitými zubami“, ktoré zapadajú do ozubeného kolesa. Rýchle rotačné zapadanie „odstriháva“ otriesky a ostré hrany zostávajúce po frézovaní nožnicami.
Obmedzenia: Tvrdá extrúzia vytvára mikrovýstupky na povrchu zubov (čo znemožňuje následné brúsenie/leštenie), vyžaduje dodatočné scrabery na kontrolu výstupkov na koncových plochách, vytvára drsné hrany, predlžuje čas spracovania a nie je efektívna pre naskladané kotúčové ozubené kolesá.

C. Proces nožnice-fazetovanie-nožnice

Princíp: Počas frézovania sa zachováva malá rezervá na obrábanie. Po vysunutí frézy nástroje na extrúziu a škrabanie spracujú fazetu, po ktorej nasleduje finálny prechod frézovaním na dosiahnutie presnosti.
Obmedzenia: Integrácia nástrojov do frézky zvyšuje čas cyklu; nastavenie nástrojov je zložité a preberá obmedzenia spojené s extrúznym tvorením faziet.

D. Frézovanie fazety 1 (radiálny nástroj na fazetovanie)

Výhody:

Vhodné pre hriadele a pracovné predmety s rušivými kontúrami.
Flexibilná integrácia s frézkami alebo použitie ako samostatné zariadenie.
Široko rozšírené na trhu.

E. Frézovanie fazety 2 (integrovaná frézka)

Súčasný stav: Niektoré značky fréziek (napr. Gleason) ponúkajú modely s integrovaným fazetovaním konca zubu (letiaci nož alebo fazetovanie frézou).
Výhody: Kombinuje frézovanie a fazetovanie v jednom kroku; eliminuje poškodenie spôsobené ručným opätovným upínaním.
Obmedzenia: Vysoké náklady na vybavenie (vlastné fazetové frézy sú drahé); aplikovateľné len na kotúčové ozubené kolieska (problémy s interferenciou pri hriadeľových ozubených kolesách).

IV. Výber procesov fazetovania

Voľba procesu fazetovania závisí od aplikačného scenára pre prevodové koleso a mala by byť stanovená v úzkej konzultácii s klientmi:

Odporúčanie pre hriadele prevodoviek elektromobilov: uprednostniť fazetovanie frézovaním, keďže technológia a vybavenie pre tento proces sú vyspelé.
Veľkosť fazety: zvyčajne 0,3–0,8 mm pre fazety profilu zubov.
Uhol fazety: spolupracovať s konštruktérmi pri určovaní uhlov na základe typu pohonu motora (s paralelnou osou alebo koaxiálny), bežné rozsahy napríklad 150°±10° a 125°±10°.

V. Výhody fazetovania

Zvýšenie bezpečnosti: zníženie rizika zranenia počas manipulácie a spracovania.
Zlepšenie vzhľadu: zvyšuje celkový vzhľad prevodového kolesa, čím zvyšuje spokojnosť zákazníkov.
Zníženie napätia: zníženie koncentrácie napätia na ostrých koncoch zubov po tepelnom spracovaní.
Prevencia poškodenia: zníženie rizika odlomenia zubov spôsobeného nárazmi počas tepelného spracovania a následných procesov.
Zachovanie kvality: Zabraňuje oxidácii a dekarbonizácii na koncoch zubov počas carburizácie.
Optimalizácia výkonu: Znižuje riziko rozdrcenia a odlamenia zubov, keď je zapojená iba čiastočná šírka zubu.
Uľahčenie montáže: Správna veľkosť a uhol fazety zjednodušujú montáž ozubených kolies.

VI. Záver

Napriek svojim dokázaným výhodám bola fazetovanie nedocenené v niektorých častiach domáceho priemyslu ozubených kolies, kde niektorí výrobcovia uprednostňujú funkčnosť pred týmto kritickým procesom. Vzhľadom na pokrok automobilovej technológie a rastúce požiadavky na kvalitu sa fazetovanie stalo nevyhnutným krokom výroby vysokej presnosti. Prijatie a zdokonaľovanie procesov fazetovania je nevyhnutné pre zlepšenie kvality výrobkov a posilnenie konkurencieschopnosti na trhu.
Vo svete prevodoviek malé ozubené kolieska poháňajú veľké inovácie – a dôkladné fazetovanie je základom tejto presnosti.