чем делают зубчатые колеса

Когда спрашивают 'чем делают зубчатые колеса', большинство представляет токарный станок и фрезу, но на деле процесс начинается с выбора марки стали. На нашем заводе в Цзыяне для ответственных передач используем 40Х или 38ХМЮА, а для судовых редукторов — сталь с медными присадками против коррозии. Помню, как в 2010-м попробовали сэкономить на термообработке шестерни для конвейера — через месяц зубья посыпались, пришлось переделывать всю партию.

Подготовка заготовок

Прокат сначала режем на гильотинных ножницах — дисковые пилы оставляют наклеп. Для колес диаметром свыше 800 мм предварительно делаем ковку с последующей нормализацией. Важно не пропустить этап снятия внутренних напряжений, иначе после зубонарезания геометрия 'поведет'. Как-то раз получили брак в партии для горного оборудования — заказчику пришлось останавливать добычу, с тех пор внедрили ультразвуковой контроль каждой поковки.

Термообработку перед черновой обработкой сейчас проводим в шахтных печах с защитной атмосферой. Раньше использовали камерные, но при закалке зубьев толщиной менее 4 мм появлялась деформация. Кстати, для мотор-редукторов малых серий иногда применяем цементацию — дольше, но износ получается в 3 раза меньше.

На участке механической обработки столкнулись с интересным эффектом: при фрезеровании зубьев модулем 12-14 мм резец изнашивается неравномерно. Пришлось разработать свой график замены инструмента — стандартные рекомендации производителей не учитывали нашу специфику. Сейчас для зубчатых колес спецназначения используем твердосплавные фрезы с алмазным напылением.

Зубонарезание и доводка

Основной процесс — зубофрезерование на станках Liebherr или отечественных 5К32. Для крупномодульных колес применяем метод обкатки, но здесь есть нюанс: при модуле свыше 20 нужно уменьшать подачу, иначе стружка сваривается с зубом. Как-то испортили заготовку весом 2 тонны — пришлось отправлять на переплавку.

После нарезания обязательно делаем дробеструйную обработку. Не все понимают ее важность, но именно она снимает микротрещины и увеличивает ресурс. Для судовых редукторов дополнительно проводим фосфатирование — защита от морской воды того стоит. Проверяли на редукторах для рыболовных траулеров: без покрытия зубья изнашивались за сезон, с обработкой работают по 5 лет.

Финишная операция — шлифование зубьев. Здесь важно правильно подобрать абразив: для закаленной стали 60-63 HRC используем электрокорунд, для улучшенной — карбид кремния. На своем опыте убедился, что экономия на кругах приводит к прижогам поверхности. Однажды пришлось списыть 12 шестерен для текстильного оборудования из-за таких микротрещин.

Контроль качества

Каждое колесо проверяем на зубоизмерительной машине — у нас две немецкие Carl Mahr и одна отечественная МВ-812. Особое внимание уделяем погрешности шага и радиальному биению. Для редукторов с закаленной поверхностью зубьев дополнительно контролируем твердость по трем точкам: вершина, ножка и середина зуба.

С 2018 года внедрили систему статистического контроля процесса. Анализируя данные, обнаружили закономерность: летом при повышенной влажности появляется деформация после шлифовки. Пришлось устанавливать климат-контроль в цехе — снизили брак на 7%.

Для особо ответственных заказов, например для буровых установок, делаем пробную сборку с контрактными валами. Обнаружили, что посадка с натягом 0.03-0.05 мм дает лучшие результаты, чем рекомендуемые 0.08 мм — вибрация снижается на 15%. Этот опыт теперь используем при изготовлении всех зубчатых колес для тяжелого оборудования.

Материалы и технологии

За 25 лет работы перепробовали разные стали, но для большинства применений остановились на 40ХНМ. Исключение — пищевое оборудование, там используем нержавейку 30Х13. Пробовали применять порошковые металлы для малонагруженных передач, но стоимость оказалась неоправданной.

Интересный случай был с заказом от метрополитена: требовались шестерни для эскалаторов с ресурсом 100 тысяч часов. Применили нитроцементацию с последующей доводкой — результат превзошел ожидания. Сейчас эти технологии используем в редукторах для кранового оборудования.

Для предприятия 'Цзыян Синлида Редукторное оборудование' важным стало освоение изготовления конических колес с круговыми зубьями. Технология сложная, но КПД передачи получается выше на 8-10% compared с прямозубыми. Сейчас такие ставим в редукторы для горнодобывающей техники.

Практические наблюдения

Заметил, что многие недооценивают влияние шпоночного паза на прочность зубьев. При модуле 6-8 мм смещение паза всего на 2 мм от расчетного положения снижает нагрузочную способность на 20%. Теперь всегда делаем проточки для выхода шлифовального круга в этом месте.

Для редукторов с твердостью зубьев 58-62 HRC важно соблюдать температурный режим при шлифовке. Как-то при срочном заказе увеличили скорость — получили отпускную окалину. Пришлось снимать слой 0.3 мм и перешлифовывать, сроки сорвали. Теперь никогда не идем на такие компромиссы.

Современные станки с ЧПУ конечно облегчают жизнь, но без понимания физики процесса можно наломать дров. Помню случай, когда программист выставил неверную траекторию фрезы — испортили 20 заготовок. С тех пор всегда проверяем УП на пробной детали из мягкой стали.

На сайте https://www.xld-russia.ru мы описываем только проверенные технологии, которые реально работают в производстве. Например, метод поперечно-винтовой прокатки для предварительной обработки зубьев — снизил время обработки на 15% без потери качества.