În calitate de producător de piese de mașini de precizie cu zece ani de experiență, Hansheng vă poate spune că acest punct de vedere este greșit. În timp ce angrenajele forjate domină în aplicațiile auto din motive întemeiate, angrenajele turnate alimentează peste 80% din echipamentele industriale grele din întreaga lume.
Dar realitatea este dură: calitatea unui angrenaj turnat depinde în întregime de controlul procesului din spatele acestuia.
Dacă sunteți manager de achiziții, inginer proiectant mecanic sau lider de proiect, este posibil să cântăriți:
Ar trebui să aleg fontă ductilă sau oțel turnat?
Cum mă pot asigura că nu există pori interni la rădăcina angrenajului?
Poate procesul de turnare să reziste condițiilor mele de operare{0}}cuplu ridicat?
Ce sunt Cast Gears? (Și când sunt superioare soluțiilor alternative?)
De ce să alegi casting? Când este cea mai bună alegere?
În următoarele trei scenarii specifice, vă recomandăm insistent să acordați prioritate castingului.
Limitări de dimensiune și greutate
Când sunt necesare roți dințate cu diametre care depășesc 1-2 metri, costul matrițelor de forjare devine prohibitiv de mare. Pentru roți dințate turnate mari, cum ar fi inelele de viteză mari ale morilor cu bile, turnarea este practic singura opțiune viabilă din punct de vedere economic.
Forme geometrice complexe
Dacă designul angrenajului dvs. necesită structuri complexe,-găuri de reducere a greutății sau butuci integrati, turnarea le poate modela direct în matriță. Prelucrarea acestor caracteristici cu țagle solide din oțel poate duce la peste 50% deșeuri de material.
Diversitatea materială
Puteți produce angrenaje din oțel turnat cu rezistență sau tenacitate speciale la uzură prin personalizarea compoziției aliajului, în timp ce aceste proprietăți pot să nu fie atinse în țaglele standard din oțel forjat.
Angrenaje turnate vs. Angrenaje forjate
|
Caracteristică |
Turnate Gears |
Unelte forjate |
|
Structura cerealelor |
Dendritic (aleatoriu); Proprietăți izotrope. |
Flux direcțional; Anizotrop (mai puternic în direcția curgerii). |
|
Dimensiune maximă |
Practic nelimitat (100+ tone). |
Limitat de capacitatea presei și dimensiunea matriței. |
|
Flexibilitate de proiectare |
Înalt (pânze, spițe, forme complexe). |
Scăzut (în mare parte discuri solide sau inele). |
|
Cost (Vol. scăzut) |
Mai mici (costurile de model < Costurile de matriță). |
Ridicat (costurile matrițelor sunt semnificative). |
|
Integritate internă |
Risc de porozitate (necesită control). |
În general solid (forța de compresiune închide golurile). |
Notă: turnarea nu este „mai proastă” decât forjarea - este optimizată pentru diferite cerințe. Alegeți în funcție de condițiile de încărcare specifice, volumul de producție și complexitatea geometrică.
Selectia materialelor
Alegerea materialului de turnare potrivit este esențială. În domeniul turnării, selectăm în primul rând dintre următoarele trei tipuri de materiale.
Fontă gri (ASTM A48)
Caracteristica sa este fragilitatea ridicată, dar suportabilitate bună. Datorită prezenței grafitului în fulgi, are proprietăți excelente de absorbție a șocurilor și lubrifiere. Dezavantajul este rezistența sa scăzută la tracțiune și rezistența scăzută la impact. Este potrivit pentru trepte de viteză cu sarcină mică-, transmisii cu trepte deschise sensibile la zgomot și condiții de lucru fără sarcini de impact.
Fontă ductilă (ASTM A536)
Acesta este cel mai des folosit material pentru angrenajele industriale moderne. Principiul presupune adăugarea de magneziu în fierul topit pentru a transforma fulgii de grafit în forme sferice (noduli). Acest lucru elimină punctele de concentrare a tensiunilor din fonta gri.
Notele pe care le recomandăm sunt:
80-55-06 (matrice perlitică): Un echilibru perfect între rezistență și rezistență la uzură.
100-70-03: rezistență mai mare, dar dificultate crescută de procesare.
„Fontă ductilă vs oțel turnat”: Fonta ductilă are costuri de turnare mai mici (punct de topire mai scăzut, rată de contracție mai mică) și o absorbție superioară a șocurilor în comparație cu oțelul. Dacă cerința dumneavoastră de curgere este sub 400 MPa, fonta ductilă este de obicei cea mai bună alegere.
Oțel turnat (ASTM A148)
este sudabil (spre deosebire de fontă) și poate obține o duritate extrem de mare prin tratament termic. Clasele comune includ AISI 4140 (grad echivalent turnat) și 42CrMo4. Este utilizat pe scară largă în dispozitivele de antrenare pentru minerit, inelele angrenate mari ale cuptoarelor rotative și suporturile planetare-grele care suportă frecvent sarcini de impact.
Fontă gri
Fontă ductilă
Oţel turnat
Procesul de turnare Deep Dive
Selectarea procesului
Nu toate angrenajele trebuie turnate folosind aceeași metodă. Trebuie să selectăm procesul potrivit în funcție de dimensiunea, cantitatea și cerințele de precizie ale angrenajului.
Turnare cu nisip de rășină
Rășina furan leagă particulele de nisip într-o matriță rigidă, minimizând mișcarea peretelui matriței în timpul turnării și asigurând o stabilitate dimensională excelentă și concentricitatea inelului dințat. Este potrivit pentru angrenaje medii până la mari (diametre cuprinse între 500 mm și 10 metri).
Turnare cu investiții (ceară pierdută)
Oferind o precizie aproape de -net-forma, este ideal pentru angrenaje din oțel inoxidabil sau caneluri interne complicate, care sunt dificil de prelucrat. Potrivit pentru angrenaje mici, complexe (<50kg)
Turnare centrifuga
Metalul topit este turnat într-o matriță rotativă, unde forța centrifugă împinge impuritățile spre diametrul interior (înlăturate ulterior prin prelucrare), lăsând structuri de granule pure și dense la dinții angrenajului. Proiectat special pentru roți dințate și jante.
Cei 5-pași critici în producția de unelte
Crearea modelelor și calculul contracției
Precizia angrenajelor de turnare depinde de matriță. Materialele diferite au rate de contracție diferite (oțel ≈ 2%, fier ≈ 1%). Poate fi utilizată compensarea contracției neliniară, cu mai multă compensare la inelul dințat și mai puțină compensare la butuc pentru a preveni ca angrenajul să devină eliptic în timpul răcirii.
Turnare și acoperire
În turnarea cu nisip cu rășină, nisipul este amestecat cu catalizator și agent de întărire. În același timp, pentru a asigura netezimea suprafeței, în interiorul cavității matriței trebuie aplicat un strat refractar pe bază de zirconiu. Aceasta formează o barieră între nisip și metalul topit, împiedicând particulele de nisip să se topească pe dinții angrenajului.
Controlul topirii și metalurgiei
Înainte de turnare, probele trebuie luate din cuptor și analizate folosind un spectrometru. Asigurați-vă că eroarea carbonului, siliciului și manganului este controlată cu 0,05% pentru a vă asigura că duritatea finală și rezistența la tracțiune îndeplinesc standardele (cum ar fi ASTM A148).
Pentru fontă, în special pentru angrenajele din fontă ductilă, înainte de turnare trebuie efectuat un tratament precis de inoculare pentru a se asigura că bilele de grafit sunt rotunde uniform și pentru a preveni fragilitatea.
Solidificare controlată (prevenirea defectelor)
Conexiunea dintre roata dințată inelară groasă și placa cu bandă subțire este o zonă cu risc{0}}înalt pentru porozitatea de contracție. Prin urmare, este necesar să se așeze elemente exotermice pe inelul angrenajului pentru a menține lichidul metalic pentru o perioadă mai lungă de timp și pentru a efectua completarea prin contracție. În același timp, folosește frisoane la burta pentru a accelera răcirea. Această tehnică de solidificare direcțională împinge toate impuritățile în colț, care este apoi îndepărtat.
Reducerea stresului
Când angrenajul este scos din matriță, acesta conține stres termic semnificativ în interior. Prin urmare, toate angrenajele trebuie să treacă prin procese de normalizare sau de recoacere de reducere a tensiunilor pentru a-și stabiliza structura cristalină înainte de a trece la următoarea etapă de prelucrare a angrenajului. Fără acest pas, angrenajul se va deforma și se va deforma în timpul proceselor de prelucrare ulterioare.
Design for Manufacturability (DFM)
Dacă luați în considerare tehnologia de turnare atunci când proiectați angrenaje, puteți reduce costurile cu 20% și puteți îmbunătăți calitatea.
Principiile proiectării procesului de turnare sunt următoarele:
Grosimea uniformă a peretelui:Evitați trecerea bruscă de la secțiuni subțiri la secțiuni groase. Dacă grosimea inelului dințat este de 50 mm și placa de bandă este de numai 20 mm, conexiunea este un punct fierbinte pentru stres și porozitate. Vă rugăm să utilizați colțuri rotunjite pentru tranziție.
Unghiuri de proiectare:Pereții verticali necesită un unghi ușor (1 grade până la 3 grade), astfel încât modelul să poată fi îndepărtat din matrița de nisip fără a deteriora matrița.
Raze file:„Colțurile ascuțite sunt puncte de concentrare a tensiunilor. În turnare, colțurile ascuțite pot provoca, de asemenea, spălarea particulelor de nisip în metalul topit (formând incluziuni de nisip).
Alocație de prelucrare:Nu lăsa prea puțin. Pentru roți dințate turnate mari (cum ar fi diametrul de 1000 mm), ar trebui rezervate cel puțin 6-10 mm. Mai multă prelucrare este întotdeauna mai bună decât pielea reziduală de oxid (piele neagră) pe suprafața dintelui finit.
Post-Operațiuni de difuzare
După turnare, angrenajul actual este doar o turnare de metal brut cu tensiuni interne și o suprafață rugoasă și necesită următoarele etape de tratament post-turnare.
Tratament termic
Normalizare: se încălzește turnarea la aproximativ 900 de grade și se răcește cu aer. Scopul este de a rafina structura granulară grosieră „ca-turnată” și de a omogeniza compoziția chimică. Pentru angrenajele din fontă ductilă, aceasta este de obicei suficientă pentru a obține rezistența necesară la tracțiune.
Călire și revenire: Acesta este un proces esențial pentru angrenajele din oțel turnat. După încălzire, acestea sunt stinse în ulei sau apă polimerică, urmate de călire. Acest lucru transformă microstructura în sorbit temperat, oferind un echilibru perfect între rezistența ridicată la curgere și rezistența la impact. Fără călire și revenire, angrenajele din oțel sunt predispuse la rupere fragilă la încărcarea la impact.
Strategia de prelucrare de precizie
Strunjire brută: Suprafața exterioară a pieselor turnate conține adesea incluziuni de nisip și solzi de oxid (puncte dure). Folosim unelte de tăiere-de carbură grele pentru a îndepărta această „piele neagră” printr-o tăietură adâncă într-o singură trecere, prevenind zgomotul sculei și asigurându-ne că metalul de dedesubt este dens.
Tailare și tăiere a angrenajului: Pentru angrenajele sub gradul AGMA Q8 / ISO 8, efectuăm frezarea angrenajului. Pentru materiale cu modul mare (modul > 20) sau mai dure, efectuam mai întâi frezarea cu roți dintate, urmată de șlefuirea formei. Acest lucru asigură că precizia profilului dintelui este controlată la nivelul micronului.
Întărirea suprafeței (opțional, dar recomandat)
Întărire prin inducție: După prelucrare, suprafața dintelui poate suferi întărire prin inducție, ceea ce îmbunătățește rezistența la uzură a suprafeței, menținând în același timp duritatea miezului.
Inspecție și testare finală
Verificare dimensională (CMM): O mașină de măsurare a coordonatelor verifică abaterile unghiului de pas, de curățare și elice.
Contact Pattern Check (Blueing): We mate the gear with a pinion and apply blue ink. A proper contact area (typically >70%) asigură distribuirea uniformă a sarcinii pe dinte, prevenind eșecul prematur.
Precauții la prelucrare
Angrenajele turnate încep în mod obișnuit cu strunjirea brută, urmată de frezarea angrenajului. Datorită prezenței potențiale a punctelor dure (carburi) în piese turnate, este esențial să folosiți scule de tăiere cu carbură și viteze de tăiere adecvate pentru a preveni ruperea sculei.
Rezumat
Angrenajele turnate nu sunt în niciun caz „înlocuitori ieftini” -, ci sunt soluții de inginerie de precizie pentru transmisia de putere-pentru sarcini grele. Fie că alegeți fontă ductilă cu o bună absorbție a șocurilor sau oțel turnat robust, cheia constă în colaborarea strânsă dintre proiectant și turnătorie.
Hansheng Automation, ca producător de componente pentru mașini de precizie, care integrează fabrici de producție de angrenaje, centre de prelucrare CNC și turnătorii, vă împărtășește experiența noastră. Dacă aveți orice nevoie conexă, vă rugăm să contactați echipa noastră de ingineri pentru a obține o evaluare gratuită DFM (Design for Manufacturability) a desenelor dumneavoastră de viteze.
FAQ
Care este dimensiunea maximă a angrenajelor turnate?
De fapt, nu există nicio limită. Limitările se datorează de obicei capacității macaralei și dimensiunii cuptorului, mai degrabă decât procesului de turnare în sine.
Pot angrenajele turnate să reziste la sarcini de impact? Fonta ductilă (QT500-7 sau calitate superioară) și oțelul turnat pot gestiona eficient sarcinile de impact moderate până la severe. Datorită comportamentului său fragil la rupere, fonta cenușie trebuie evitată în aplicații care implică sarcini de impact.
Cum se compară proprietățile mecanice cu angrenajele forjate?
Angrenajele din fontă ductilă ating 70-85% din rezistența la tracțiune a oțelului forjat. Angrenajele din oțel turnat sunt comparabile cu oțelul forjat în majoritatea proprietăților.
Ce toleranțe poate atinge turnarea angrenajului?
Ca{0}}toleranțe turnate: nisip verde ±1,5-3 mm, nisip rășină ±0,5-1,5 mm. După prelucrare, calitatea angrenajului poate îndeplini standardele ISO 1328 sau AGMA 2015. Majoritatea angrenajelor industriale sunt de gradul AGMA 8-10 (gradul ISO 6-8).
Care este timpul obișnuit de livrare pentru producția Cast Gears?
Scule/ matriță: 2-4 săptămâni. Prima turnare: 1-2 săptămâni. Productie in masa: 3-5 saptamani, in functie de cantitate si cerintele de tratament termic. Total: 6-11 săptămâni de la aprobarea desenelor până la angrenajele finite.
Cum se compară costul cu forjarea?
Pentru producția la scară medie-(500-2.000 de bucăți), turnarea fontului ductil este de obicei cu 35-50% mai ieftină decât forjarea (pe bucată). Punctul de încrucișare depinde de complexitatea geometrică, dimensiuni și volumul producției.
Se poate aplica un tratament termic angrenajelor turnate?
Desigur. Fonta cenușie poate suferi stres. Fonta ductilă răspunde bine la normalizare, călire și călire, precum și la călirea izotermă. Oțelul turnat poate suferi același tratament termic ca și oțelul forjat. Tratamentul termic adecvat poate crește duritatea suprafeței la 321-444 HB (echivalent cu 55-63 HRC).
Referințe
ASTM A148 / A148M: Specificație standard pentru piese turnate din oțel, de înaltă rezistență, pentru scopuri structurale.
ASTM A536: Specificație standard pentru piese turnate din fontă ductilă. (Ghidul pentru nota 80-55-06 și altele).
AGMA 2001-D04: Factori de evaluare fundamentală și metode de calcul pentru dinții dinți involuți și angrenaj elicoidal.
ISO 8062-3: Specificații geometrice ale produsului (GPS) – Toleranțe dimensionale și geometrice pentru piesele turnate. (De obicei CT8-CT12 pentru turnarea cu nisip).