Ozubená kola a ložisková sedadla: Zkreslení tepelným zpracováním je skutečným nepřítelem přesnosti

Článek

15. června 2009

Tolerance na výkresu ozubeného kola jsou tolerance v hotovém stavu: profil, stoupání, válcovitost díry, čelní házení. O tom, zda je lze splnit, rozhoduje to, kolik materiálu zbývá po tepelném zpracování rozemlít – a deformace je před pecí neviditelná.

Přesnost ozubeného kola je přesnost po tepelném zpracování

Tolerance na ozubených kolech a sedlech ložisek jsou specifikovány v hotovém stavu: tolerance profilu, tolerance stoupání, válcovitost otvoru, čelní házení. O tom, zda je lze držet, ve skutečnosti rozhoduje to, kolik povolenek přežije tepelné zpracování pro mletí. Během nauhličování a kalení prochází součást strukturální přeměnou a tepelným namáháním současně: tenké stěny rostou, tlusté části se zmenšují, asymetrické části se ohýbají. Před pecí nic z toho není vidět.

Vrt s vysokou tolerancí není vyroben lepší bruskou; vyrábí se procesem, který věděl, jak daleko se vývrt posune, než bude vybroušen. Návrh procesu pro ozubená kola je proto predikcí zkreslení plus alokace povolenek. Zkušení prodejci vytvářejí databázi deformací podle materiálu, poměru tloušťky stěny a vzoru zatížení, poté kompenzují rozměry předběžného tepelného zpracování obráceně. Obchody bez těchto údajů mohou pouze ponechat více povolenek a vzít další brusné průchody. Náklady rostou a příliš mnoho přídavku se prodírá karburizovaným pouzdrem a snižuje tvrdost.

Tři zdroje zkreslení: materiál, geometrie, zatížení

První je materiál. Dvě tavby stejné jakosti 20CrMnTi se mohou lišit v šířce pásma prokalitelnosti natolik, že změní zkreslení o třicet procent. Správnou praxí je vyžadovat zprávu o pásmu kalitelnosti z frézy a vybírat směrem ke spodnímu středu pásma.

Druhým je geometrie: nestejnoměrná tloušťka stěny, přesazená drážka pro pero, asymetrické otvory v rounu, to vše vytváří nerovnoměrné chlazení během kalení. Ty by měly být vzneseny ve fázi výkresu – návrh pro výrobní kontrolu může často převést asymetrický prvek na symetrický nebo přidat procesní žebro. Třetí je zatížení: přípravek určuje pole proudění quenchant, rychlost chlazení se liší mezi středem koše a okrajem a díly se stejným zatížením se mohou deformovat v opačných směrech.

Přídavek na broušení je vypočítán, není odhadován

Příliš malý přírůstek a zkreslení nelze vyčistit, takže po broušení zůstává černá kůže. Příliš mnoho času a nákladů na broušení stoupají, zatímco nauhličované pouzdro riskuje proříznutí. Správná tolerance se rovná očekávanému zkreslení plus úběr materiálu plus bezpečnostní faktor a očekávané zkreslení musí pocházet z měření, nikoli z příručky.

Praktickou cestou je proces validace: naložte deset dílů v jednom cyklu, změřte rozložení velikosti před a po, odvoďte střední posun a směrodatnou odchylku a poté nastavte přídavek. Ve výrobě odebírejte vzorky po šaržích a zakreslete distribuci do kontrolního diagramu; posun v průměru znamená, že se změnila pec nebo materiál. Nic z toho není nové, ale jen málo obchodů to dělá správně – což je přesně ta část zakázkového obrábění, kterou je nejtěžší nahradit.

Konzistence šarže: Jedna dobrá část nic nedokazuje

Charakteristickým selháním na ozubených kolech není jednotlivý díl mimo toleranci, ale rozptyl v dávce. Součást měří se střední tolerancí, přesto se v celé dávce jeden konec vychýlí – obvykle součet teplotního růstu, opotřebení nástroje a opotřebení upínače. Po čtyřech hodinách nepřetržitého obrábění může tepelný růst vřetena dosáhnout desítek mikronů, což je dost na to, aby spotřebovalo celé toleranční pásmo.

Kontrola má tři vrstvy: potvrzení prvního článku, vzorkování v průběhu procesu, ověření posledního článku; plus tepelné zahřátí před výrobou a řízení životnosti nástroje délkou řezu spíše než zlomením. U sedel ložisek držených na IT6 je třeba počítat s nejistotou měření: dvoustupňový rozdíl mezi kalibrem a obrobkem stačí k odečtení jednomikronové chyby na vrtání padesáti milimetrů.

Ozubené a ložiskové uložení: dvě části, jeden problém

O uložení mezi ozubeným hřídelem a jeho ložiskem se rozhoduje společně: tolerance hřídele, tolerance vnitřního kroužku ložiska a kulatost obou. Častou chybou je sledování pouze rozměru hřídele a ignorování kruhovitosti a drsnosti povrchu. Hřídel se špatnou kulatostí při stejném přesahu deformuje vnitřní kroužek do elipsy, mění se vůle ložiska a následuje hluk a nárůst teploty.

Díly, jako jsou tyto, je proto lépe obrábět u jednoho dodavatele nebo alespoň v rámci jednoho vztažného systému. Rozdělení mezi dva obchody je velmi běžné, že každý projde kontrolou a montáž selže. Přímá otázka funguje dobře při hodnocení dodavatele: jsou ozubené kolo a sedlo ložiska obrobeny ve stejném upnutí na stejném stroji?

Kontrola: CMM nemůže změřit tvar zubu

Přesnost převodu nemůže zajistit samotný CMM. CMM měří velikost otvoru, čelní házení a polohu drážky pro pero, ale tolerance profilu a vedení vyžadují nepřetržité snímání podél evolventy, což znamená centrum pro měření ozubených kol nebo vyhrazený tester evolventy. Mnoho citací slibuje úplnou kontrolu CMM, když tvar zubu nebyl nikdy ve skutečnosti ověřen.

To je známý zdroj sporů o přijetí: díl předává data CMM a stále kňučí, když jde do krytu. Příčinou může být vyklenutí profilu, odchylka úhlu šroubovice nebo nahromaděná chyba stoupání a nic z toho nesedí ve standardní rutině souřadnicového měřicího stroje.

Funkční akceptační plán je vrstvený. První článek obsahuje úplnou zprávu z centra měření ozubených kol, která zahrnuje profil, stoupání, stoupání a radiální házení. Výrobní série využívají dvoustrannou kompozitní kontrolu jako rychlé síto s periodickým vzorkováním zpět v měřicím centru. Dvoustranné stroje jsou levné a dostatečně rychlé pro stoprocentní kontrolu, ale vykazují pouze složenou chybu a nedokážou říci, který prvek je mimo, takže tyto dvě metody musí spolupracovat.

Jedno upozornění k samotnému měření: centrum pro měření ozubených kol je citlivější na kalibraci a teplotu než CMM a dvacet stupňů plus nebo mínus jedna je základní čára. Pohled na záznam teploty metrologické místnosti během auditu vám řekne více než jen typový štítek stroje.

Čtyři otázky pro kupujícího

Za prvé, provádí se nauhličování a kalení interně nebo externě, a pokud je externí, obsahuje tepelné zpracování CQI-9? Za druhé, lze poskytnout naměřené údaje o zkreslení se střední a standardní odchylkou seskupenou podle materiálu a tloušťky stěny? Za třetí, jak se nastavuje přídavek na broušení a byl proveden ověřovací běh? Za čtvrté, jak je zajištěna konzistence dávek – existuje SPC a řízení životnosti nástrojů?

Málokterý dodavatel odpoví na všechny čtyři čistě, ale ti, kteří ano, obvykle citují realisticky, protože vědí, že o peníze na šrotu nepřijdou. Při výběru čínské továrny na přesné obrábění nebo čínského výrobce CNC dílů použijte jako první filtr schopnost tepelného zpracování; řekne vám mnohem víc než seznam vybavení.