Шестерні – це тихі, незамінні герої сучасного світу. Від складних механізмів трансмісії транспортного засобу до колосальної потужності вітрової турбіни, ці зубчасті компоненти є основоположними для механічної передачі енергії. Протягом століть виробництво шестерень було прагненням до точності та ефективності, в якому домінували усталені процеси, такі як зуборізання, форморізання та протягування. Однак невпинні вимоги сучасної промисловості – до збільшення обсягів виробництва, більшої економічної ефективності та тіснішої інтеграції компонентів – стимулювали розвиток трансформаційної технології:Силовий сківінг.

Принцип обробки силовим скивінгом

По суті, силове скалювання – це безперервний генеративний процес різання, який синергетично поєднує високошвидкісне обертання зубофрезерного верстата з розташуванням інструменту та заготовки для зубодорізання. Це складний процес «прокатки» або «стругання», де спеціалізований багатозубий різець та заготовка зубчастого колеса обертаються в точно синхронізованому, зачіпному русі.

Визначальною характеристикою пауерсківінгу єкут перетину осей (Σ)На відміну від зубофрезерування (де осі інструмента та заготовки розташовані під кутом 90 градусів, зміщеним на кут нахилу спіралі) або форморізання (де осі паралельні), силове шліфування працює з осями інструмента та заготовки, встановленими під певним, непаралельним та непересічним кутом. Цей кут є ключовим фактором, що забезпечує процес.

Цей ретельно розрахований кут створює певну відносну швидкість (ковзання) між ріжучими кромками інструмента та бічними поверхнями заготовки. Оскільки інструмент та заготовка обертаються з високими швидкостями, ця швидкість ковзання генерує різальний процес. Різальний інструмент, який нагадує форморіз, але має кут нахилу спіралі, ефективно «зрізає» або «відшаровує» матеріал із заготовки з кожним проходом ріжучої кромки, безперервно створюючи евольвентний профіль зуба під час обертання обох компонентів.

Інструменти: серце процесу

Різак для силового шліфування – це дуже складний та спеціалізований інструмент. Зазвичай його виготовляють з твердосплавного сплаву з твердим покриттям для максимальної жорсткості та зносостійкості або з високопродуктивної порошкової металургійної (PM) швидкорізальної сталі (HSS). Конструкція інструменту, включаючи кут нахилу спіралі, передній кут та профіль, розраховується спеціально для кінематичної моделі верстата та точної геометрії цільової шестерні. Ця специфічна для інструменту складність є суттєвим фактором загальної вартості та налаштування процесу.

Переваги та недоліки пауер-сківінгу

Як і будь-який виробничий процес, силове скивінгування пропонує унікальний набір компромісів.

Переваги:

Надзвичайна продуктивність: Це значно швидше (у 3-10 разів), ніж зубодовблення, і дуже конкурентоспроможно порівняно з зубофрезеруванням. Для внутрішнього зубчастого різання це часто найпродуктивніший доступний метод.

Неперевершена гнучкість: процес дозволяє обробляти як внутрішні, так і зовнішні зубчасті колеса, а також шліци, косозубі та прямозубі зубчасті колеса на одному верстаті.

Можливість «виконано в одному»: він може виконувати чорнову, напівчистову та чистову обробку за один набір. Він також здатний виконувати тверде зачищення або обробку шестерень після термічної обробки, що може усунути необхідність подальшого шліфування.

Висока якість: При виконанні на жорсткому сучасному верстаті, силове шліфування може виготовляти високоточні шестерні (наприклад, AGMA 10-11, DIN 6-7) з чудовою обробкою поверхні.

Вирішує складні геометрії: ідеально підходить для деталей з обмеженим зазором інструменту, таких як шестерні з буртиком або фланцем, де черв'ячна фреза не може вибігти. Це поширена проблема в компактних конструкціях трансмісій.

Недоліки:

Високі капітальні витрати на верстати: процес вимагає високотехнологічного, жорсткого та термічно стабільного 5-осьового (або більше) верстата з ЧПК з ідеальною електронною синхронізацією, що є значними інвестиціями.

Складний процес та інструменти: Кінематика надзвичайно складна. Планування процесу вимагає складного програмного забезпечення для моделювання, щоб розрахувати траєкторії інструментів та уникнути зіткнень. Самі інструменти є дорогими та специфічними для конкретного застосування.

Чутливість налаштування: Процес дуже чутливий до правильного налаштування, особливо до кута перетину осей. Будь-яке перекіс може суттєво вплинути на термін служби інструменту та якість деталі.

Усунення стружки: Високошвидкісне видалення великих обсягів матеріалу може створювати проблеми з утворенням стружки, особливо під час обробки глибоких внутрішніх зубчастих коліс, де може накопичуватися стружка.

Сценарії застосування

Силове шліфування не є універсальною заміною для всіх інших процесів обробки зубчастих передач, але воно є домінуючим рішенням у певних, високоцінних галузях, головним чином зумовлених масовим виробництвом.

Автомобільна промисловість: Це найбільший користувач. Цей процес широко використовується для виготовлення внутрішніх компонентів трансмісії, таких як зубчасті вінці, планетарні передачі та шліцьові корпуси зчеплення. Його здатність швидко та з високою точністю створювати внутрішні шестерні та складні шліци є безцінною для сучасних компактних автоматичних трансмісій та трансмісій електричних транспортних засобів (EV).

Аерокосмічна промисловість: використовується для виробництва шліців та шестерень приводних систем, де висока надійність та складні, легкі конструкції є надзвичайно важливими.

Промислове обладнання: ідеально підходить для виготовлення компонентів, таких як шестерні насосів, муфти та інші шліцьові вали, де продуктивність і точність є ключовими.

Ідеальним кандидатом для шліфування під тиском є ​​деталь середнього та великого обсягу виробництва, зокрема внутрішня шестерня або шестерня з взаємодіючими плечима, де економія часу циклу може виправдати високі початкові інвестиції в обладнання та інструменти.

Висновок

Технологія силового сківінгу успішно здійснила перехід від 100-річної теоретичної концепції до сучасного виробничого потужного інструменту. Поєднуючи швидкість зубофрезерування з гнучкістю формування, вона фундаментально подолала критичний прогалину у виробництві шестерень. Вона пропонує безпрецедентне рішення для великосерійного виробництва внутрішніх шестерень та складних шліцьових компонентів, підвищуючи ефективність та дозволяючи створювати наступне покоління компактних, енергоємних механічних систем. Оскільки технології верстатного обладнання, програмне забезпечення для моделювання та конструкції ріжучих інструментів продовжують розвиватися, впровадження силового сківінгу розширюватиметься, ще більше закріплюючи його роль як революційної сили у виробництві шестерень.