Što su lijevani zupčanici? Kompletan vodič od odabira materijala do optimizacije procesa.

Kao proizvođač dijelova preciznih strojeva s desetogodišnjim iskustvom, Hansheng vam može reći da je ovo stajalište pogrešno. Dok kovani zupčanici dominiraju u automobilskim primjenama s dobrim razlogom, lijevani zupčanici pokreću preko 80% teške industrijske opreme diljem svijeta.

Ali stvarnost je surova: kvaliteta lijevanog zupčanika u potpunosti ovisi o kontroli procesa koji stoji iza njega.

Ako ste menadžer nabave, strojarski inženjer ili voditelj projekta, možda vagate:
Trebam li odabrati nodularni ljev ili lijevani čelik?
Kako mogu osigurati da na korijenu zupčanika nema unutarnjih pora?
Može li postupak lijevanja izdržati moje-uvjete rada s velikim zakretnim momentom?

Zašto izabrati casting? Kada je najbolji izbor?
U sljedeća tri specifična scenarija toplo preporučujemo davanje prioriteta emitiranju.

Ograničenja veličine i težine
Kada su potrebni zupčanici promjera većeg od 1-2 metra, cijena kalupa za kovanje postaje pretjerano visoka. Za velike lijevane zupčanike, kao što su veliki zupčanici kugličnih mlinova, lijevanje je gotovo jedina ekonomski isplativa opcija.

Složeni geometrijski oblici
Ako dizajn vašeg zupčanika zahtijeva složene mrežne strukture,-rupe za smanjenje težine ili integrirane glavčine, lijevanjem se mogu izravno oblikovati u kalupu. Obrada ovih značajki s čvrstim čeličnim trupcima može dovesti do više od 50% otpada materijala.

Raznovrsnost materijala
Možete proizvesti zupčanike od lijevanog čelika s posebnom otpornošću na habanje ili žilavošću prilagođavanjem sastava legure, dok ta svojstva možda neće biti moguće postići u standardnim kovanim čeličnim gredicama.

Lijevani zupčanici naspram kovanih zupčanika

Napomena: lijevanje nije "gore" od kovanja - ono je optimizirano za različite zahtjeve. Odaberite na temelju specifičnih uvjeta utovara, količine proizvodnje i geometrijske složenosti.

Odabir pravog materijala za odljev je ključan. U području lijevanja prvenstveno biramo između sljedeće tri vrste materijala.

Sivi lijev (ASTM A48)
Njegova karakteristika je velika krtost, ali dobra nosivost. Zbog prisutnosti ljuspičastog grafita, ima izvrsna svojstva apsorpcije udara i podmazivanja. Nedostatak je njegova mala vlačna čvrstoća i slaba otpornost na udarce. Prikladan je za zupčanike s niskim-opterećenjima, otvorene prijenose zupčanika osjetljive na buku i radne uvjete bez udarnih opterećenja.

Nodularno željezo (ASTM A536)
Ovo je najčešće korišteni materijal za moderne industrijske zupčanike. Princip uključuje dodavanje magnezija rastaljenom željezu kako bi se grafitne pahuljice transformirale u kuglaste oblike (nodule). Time se eliminiraju točke koncentracije naprezanja u sivom lijevanom željezu.

Ocjene koje preporučujemo su:

80-55-06 (perlitna matrica): savršena ravnoteža između čvrstoće i otpornosti na habanje.
100-70-03: Veća čvrstoća, ali veća težina obrade.
"Nodularni lijev u odnosu na lijevani čelik": nodularni lijev ima niže troškove lijevanja (niža točka taljenja, manja stopa skupljanja) i bolju apsorpciju udara u usporedbi s čelikom. Ako je vaš zahtjev za granicu razvlačenja ispod 400 MPa, nodularni lijevani lijev obično je najbolji izbor.

Lijevani čelik (ASTM A148)
može se zavarivati ​​(za razliku od lijevanog željeza) i može postići izuzetno visoku tvrdoću toplinskom obradom. Uobičajene kvalitete uključuju AISI 4140 (lijevani ekvivalent kvalitete) i 42CrMo4. Naširoko se koristi u rudarskim pogonskim uređajima, velikim zupčaničkim prstenovima rotacijskih peći i planetarnim nosačima za-teška opterećenja koji često podnose udarna opterećenja.

 

Sivi lijev

Nodularni lijev

Lijevani čelik

 

Odabir procesa

Ne smiju se svi zupčanici baciti istom metodom. Moramo odabrati odgovarajući proces na temelju veličine zupčanika, količine i zahtjeva za preciznošću.

Lijevanje smole u pijesak

Furanska smola veže čestice pijeska u kruti kalup, minimizirajući pomicanje stijenke kalupa tijekom izlijevanja i osiguravajući izvrsnu dimenzijsku stabilnost i koncentričnost zupčaničkog prstena. Pogodan je za srednje do velike zupčanike (promjera od 500 mm do 10 metara).

Lijevanje za ulaganje (izgubljeni vosak)

Pružajući gotovo-neto-preciznost oblika, idealan je za zupčanike od nehrđajućeg čelika ili zamršene unutarnje žljebove koje je teško obraditi. Prikladno za male, složene zupčanike (<50kg)

Centrifugalno lijevanje

Rastaljeni metal se ulijeva u rotirajući kalup, gdje centrifugalna sila gura nečistoće prema unutarnjem promjeru (kasnije se uklanjaju strojnom obradom), ostavljajući čiste, guste zrnate strukture na zubima zupčanika. Posebno dizajniran za prstenaste zupčanike i naplatke.

5-kritičnih koraka u proizvodnji opreme

Izrada uzorka i izračun skupljanja
Točnost zupčanika za lijevanje ovisi o kalupu. Različiti materijali imaju različite stope skupljanja (čelik ≈ 2%, željezo ≈ 1%). Može se koristiti nelinearna kompenzacija skupljanja, s većom kompenzacijom na prstenastom zupčaniku i manjom kompenzacijom na glavčini kako bi se spriječilo da zupčanik postane eliptičan tijekom hlađenja.

Kalupljenje i premazivanje
U Resin Sand Castingu, pijesak se miješa s katalizatorom i sredstvom za stvrdnjavanje. U isto vrijeme, kako bi se osigurala glatkoća površine, potrebno je nanijeti vatrostalni premaz na bazi cirkonija unutar šupljine kalupa. To stvara barijeru između pijeska i rastaljenog metala, sprječavajući čestice pijeska da se stapaju na zube zupčanika.

Kontrola taljenja i metalurgije
Prije izlijevanja potrebno je uzeti uzorke iz peći i analizirati ih spektrometrom. Osigurajte da se pogreška ugljika, silicija i mangana kontrolira unutar 0,05% kako bi se osiguralo da konačna tvrdoća i vlačna čvrstoća zadovoljavaju standarde (kao što je ASTM A148).
Za lijevano željezo, posebno za zupčanike od nodularnog željeza, potrebno je izvršiti preciznu obradu inokulacije prije izlijevanja kako bi se osiguralo da su grafitne kuglice ravnomjerno okrugle i spriječila lomljivost.

Kontrolirano skrućivanje (spriječavanje nedostataka)
Veza između debelog prstenastog zupčanika i tanke lamele je visoko{0}}rizično područje za poroznost skupljanja. Stoga je potrebno postaviti egzotermne uspone na prsten zupčanika kako bi se metal zadržao tekućim dulje vrijeme i izvršilo nadopunjavanje stezanja. U isto vrijeme upotrijebite zimicu na trbušnoj ploči kako biste ubrzali hlađenje. Ova usmjerena tehnika skrućivanja gura sve nečistoće u usponski kanal, koji se zatim uklanja.

Ublažavanje stresa
Kada se zupčanik izvadi iz kalupa, unutar njega postoji značajno toplinsko naprezanje. Stoga svi zupčanici moraju biti podvrgnuti normalizaciji ili postupku žarenja za ublažavanje naprezanja kako bi se stabilizirala njihova kristalna struktura prije prelaska na sljedeći korak obrade zupčanika. Bez ovog koraka, zupčanik će se iskriviti i deformirati tijekom sljedećih procesa obrade.

Ako uzmete u obzir tehnologiju lijevanja pri projektiranju zupčanika, možete smanjiti troškove za 20% i poboljšati kvalitetu.

Načela projektiranja procesa lijevanja su sljedeća:

Uniformna debljina stijenke:Izbjegavajte nagle prijelaze s tankih na debele dijelove. Ako je debljina prstenastog zupčanika 50 mm, a rebrasta ploča samo 20 mm, spoj je vruća točka za naprezanje i poroznost. Koristite zaobljene kutove za prijelaz.

Kutovi gaza:Vertikalne stijenke zahtijevaju blagi kut (1 do 3 stupnja) kako bi se uzorak mogao ukloniti s pješčanog kalupa bez oštećenja kalupa.

Radijusi zaobljenja:"Oštri kutovi su točke koncentracije naprezanja. U lijevanju, oštri kutovi također mogu uzrokovati ispiranje čestica pijeska u rastaljeni metal (tvoreći inkluzije pijeska).

Dodatak za strojnu obradu:Ne ostavljajte premalo. Za velike lijevane zupčanike (kao što je promjer od 1000 mm), treba ostaviti najmanje 6-10 mm dopuštenja. Više obrade uvijek je bolje od zaostale oksidne kože (crne kože) na gotovoj površini zuba.

Pos-operacije kastinga

Nakon lijevanja, trenutni je zupčanik samo odljevak od sirovog metala s unutarnjim naprezanjem i hrapavom površinom i zahtijeva sljedeće korake obrade nakon-lijevanja.

Toplinska obrada

Normalizacija: Zagrijte odljevak na približno 900 stupnjeva i ohladite ga na zraku. Svrha je pročistiti strukturu grubog "kao-lijevanog" zrna i homogenizirati kemijski sastav. Za zupčanike od nodularnog lijeva to je obično dovoljno za postizanje potrebne vlačne čvrstoće.

Kaljenje i kaljenje: Ovo je bitan proces za zupčanike od lijevanog čelika. Nakon zagrijavanja kale se u ulju ili polimernoj vodi, nakon čega slijedi kaljenje. Ovo transformira mikrostrukturu u kaljeni sorbit, pružajući savršenu ravnotežu između visoke granice razvlačenja i udarne žilavosti. Bez kaljenja i popuštanja, čelični zupčanici skloni su krtom lomu pod udarnim opterećenjem.

Strategija precizne strojne obrade

Grubo tokarenje: vanjska površina odljevaka često sadrži uključke pijeska i oksidne ljuske (tvrda mjesta). Koristimo teške -alate za rezanje od tvrdog metala kako bismo uklonili ovu "crnu kožu" dubokim rezom u jednom prolazu, sprječavajući zveckanje alata i osiguravajući da je metal ispod njega gust.

Glodanje i brušenje zupčanika: Za zupčanike ispod stupnja AGMA Q8 / ISO 8, vršimo brušenje zupčanika. Za velike module (module > 20) ili tvrđe materijale prvo vršimo glodanje zupčanika, a zatim brušenje oblika. To osigurava da se točnost profila zuba kontrolira do razine mikrona.

Površinsko otvrdnjavanje (nije obavezno, ali se preporučuje)

Indukcijsko kaljenje: Nakon strojne obrade, površina zuba može biti podvrgnuta indukcijskom kaljenju, što poboljšava površinsku otpornost na habanje uz zadržavanje žilavosti jezgre.

Završna inspekcija i testiranje

Provjera dimenzija (CMM): koordinatni mjerni stroj provjerava odstupanja nagiba, odstupanja i kuta zavojnice.

Contact Pattern Check (Blueing): We mate the gear with a pinion and apply blue ink. A proper contact area (typically >70%) osigurava ravnomjernu raspodjelu opterećenja po zubu, sprječavajući prerano kvarenje.

Mjere opreza pri obradi

Lijevani zupčanici obično počinju grubim tokarenjem, nakon čega slijedi brušenje zupčanika. Zbog potencijalne prisutnosti tvrdih točaka (karbida) u odljevcima, ključno je koristiti odgovarajuće rezne alate od tvrdog metala i brzine rezanja kako bi se spriječilo lomljenje alata.

Lijevani zupčanici nipošto nisu "jeftine zamjene" - oni su precizna inženjerska rješenja za prijenos snage u-teškim uvjetima. Bilo da odaberete nodularno željezo s dobrom apsorpcijom udara ili robusni lijevani čelik, ključ leži u bliskoj suradnji između dizajnera i ljevaonice.

Hansheng Automation, kao proizvođač komponenti preciznih strojeva koji integrira pogone za proizvodnju zupčanika, CNC obradne centre i ljevaonice, dijeli naše iskustvo s vama. Ako imate bilo kakvih srodnih potreba, obratite se našem inženjerskom timu kako biste dobili besplatnu DFM (Design for Manufacturability) procjenu vaših crteža zupčanika.

Kontaktirajte nas

Koja je najveća veličina lijevanih zupčanika?

Zapravo nema ograničenja. Ograničenja su obično uzrokovana kapacitetom dizalice i veličinom peći, a ne samim postupkom lijevanja.

Mogu li lijevani zupčanici izdržati udarna opterećenja? Nodularno željezo (QT500-7 ili viši stupanj) i lijevani čelik mogu učinkovito podnijeti umjerena do jaka udarna opterećenja. Zbog njegovog krtog ponašanja pri lomu, sivi lijev treba izbjegavati u primjenama koje uključuju udarna opterećenja.

Kakva su mehanička svojstva u usporedbi s kovanim zupčanicima?

Zupčanici od nodularnog lijeva postižu 70-85% vlačne čvrstoće kovanog čelika. Zupčanici od lijevanog čelika usporedivi su s kovanim čelikom u većini svojstava.

Koja tolerancija može postići lijevanje zupčanika?

Tolerancije-lijevanja: zeleni pijesak ±1,5-3 mm, smolasti pijesak ±0,5-1,5 mm. Nakon strojne obrade, kvaliteta zupčanika može zadovoljiti standarde ISO 1328 ili AGMA 2015. Većina industrijskih zupčanika je AGMA razreda 8-10 (ISO stupanj 6-8).

Koje je uobičajeno vrijeme isporuke za proizvodnju Cast Gears?
Alati/kalup: 2-4 tjedna. Prvo lijevanje: 1-2 tjedna. Masovna proizvodnja: 3-5 tjedana, ovisno o količini i zahtjevima toplinske obrade. Ukupno: 6-11 tjedana od odobrenja crteža do gotovih zupčanika.

Kakav je trošak u usporedbi s kovanjem?
Za srednje{0}}proizvodnju (500-2000 komada), lijevanje nodularnog željeza obično je 35-50% jeftinije od kovanja (po komadu). Točka križanja ovisi o geometrijskoj složenosti, dimenzijama i obujmu proizvodnje.

Može li se toplinska obrada primijeniti na lijevane zupčanike?
Naravno. Sivi lijev može podnijeti smanjenje naprezanja. Nodularni lijev dobro reagira na normalizaciju, kaljenje i popuštanje, kao i na izotermno kaljenje. Lijevani čelik može biti podvrgnut istoj toplinskoj obradi kao kovani čelik. Odgovarajuća toplinska obrada može povećati tvrdoću površine na 321-444 HB (ekvivalentno 55-63 HRC).

ASTM A148 / A148M: Standardna specifikacija za čelične odljevke, visoke čvrstoće, za strukturalne svrhe.

ASTM A536: Standardna specifikacija za odljevke od nodularnog željeza. (Vodič za razred 80-55-06 i drugi).

AGMA 2001-D04: Osnovni faktori ocjenjivanja i metode proračuna za evolventne cilindrične i spiralne zube zupčanika.

ISO 8062-3: Geometrijske specifikacije proizvoda (GPS) – Dimenzionalne i geometrijske tolerancije za lijevane dijelove. (Tipično CT8-CT12 za lijevanje u pijesak).