Zahnradbearbeitungsprozess, Schnittparameter und Werkzeuganforderungen, wenn das Zahnrad zu hart zum Drehen ist und die Bearbeitungseffizienz verbessert werden muss

Getriebe sind das wichtigste Grundübertragungselement in der Automobilindustrie. Normalerweise hat jedes Auto 18 bis 30 Zähne. Die Qualität der Getriebe wirkt sich direkt auf den Geräuschpegel, die Stabilität und die Lebensdauer des Fahrzeugs aus. Die Zahnradbearbeitungsmaschine ist ein komplexes Werkzeugmaschinensystem und eine Schlüsselausrüstung in der Automobilindustrie. Die Automobilmächte der Welt wie die Vereinigten Staaten, Deutschland und Japan sind auch Mächte im Bereich der Herstellung von Werkzeugmaschinen für die Zahnradbearbeitung. Laut Statistik werden mehr als 80 % der Automobilzahnräder in China von einheimischen Ausrüstungen zur Zahnradherstellung verarbeitet. Gleichzeitig verbraucht die Automobilindustrie mehr als 60 % der Werkzeugmaschinen für die Zahnradbearbeitung, und die Automobilindustrie wird immer der Hauptverbraucher für Werkzeugmaschinen sein.

Zahnradbearbeitungstechnologie

1. Guss und Rohlingsherstellung

Warmgesenkschmieden ist nach wie vor ein weitverbreitetes Rohgussverfahren für Getriebeteile in der Automobilindustrie. In den letzten Jahren wurde die Querkeilwalztechnologie in der Wellenbearbeitung stark vorangetrieben. Diese Technologie eignet sich besonders für die Herstellung von Zuschnitten für komplexe Türschächte. Es verfügt nicht nur über eine hohe Präzision und geringe Nachbearbeitungszugabe, sondern auch über eine hohe Produktionseffizienz.

2. Normalisierung

Der Zweck dieses Prozesses besteht darin, die für das anschließende Verzahnen geeignete Härte zu erreichen und die Mikrostruktur für die endgültige Wärmebehandlung vorzubereiten, um so die Verformung durch die Wärmebehandlung wirksam zu reduzieren. Als Material des verwendeten Getriebestahls wird üblicherweise 20CrMnTi verwendet. Aufgrund des großen Einflusses von Personal, Ausrüstung und Umgebung sind die Abkühlgeschwindigkeit und die Gleichmäßigkeit der Abkühlung des Werkstücks schwer zu kontrollieren, was zu einer großen Härtestreuung und einer ungleichmäßigen metallografischen Struktur führt, die sich direkt auf das Metallschneiden und die endgültige Wärmebehandlung auswirken und große Auswirkungen haben und unregelmäßige thermische Verformung und unkontrollierbare Teilequalität. Daher wird ein isothermer Normalisierungsprozess angewendet. Die Praxis hat gezeigt, dass die isotherme Normalisierung die Nachteile der allgemeinen Normalisierung wirksam beseitigen kann und die Produktqualität stabil und zuverlässig ist.

3. Drehen

Um den Positionierungsanforderungen der hochpräzisen Zahnradbearbeitung gerecht zu werden, werden die Zahnradrohlinge alle auf CNC-Drehmaschinen bearbeitet, die ohne Nachschleifen des Drehmeißels mechanisch gespannt werden. Die Bearbeitung des Lochdurchmessers, der Endfläche und des Außendurchmessers erfolgt synchron unter einmaliger Klemmung, wodurch nicht nur die Vertikalitätsanforderungen des Innenlochs und der Endfläche gewährleistet werden, sondern auch die geringe Größenverteilung von Massenzahnradrohlingen gewährleistet wird. Dadurch wird die Genauigkeit des Zahnradrohlings verbessert und die Bearbeitungsqualität der nachfolgenden Zahnräder sichergestellt. Darüber hinaus reduziert die hohe Effizienz der NC-Drehbearbeitung auch die Anzahl der Geräte erheblich und sorgt für eine gute Wirtschaftlichkeit.

4. Wälzfräsen und Wälzstoßen

Herkömmliche Wälzfräsmaschinen und Wälzstoßmaschinen werden immer noch häufig für die Zahnradbearbeitung eingesetzt. Obwohl die Einstellung und Wartung bequem ist, ist die Produktionseffizienz gering. Wenn eine große Kapazität fertiggestellt ist, müssen mehrere Maschinen gleichzeitig produziert werden. Mit der Entwicklung der Beschichtungstechnologie ist es sehr praktisch, Kochfelder und Stößel nach dem Schleifen neu zu beschichten. Die Standzeit beschichteter Werkzeuge kann erheblich verbessert werden, in der Regel um mehr als 90 %, wodurch die Anzahl der Werkzeugwechsel und die Schleifzeit effektiv reduziert werden, was erhebliche Vorteile mit sich bringt.

5. Rasieren

Die Radial-Schabertechnologie wird aufgrund ihrer hohen Effizienz und der einfachen Umsetzung der Änderungsanforderungen des entworfenen Zahnprofils und der Zahnrichtung häufig in der Massenproduktion von Automobilgetrieben eingesetzt. Seit das Unternehmen im Jahr 1995 die spezielle Radialzahnschabmaschine eines italienischen Unternehmens für die technische Umwandlung erworben hat, ist es in der Anwendung dieser Technologie ausgereift und die Verarbeitungsqualität ist stabil und zuverlässig.

6. Wärmebehandlung

Automobilgetriebe müssen aufgekohlt und abgeschreckt werden, um ihre guten mechanischen Eigenschaften sicherzustellen. Für Produkte, die nach der Wärmebehandlung keinem Zahnradschleifen mehr unterliegen, sind stabile und zuverlässige Wärmebehandlungsanlagen unerlässlich. Das Unternehmen hat die kontinuierliche Aufkohlungs- und Abschreck-Produktionslinie des Deutschen Lloyd's eingeführt, die zufriedenstellende Wärmebehandlungsergebnisse erzielt hat.

7. Schleifen

Es wird hauptsächlich zur Endbearbeitung des wärmebehandelten Zahnradinnenlochs, der Stirnfläche, des Wellenaußendurchmessers und anderer Teile verwendet, um die Maßgenauigkeit zu verbessern und die geometrische Toleranz zu verringern.

Bei der Zahnradbearbeitung wird eine Teilkreisvorrichtung zum Positionieren und Spannen verwendet, wodurch die Bearbeitungsgenauigkeit des Zahns und der Installationsreferenz effektiv sichergestellt und eine zufriedenstellende Produktqualität erzielt werden kann.

8. Abschluss

Dies dient dazu, vor dem Zusammenbau die Unebenheiten und Grate an den Getriebeteilen des Getriebes und der Antriebsachse zu überprüfen und zu reinigen, um die dadurch verursachten Geräusche und ungewöhnlichen Geräusche nach dem Zusammenbau zu beseitigen. Hören Sie den Ton durch Einrasten einzelner Paare oder beobachten Sie die Einrastabweichung auf einem umfassenden Tester. Zu den vom Hersteller produzierten Getriebegehäuseteilen gehören Kupplungsgehäuse, Getriebegehäuse und Differentialgehäuse. Kupplungsgehäuse und Getriebegehäuse sind tragende Teile, die im Allgemeinen durch Spezialdruckguss aus einer Aluminiumdruckgusslegierung hergestellt werden. Die Form ist unregelmäßig und komplex. Der allgemeine Prozessablauf besteht aus dem Fräsen der Verbindungsoberfläche → Bearbeiten von Prozesslöchern und Verbindungslöchern → Vorbohren von Lagerlöchern → Feinbohren von Lagerlöchern und Löchern für Fixierstifte → Reinigen → Dichtheitsprüfung und -erkennung.

Parameter und Anforderungen an Verzahnungswerkzeuge

Zahnräder werden nach dem Aufkohlen und Abschrecken stark verformt. Insbesondere bei großen Zahnrädern ist die Maßverformung des aufgekohlten und abgeschreckten Außenkreises und der Innenbohrung im Allgemeinen sehr groß. Für das Drehen des aufgekohlten und vergüteten Zahnradaußenkreises gab es jedoch kein geeignetes Werkzeug. Das von „Valin superhard“ entwickelte bn-h20-Werkzeug für starkes intermittierendes Drehen von vergütetem Stahl hat die Verformung des aufgekohlten und vergüteten Zahnradaußenkreis-Innenlochs und der Stirnfläche korrigiert und ein geeignetes intermittierendes Schneidwerkzeug gefunden. Es hat einen weltweiten Durchbruch erzielt dem Bereich der intermittierenden Zerspanung mit superharten Werkzeugen.

Aufkohlung und Abschreckverformung des Zahnrads: Die Aufkohlung und Abschreckverformung des Zahnrads wird hauptsächlich durch die kombinierte Wirkung der bei der Bearbeitung erzeugten Eigenspannung, der bei der Wärmebehandlung erzeugten thermischen und strukturellen Spannung sowie der Eigengewichtsverformung des Werkstücks verursacht. Insbesondere bei großen Zahnkränzen und Zahnrädern erhöhen große Zahnkränze aufgrund ihres großen Moduls, ihrer tiefen Aufkohlungsschicht, ihrer langen Aufkohlungszeit und ihres Eigengewichts auch die Verformung nach dem Aufkohlen und Abschrecken. Verformungsgesetz einer großen Getriebewelle: Der Außendurchmesser des Kopfkreises zeigt einen offensichtlichen Kontraktionstrend, aber in Richtung der Zahnbreite einer Getriebewelle wird die Mitte reduziert und die beiden Enden werden leicht erweitert. Verformungsgesetz des Zahnkranzes: Nach dem Aufkohlen und Abschrecken schwillt der Außendurchmesser des großen Zahnkranzes an. Wenn die Zahnbreite unterschiedlich ist, ist die Richtung der Zahnbreite konisch oder tailliert.

Drehen von Zahnrädern nach dem Aufkohlen und Abschrecken: Die Verformung des Zahnkranzes durch Aufkohlen und Abschrecken kann bis zu einem gewissen Grad kontrolliert und reduziert, aber nicht vollständig vermieden werden. Für die Verformungskorrektur nach dem Aufkohlen und Abschrecken folgt ein kurzer Überblick über die Machbarkeit von Dreh- und Schneidwerkzeugen nach dem Aufkohlen und Abschrecken.

Drehen des Außenkreises, des Innenlochs und der Stirnfläche nach dem Aufkohlen und Abschrecken: Drehen ist die einfachste Möglichkeit, die Verformung des Außenkreises und des Innenlochs des aufgekohlten und abgeschreckten Hohlrades zu korrigieren. Bisher konnte kein Werkzeug, einschließlich ausländischer superharter Werkzeuge, das Problem des stark intermittierenden Schneidens des Außenkreises des vergüteten Zahnrads lösen. Valin Superhard wurde eingeladen, Werkzeugforschung und -entwicklung durchzuführen: „Intermittierendes Schneiden von gehärtetem Stahl war schon immer ein schwieriges Problem, ganz zu schweigen von gehärtetem Stahl mit etwa HRC60, und die Verformungszugabe ist groß.“ Wenn beim Drehen des gehärteten Stahls mit hoher Geschwindigkeit das Werkstück intermittierend geschnitten wird, beendet das Werkzeug die Bearbeitung beim Schneiden des gehärteten Stahls mit mehr als 100 Stößen pro Minute, was eine große Herausforderung für die Schlagfestigkeit des Werkzeugs darstellt.“ Das sagen Experten des Chinesischen Messerverbandes. Nach einem Jahr wiederholter Tests hat Valin Superhard die Marke eines superharten Schneidwerkzeugs zum Drehen von gehärtetem Stahl mit starker Diskontinuität eingeführt. Der Drehversuch wird am Außenkreis des Zahnrads nach dem Aufkohlen und Abschrecken durchgeführt.

Experiment zum Drehen eines zylindrischen Zahnrads nach dem Aufkohlen und Abschrecken

Das große Zahnrad (Hohlrad) wurde nach dem Aufkohlen und Abschrecken stark verformt. Die Verformung des Außenkreises des Zahnkranzes betrug bis zu 2 mm und die Härte nach dem Abschrecken betrug hrc60-65. Damals war es für den Kunden schwierig, eine Schleifmaschine mit großem Durchmesser zu finden, die Bearbeitungszugabe war groß und die Schleifeffizienz zu gering. Abschließend wurde das aufgekohlte und abgeschreckte Zahnrad gedreht.

Lineare Schnittgeschwindigkeit: 50–70 m/min, Schnitttiefe: 1,5–2 mm, Schnittabstand: 0,15–0,2 mm/Umdrehung (angepasst an die Rauheitsanforderungen)

Beim Drehen des vergüteten Zahnradkreises ist die Bearbeitung auf einmal abgeschlossen. Das ursprünglich importierte Keramikwerkzeug kann nur viele Male bearbeitet werden, um die Verformung zu beseitigen. Darüber hinaus ist der Randeinbruch schwerwiegend und die Nutzungskosten des Werkzeugs sind sehr hoch.

Ergebnisse des Werkzeugtests: Es ist schlagfester als das ursprünglich importierte Siliziumnitrid-Keramikwerkzeug und seine Lebensdauer ist sechsmal so hoch wie die des Siliziumnitrid-Keramikwerkzeugs, wenn die Schnitttiefe um das Dreifache erhöht wird! Die Schneideffizienz wird um das Dreifache erhöht (früher dauerte es dreimal, aber jetzt wird nur einmal geschnitten). Auch die Oberflächenrauheit des Werkstücks entspricht den Anforderungen des Anwenders. Das Wertvollste ist, dass das endgültige Versagen des Werkzeugs nicht der besorgniserregende Kantenbruch ist, sondern der normale Verschleiß auf der Rückseite. Dieses Experiment mit abgeschreckten Zahnrädern im intermittierenden Drehen räumte mit dem Mythos auf, dass superharte Werkzeuge in der Industrie nicht für starkes intermittierendes Drehen von gehärtetem Stahl verwendet werden können! Es hat in den akademischen Kreisen der Schneidwerkzeuge für großes Aufsehen gesorgt!

Oberflächenbeschaffenheit der hartgedrehten Innenbohrung des Zahnrads nach dem Abschrecken

Nehmen wir als Beispiel das intermittierende Schneiden von Zahnradinnenlöchern mit Ölnut: Die Lebensdauer des Testschneidwerkzeugs erreicht mehr als 8000 Meter und die Oberflächengüte liegt innerhalb von Ra0,8; Wenn das superharte Werkzeug mit Polierkante verwendet wird, kann die Drehgüte von gehärtetem Stahl etwa Ra0,4 erreichen. Und es kann eine gute Standzeit erreicht werden

Bearbeitung der Stirnfläche des Zahnrads nach dem Aufkohlen und Abschrecken

Als typische Anwendung von „Drehen statt Schleifen“ werden Klingen aus kubischem Bornitrid in der Produktionspraxis zum Hartdrehen der Stirnfläche von Zahnrädern nach dem Erhitzen häufig eingesetzt. Im Vergleich zum Schleifen verbessert das Hartdrehen die Arbeitseffizienz erheblich.

Bei aufgekohlten und vergüteten Zahnrädern sind die Anforderungen an die Fräser sehr hoch. Erstens erfordert das intermittierende Schneiden eine hohe Härte, Schlagfestigkeit, Zähigkeit, Verschleißfestigkeit, Oberflächenrauheit und andere Eigenschaften des Werkzeugs.

Überblick:

Für das Drehen nach dem Aufkohlen und Abschrecken sowie für das Stirnflächendrehen haben sich gewöhnliche geschweißte kubische Bornitrid-Verbundwerkzeuge durchgesetzt. Bei der Dimensionsverformung des Außenkreises und des Innenlochs des aufgekohlten und abgeschreckten großen Zahnkranzes ist es jedoch immer ein schwieriges Problem, die Verformung mit einem großen Betrag abzustellen. Das intermittierende Drehen von vergütetem Stahl mit dem superharten kubischen Bornitrid-Werkzeug bn-h20 von Valin ist ein großer Fortschritt in der Werkzeugindustrie, der der breiten Förderung des Prozesses „Drehen statt Schleifen“ in der Getriebeindustrie förderlich ist und auch die Antwort auf das seit vielen Jahren ungelöste Problem der gehärteten zylindrischen Drehwerkzeuge. Es ist auch von großer Bedeutung, den Herstellungszyklus von Zahnkränzen zu verkürzen und die Produktionskosten zu senken; Fräser der Serie Bn-h20 gelten in der Branche als Weltmodell für starken, intermittierend gedrehten vergüteten Stahl.