Der Zahnradwelleist das wichtigste Stütz- und Drehteil in Baumaschinen, das die Drehbewegung vonGetriebeZahnwellen bestehen aus mehreren Komponenten und können Drehmoment und Leistung über große Entfernungen übertragen. Sie zeichnen sich durch hohe Übertragungseffizienz, lange Lebensdauer und kompakte Bauweise aus. Sie finden breite Anwendung und gehören zu den grundlegenden Bauteilen von Baumaschinengetrieben. Angesichts der rasanten Entwicklung der heimischen Wirtschaft und des Infrastrukturausbaus wird die Nachfrage nach Baumaschinen voraussichtlich weiter steigen. Die Materialauswahl für die Zahnwelle, die Wärmebehandlung, die Montage und Justierung der Bearbeitungsvorrichtung, die Parameter des Wälzfräsprozesses und der Vorschub sind entscheidend für die Bearbeitungsqualität und Lebensdauer der Zahnwelle. Diese Arbeit untersucht die Bearbeitungstechnologie von Zahnwellen in Baumaschinen anhand eigener Erfahrungen und schlägt entsprechende Verbesserungsvorschläge vor. Sie bietet eine solide technische Grundlage für die Optimierung der Bearbeitungstechnologie von Baumaschinenzahnwellen.

Analyse der VerarbeitungstechnologieZahnradwelleim Bereich Baumaschinen

Zur Vereinfachung der Untersuchung wählt diese Arbeit die klassische Eingangswelle eines Baumaschinengetriebes, d. h. die typischen Stufenwellenbauteile, die aus Keilwellen, Umfangsflächen, Bogenflächen, Absätzen, Nuten, Ringnuten, Zahnrädern und anderen geometrischen Formen und Elementen bestehen. Die Anforderungen an die Präzision von Getriebewellen sind im Allgemeinen relativ hoch und die Bearbeitung entsprechend aufwendig. Daher müssen einige wichtige Schritte im Bearbeitungsprozess, wie z. B. Werkstoffe, Evolventen-Außenverzahnung, Referenzpunkte, Zahnprofilbearbeitung und Wärmebehandlung, sorgfältig ausgewählt und analysiert werden. Um die Qualität und die Bearbeitungskosten der Getriebewelle zu gewährleisten, werden im Folgenden verschiedene Schlüsselprozesse der Getriebewellenbearbeitung analysiert.

MaterialauswahlZahnradwelle

Zahnwellen in Getriebemaschinen werden üblicherweise aus hochwertigem Kohlenstoffstahl (z. B. Stahl 45), legiertem Stahl (z. B. Stahl 40Cr), legiertem Stahl (z. B. Stahl 20CrMnTi) usw. gefertigt. Im Allgemeinen erfüllt der Werkstoff die Festigkeitsanforderungen, weist eine gute Verschleißfestigkeit auf und ist preislich angemessen.

Grobbearbeitungstechnologie von Zahnradwelle

Aufgrund der hohen Festigkeitsanforderungen an die Getriebewelle ist die direkte Bearbeitung von Rundstahl material- und arbeitsaufwändig. Daher werden üblicherweise Schmiederohlinge verwendet. Für größere Getriebewellen kann Freiformschmieden zum Einsatz kommen; kleinere Zahnräder können mitunter in einem Rohling mit der Welle verbunden werden. Bei der Rohlingsherstellung muss die Bearbeitung von Freiformrohlingen gemäß GB/T15826 erfolgen; bei Gesenkschmieden sind die Bearbeitungszugaben gemäß GB/T12362 zu berücksichtigen. Schmiederohlinge müssen frei von Schmiedefehlern wie ungleichmäßiger Körnung, Rissen und Spalten sein und gemäß den relevanten nationalen Schmiedeprüfnormen geprüft werden.

Vorwärmebehandlung und Schruppdrehprozess der Rohlinge

Die Rohlinge mit zahlreichen Zahnwellen bestehen überwiegend aus hochwertigem Baustahl und legiertem Stahl. Um die Härte des Materials zu erhöhen und die Weiterverarbeitung zu erleichtern, wird eine Normalglühung durchgeführt. Diese erfolgt bei 960 °C, gefolgt von Luftkühlung. Der Härtewert liegt dabei zwischen HB170 und HB207. Die Normalglühung bewirkt zudem eine Verfeinerung des Schmiedegefüges, eine gleichmäßige Kristallstruktur und den Abbau von Schmiedespannungen. Dadurch wird die Grundlage für die nachfolgende Wärmebehandlung geschaffen.

Das Hauptziel des Schruppdrehens ist das Abtragen des Bearbeitungszuschlags an der Oberfläche des Rohlings. Die Bearbeitungsreihenfolge der Hauptfläche hängt von der Wahl des Positionierungsbezugs ab. Die Eigenschaften der Zahnwellenbauteile und die Genauigkeitsanforderungen an jede Oberfläche werden durch den Positionierungsbezug beeinflusst. Üblicherweise wird bei Zahnwellenbauteilen die Achse als Positionierungsbezug verwendet, um eine einheitliche Bezugsebene zu erreichen und diese mit der Konstruktionsbezugsebene abzugleichen. In der Fertigung dient der Außenkreis als grober Positionierungsbezug, die oberen Bohrungen an beiden Enden der Zahnwelle als präziser Positionierungsbezug. Der Fehler wird auf ein Drittel bis ein Fünftel des Maßfehlers begrenzt.

Nach der vorbereitenden Wärmebehandlung wird der Rohling an beiden Stirnflächen gedreht oder gefräst (entsprechend der Linie ausgerichtet), dann werden die Mittellöcher an beiden Enden markiert und gebohrt, und anschließend kann der Außenkreis vorgeschliffen werden.

Bearbeitungstechnologie der Endbearbeitung des Außenkreises

Das Feindrehen erfolgt wie folgt: Der Außenkreis wird ausgehend von den Bohrungen an beiden Enden der Zahnwelle feingedreht. In der Serienfertigung werden die Zahnwellen in Chargen hergestellt. Um die Bearbeitungseffizienz und -qualität zu verbessern, wird üblicherweise CNC-Drehen eingesetzt. Dadurch lässt sich die Bearbeitungsqualität aller Werkstücke programmgesteuert kontrollieren und gleichzeitig die Effizienz der Serienfertigung gewährleisten.

Die fertigen Teile können je nach Einsatzumgebung und technischen Anforderungen gehärtet und angelassen werden. Dies dient als Grundlage für die nachfolgende Oberflächenhärtung und Oberflächennitrierung und reduziert die Verformung bei der Oberflächenbehandlung. Ist keine Härte- und Anlassbehandlung erforderlich, kann das Bauteil direkt dem Wälzfräsprozess unterzogen werden.

Bearbeitungstechnologie von Zahnwellenzähnen und Keilwellen

Für die Getriebesysteme von Baumaschinen sind Zahnräder und Keilwellen die Schlüsselkomponenten zur Kraft- und Drehmomentübertragung und erfordern höchste Präzision. Zahnräder weisen üblicherweise eine Präzision der Güteklasse 7–9 auf. Für Zahnräder der Güteklasse 9 können sowohl Wälzfräser als auch Formfräser eingesetzt werden, wobei die Bearbeitungsgenauigkeit von Wälzfräsern deutlich höher ist als die von Formfräsern. Gleiches gilt für den Wirkungsgrad. Zahnräder der Güteklasse 8 können zunächst gewälzt oder geschabt und anschließend mit Hohlkehlverzahnung bearbeitet werden. Für hochpräzise Zahnräder der Güteklasse 7 sind je nach Losgröße unterschiedliche Bearbeitungstechniken anzuwenden. Bei Kleinserien oder Einzelstücken kann die Bearbeitung durch Wälzfräsen (Einstechen) erfolgen, gefolgt von Hochfrequenz-Induktionserwärmung und Abschrecken sowie anderen Oberflächenbehandlungsverfahren und abschließendem Schleifen, um die geforderte Präzision zu erreichen. Bei der Großserienfertigung erfolgt zunächst Wälzfräsen und anschließend das Schaben. Anschließend erfolgen Hochfrequenz-Induktionserwärmung und Abschrecken sowie abschließend Honen. Zahnräder, die abgeschreckt werden müssen, sollten mit einer höheren Bearbeitungsgenauigkeit als in den Zeichnungen gefordert bearbeitet werden.

Die Verzahnung von Zahnradwellen lässt sich grundsätzlich in zwei Typen unterteilen: Rechteckverzahnung und Evolventenverzahnung. Für Verzahnungen mit hohen Präzisionsanforderungen kommen Wälz- und Schleifverzahnungen zum Einsatz. Derzeit werden Evolventenverzahnungen mit einem Eingriffswinkel von 30° am häufigsten im Baumaschinenbereich verwendet. Die Bearbeitung großflächiger Zahnradwellenverzahnungen ist jedoch aufwendig und erfordert eine spezielle Fräsmaschine. Für die Kleinserienfertigung kann die Bearbeitung mithilfe einer Teilplatte durch einen Facharbeiter und eine Fräsmaschine erfolgen.

Diskussion über die Aufkohlung von Zahnoberflächen bzw. über wichtige Oberflächenhärtungsbehandlungstechnologien

Die Oberfläche der Getriebewelle und die Oberfläche des wichtigen Wellendurchmessers erfordern üblicherweise eine Oberflächenbehandlung. Zu den Oberflächenbehandlungsverfahren gehören Aufkohlen und Härten. Ziel der Oberflächenhärtung und des Aufkohlens ist es, die Härte und Verschleißfestigkeit der Wellenoberfläche zu erhöhen. Festigkeit, Zähigkeit und Plastizität werden dadurch verbessert. Keilwellenverzahnungen, Nuten usw. benötigen in der Regel keine Oberflächenbehandlung, sondern eine weitere Bearbeitung. Daher wird vor dem Aufkohlen oder Härten Lack aufgetragen. Nach der Oberflächenbehandlung wird der Lack leicht abgeklopft und anschließend entfernt. Beim Härten sind Faktoren wie Temperaturkontrolle, Abkühlgeschwindigkeit und Kühlmedium zu beachten. Nach dem Härten ist zu prüfen, ob sich das Werkstück verbogen oder verformt hat. Bei starker Verformung muss es entspannt und erneut verformt werden.

Analyse des Zentrierlochschleifens und anderer wichtiger Oberflächenbearbeitungsverfahren

Nach der Oberflächenbehandlung der Getriebewelle müssen die oberen Bohrungen an beiden Enden geschliffen werden. Die geschliffene Fläche dient als Feinschliffreferenz für das Schleifen weiterer wichtiger Außenflächen und Stirnflächen. Ebenso werden die wichtigen Flächen in der Nähe der Nut unter Verwendung der oberen Bohrungen als Feinschliffreferenz bis zur Erfüllung der Zeichnungsvorgaben fertig bearbeitet.

Analyse des Endbearbeitungsprozesses der Zahnoberfläche

Bei der Endbearbeitung der Zahnoberfläche dienen die oberen Bohrungen an beiden Enden als Bezugspunkt. Die Zahnoberfläche und andere Teile werden so lange geschliffen, bis die Genauigkeitsanforderungen endgültig erfüllt sind.

Im Allgemeinen ist der Bearbeitungsablauf von Zahnradwellen für Baumaschinen folgender: Stanzen, Schmieden, Normalisieren, Schruppen, Feindrehen, Schruppen, Feinwälzen, Fräsen, Entgraten der Keilwellen, Oberflächenhärten oder Aufkohlen, Schleifen der Zentralbohrung, Schleifen der wichtigen Außenfläche und der Stirnfläche. Die Schleifprodukte der wichtigen Außenfläche in der Nähe der Drehnut werden geprüft und eingelagert.

Nach einer kurzen Zusammenfassung der bisherigen Praxis ergeben sich die oben dargestellten Prozessabläufe und -anforderungen für die Getriebewelle. Mit der Weiterentwicklung der modernen Industrie entstehen und finden jedoch ständig neue Prozesse und Technologien Anwendung, während bestehende Prozesse kontinuierlich verbessert und implementiert werden. Auch die Fertigungstechnologie unterliegt einem ständigen Wandel.

abschließend

Die Bearbeitungstechnologie von Getriebewellen hat einen großen Einfluss auf deren Qualität. Die jeweilige Bearbeitungstechnologie steht in engem Zusammenhang mit ihrer Position im Produkt, ihrer Funktion und der Lage der zugehörigen Bauteile. Um die Bearbeitungsqualität der Getriebewellen zu gewährleisten, ist daher die Entwicklung einer optimalen Bearbeitungstechnologie erforderlich. Basierend auf praktischen Produktionserfahrungen analysiert diese Arbeit die Bearbeitungstechnologie von Getriebewellen. Durch die detaillierte Erörterung der Werkstoffauswahl, Oberflächenbehandlung, Wärmebehandlung und Zerspanungstechnik werden die Produktionspraktiken zur Sicherstellung der Bearbeitungsqualität und -qualität von Getriebewellen zusammengefasst. Die unter Effizienzbedingungen optimale Bearbeitungstechnologie bietet eine wichtige technische Grundlage für die Bearbeitung von Getriebewellen und dient zudem als gute Referenz für die Bearbeitung anderer ähnlicher Produkte.