Процес на темпериране на ролкови вериги: основен компонент, определящ надеждността на трансмисията
В сектора на индустриалната преносна система,ролкови веригиса ключови компоненти за предаване на мощност и движение, а тяхната производителност влияе пряко върху експлоатационната ефективност и безопасността на цялата машина. От тежкотоварни трансмисии в минни машини до прецизно задвижване на прецизни машинни инструменти, от полеви операции в селскостопански машини до предаване на мощност в автомобилни двигатели, ролковите вериги постоянно играят ролята на „силов мост“. В производството на ролкови вериги, закаляването, основна стъпка в процеса на термична обработка, е като решаващата стъпка, която „превръща камъка в злато“, определяйки пряко здравината, издръжливостта, износоустойчивостта и експлоатационния живот на веригата.
1. Защо закаляването е „задължителен курс“ в производството на ролкови вериги?
Преди да обсъдим процеса на темпериране, първо трябва да изясним: Защо темперирането на ролкови вериги е от съществено значение? Това започва с обработката на основните компоненти на веригата: ролки, втулки, щифтове и звена. След формоване, компонентите на ключовите ролкови вериги обикновено преминават през процес на закаляване: детайлът се нагрява над критичната температура (обикновено 820-860°C), държи се при тази температура за определен период от време и след това бързо се охлажда (напр. във вода или масло), за да се трансформира вътрешната структура на метала в мартензит. Въпреки че закаляването значително увеличава твърдостта на детайла (достигайки HRC 58-62), то също така представлява критичен недостатък: изключително високи вътрешни напрежения и крехкост, което го прави податлив на счупване при удар или вибрации. Представете си, че използвате закалена ролкова верига директно за трансмисия. По време на първоначалното натоварване могат да възникнат повреди като счупване на щифтове и напукване на ролки, което има катастрофални последици.
Процесът на отпускане решава проблема „твърдо, но крехко“ след закаляване. Закаленият детайл се нагрява повторно до температура под критичната температура (обикновено 150-350°C), държи се при тази температура за определен период от време и след това бавно се охлажда. Този процес регулира вътрешната структура на метала, за да се постигне оптимален баланс между твърдост и жилавост. За ролковите вериги отпускането играе ключова роля в три ключови области:
Облекчава вътрешното напрежение: Освобождава структурните и термичните напрежения, генерирани по време на закаляване, предотвратявайки деформация и напукване в детайла, дължащи се на концентрация на напрежение по време на употреба;
Оптимизиране на механичните свойства: Регулиране на съотношението на твърдост, якост и жилавост въз основа на изискванията на приложението – например, веригите за строителни машини изискват по-висока жилавост, докато веригите за прецизна трансмисия изискват по-висока твърдост;
Стабилизиране на микроструктурата и размерите: Стабилизирайте вътрешната микроструктура на метала, за да предотвратите размерна деформация на веригата, причинена от промени в микроструктурата по време на употреба, което би могло да повлияе на точността на предаване.
II. Основни параметри и контролни точки на процеса на темпериране на ролкови вериги
Ефективността на процеса на темпериране зависи от прецизния контрол на три основни параметъра: температура, време и скорост на охлаждане. Различните комбинации от параметри могат да доведат до значително различни резултати. Процесът на темпериране трябва да бъде съобразен с различните компоненти на ролковата верига (ролки, втулки, щифтове и плочи) поради техните различни характеристики на натоварване и изисквания за производителност.
1. Температура на темпериране: „Копчето за регулиране на температурата“ за контрол на производителността
Температурата на отпускане е най-важният фактор, определящ крайните характеристики на детайла. С повишаване на температурата, твърдостта на детайла намалява, а жилавостта му се увеличава. В зависимост от приложението на ролковата верига, температурите на отпускане обикновено се категоризират, както следва:
Нискотемпературно отпускане (150-250°C): Използва се предимно за компоненти, изискващи висока твърдост и износоустойчивост, като ролки и втулки. Нискотемпературното отпускане поддържа твърдост на детайла от HRC 55-60, като същевременно елиминира известно вътрешно напрежение, което го прави подходящ за високочестотни приложения с ниско въздействие (като например задвижвания на шпиндели на машинни инструменти).
Среднотемпературно отпускане (300-450°C): Подходящо за компоненти, изискващи висока якост и еластичност, като например болтове и верижни пластини. След среднотемпературно отпускане, твърдостта на детайла спада до HRC 35-45, което значително подобрява границата на провлачване и границата на еластичност, позволявайки му да издържа на големи ударни натоварвания (напр. в строителни машини и минно оборудване).
Високотемпературно отпускане (500-650°C): Рядко се използва за компоненти на ролкови вериги с ядро, а само в специализирани приложения за спомагателни компоненти, изискващи висока якост. При тази температура твърдостта се намалява допълнително (HRC 25-35), но ударната жилавост се подобрява значително.
Ключови контролни точки: Равномерността на температурата в пещта за темпериране е от решаващо значение, като температурните разлики се контролират в рамките на ±5°C. Неравномерните температури могат да доведат до значителни вариации в производителността в рамките на една и съща партида детайли. Например, прекомерно високите локализирани температури върху ролките могат да създадат „меки петна“, намалявайки износоустойчивостта. Прекалено ниските температури могат да елиминират непълно вътрешните напрежения, което води до напукване.
2. Време за темпериране: „Достатъчно условие“ за микроструктурна трансформация
Времето за отпускане трябва да осигури достатъчна микроструктурна трансформация в детайла, като същевременно се избягва влошаване на производителността, причинено от прекомерно отпускане. Твърде краткото време предотвратява пълното освобождаване на вътрешното напрежение, което води до непълна микроструктурна трансформация и недостатъчна жилавост. Твърде дългото време увеличава производствените разходи и може също да доведе до прекомерно намаляване на твърдостта. Времето за отпускане на компонентите на ролковите вериги обикновено се определя от дебелината на детайла и натоварването на пещта:
Тънкостенни компоненти (като верижни плочи с дебелина 3-8 мм): Времето за темпериране обикновено е 1-2 часа;
Дебелостенни компоненти (като ролки и щифтове с диаметър 10-30 мм): Времето за темпериране трябва да се удължи до 2-4 часа;
За по-големи натоварвания на пещта, времето за темпериране трябва да се увеличи с 10%-20%, за да се осигури равномерно пренасяне на топлината към сърцевината на детайла.
Ключови контролни точки: Използването на метод с „стъпково повишаване на температурата“ може да оптимизира ефективността на темперирането – първо повишете температурата на пещта до 80% от целевата температура, задръжте я за 30 минути и след това я повишете до целевата температура, за да избегнете нови термични напрежения в детайла поради бързото повишаване на температурата.
3. Скорост на охлаждане: „Последната линия на защита“ за стабилна производителност
Скоростта на охлаждане след отпускане има относително малко влияние върху производителността на детайла, но все пак трябва да се контролира правилно. Обикновено се използва въздушно охлаждане (естествено охлаждане) или охлаждане в пещ (охлаждане в пещ):
След нискотемпературно отпускане, въздушното охлаждане обикновено се използва за бързо понижаване на температурата до стайна температура и избягване на продължителното излагане на средни температури, което може да доведе до загуба на твърдост.
Ако след отпускане при средна температура се изисква по-висока жилавост, може да се използва охлаждане в пещ. Бавният процес на охлаждане допълнително прецизира размера на зърната и подобрява удароустойчивостта.
Ключови контролни точки: По време на процеса на охлаждане е важно да се избягва неравномерен контакт между повърхността на детайла и въздуха, което може да доведе до окисляване или обезвъглеродяване. В пещта за темпериране могат да се вкарат защитни газове като азот или върху повърхността на детайла могат да се нанесат антиокислителни покрития, за да се гарантира качеството на повърхността.
III. Често срещани проблеми и решения за темпериране на ролкови вериги
Дори и да се разберат основните параметри, проблеми с качеството на темпериране могат да възникнат в реалното производство поради фактори като оборудване, експлоатация или материали. Следните са четирите най-често срещани проблема, срещани по време на темпериране на ролкови вериги, и съответните им решения:
1. Недостатъчна или неравномерна твърдост
Симптоми: Твърдостта на детайла е по-ниска от проектните изисквания (напр. твърдостта на ролката не достига HRC 55) или разликата в твърдостта между различните части на един и същ детайл надвишава HRC 3. Причини:
Температурата на темпериране е твърде висока или времето за задържане е твърде дълго;
Разпределението на температурата в пещта за темпериране е неравномерно;
Скоростта на охлаждане на детайла след закаляване е недостатъчна, което води до непълно образуване на мартензит.
Решения:
Калибрирайте термодвойката на пещта за темпериране, редовно следете разпределението на температурата в пещта и сменяйте стареещите нагревателни тръби;
Стриктно контролирайте температурата и времето съгласно технологичния лист и използвайте поетапно задържане;
Оптимизирайте процеса на закаляване и охлаждане, за да осигурите бързо и равномерно охлаждане на детайла.
2. Вътрешното напрежение не се елиминира, което води до напукване по време на употреба
Симптоми: По време на първоначалния монтаж и употреба на веригата, щифтът или пластината на веригата може да се счупи без предупреждение, с крехко счупване.
Причини:
Температурата на отпускане е твърде ниска или времето за задържане е твърде кратко, което води до недостатъчно освобождаване на вътрешното напрежение;
Детайлът не е отпуснат веднага след закаляване (за повече от 24 часа), което води до натрупване на вътрешно напрежение. Решение:
Увеличете температурата на отпускане съответно въз основа на дебелината на детайла (например от 300°C до 320°C за щифтове) и удължете времето на задържане.
След закаляване, детайлът трябва да се темперира в рамките на 4 часа, за да се избегне продължително натрупване на напрежение.
Използвайте процес на „вторично темпериране“ за ключови компоненти (след първоначално темпериране, охладете до стайна температура и след това темперирайте отново при повишени температури), за да елиминирате допълнително остатъчното напрежение.
3. Повърхностно окисление и обезвъглеродяване
Симптоми: На повърхността на детайла се появява сиво-черен оксиден налеп или твърдомерът показва, че повърхностната твърдост е по-ниска от твърдостта на сърцевината (слоят на обезвъглеродяване е с дебелина над 0,1 мм).
Причина:
Прекомерното съдържание на въздух в пещта за темпериране предизвиква реакция между детайла и кислорода.
Прекомерното време за темпериране води до дифундиране и разсейване на въглерода от повърхността. Решение: Използвайте запечатана пещ за темпериране с азотна или водородна защитна атмосфера, за да контролирате съдържанието на кислород в пещта под 0,5%. Намалете ненужното време за темпериране и оптимизирайте метода на зареждане на пещта, за да избегнете препълване на детайлите. За детайли, които са леко окислени, извършете дробоструйна обработка след темперирането, за да премахнете повърхностния котлен камък.
4. Размерна деформация
Симптоми: Прекомерна овалност на ролките (над 0,05 мм) или неправилно подравнени отвори на верижната плоча.
Причина: Прекалено бързите скорости на отпускане, нагряване или охлаждане, генерират термично напрежение, което води до деформация.
Неправилното разположение на детайлите по време на зареждане на пещта води до неравномерно напрежение.
Решение: Използвайте бавно нагряване (50°C/час) и бавно охлаждане, за да намалите термичното напрежение.
Проектирайте специализирани приспособления, за да осигурите свободен монтаж на детайла по време на отпускане, за да избегнете деформация от натиск.
За високопрецизни части, добавете стъпка на изправяне след темпериране, като използвате изправяне под налягане или термична обработка за коригиране на размерите.
IV. Контрол на качеството и критерии за приемане на процеса на темпериране
За да се гарантира, че компонентите на ролковите вериги отговарят на изискванията за производителност след темпериране, трябва да се създаде цялостна система за контрол на качеството, която да провежда обстойни проверки в четири измерения: външен вид, твърдост, механични свойства и микроструктура.
1. Проверка на външния вид
Съдържание на инспекцията: Повърхностни дефекти като котлен камък, пукнатини и вдлъбнатини.
Метод на проверка: Визуална проверка или проверка с лупа (10-кратно увеличение).
Критерии за приемане: Няма видими оцветители, пукнатини или неравности по повърхността и равномерен цвят.
2. Проверка на твърдостта
Съдържание на инспекцията: Твърдост на повърхността и равномерност на твърдостта.
Метод на проверка: Използвайте твърдомер по Рокуел (HRC), за да проверите повърхностната твърдост на ролките и щифтовете. 5% от детайлите от всяка партида се вземат на случаен принцип и се проверяват три различни места върху всеки детайл.
Критерии за приемане:
Ролки и втулки: HRC 55-60, с разлика в твърдостта ≤ HRC3 в рамките на една и съща партида.
Щифт и верижна плоча: HRC 35-45, с разлика в твърдостта ≤ HRC2 в рамките на една и съща партида. 3. Изпитване на механични свойства
Съдържание на теста: Якост на опън, ударна жилавост;
Метод на изпитване: Стандартни образци се приготвят от една партида детайли всяко тримесечие за изпитване на опън (GB/T 228.1) и изпитване на удар (GB/T 229);
Критерии за приемане:
Якост на опън: Щифтове ≥ 800 MPa, Вериги ≥ 600 MPa;
Ударна жилавост: Щифтове ≥ 30 J/cm², Вериги ≥ 25 J/cm².
4. Тестване на микроструктурата
Съдържание на теста: Вътрешната структура е равномерен темпериран мартензит и темпериран бейнит;
Метод на изпитване: Напречните сечения на детайла се изрязват, полират и ецват, след което се наблюдават с помощта на металографски микроскоп (400x увеличение);
Критерии за приемане: Еднородна структура без мрежови карбиди или едри зърна и дебелина на обезвъглеродения слой ≤ 0,05 мм.
V. Тенденции в индустрията: Посока на развитие на интелигентните процеси на темпериране
С широкото разпространение на технологиите от Industry 4.0, процесите на темпериране на ролкови вериги се развиват към интелигентни, прецизни и екологични процеси. Заслужава да се отбележат три ключови тенденции:
1. Интелигентна система за контрол на температурата
Използвайки технологията „Интернет на нещата“ (IoT), в пещта за темпериране се поставят множество комплекти високопрецизни термодвойки и инфрачервени температурни сензори, за да събират данни за температурата в реално време. С помощта на алгоритми с изкуствен интелект, мощността на нагряване се регулира автоматично, за да се постигне точност на контрол на температурата в рамките на ±2°C. Освен това системата записва кривата на темпериране за всяка партида детайли, създавайки проследим запис на качеството.
2. Симулация на цифрови процеси
С помощта на софтуер за анализ с крайни елементи (като ANSYS) се симулират температурните и напрегнати полета на детайла по време на отпускане, за да се предвиди потенциална деформация и неравномерно представяне, като по този начин се оптимизират параметрите на процеса. Например, симулацията може да определи оптималното време за отпускане за конкретен модел валяк, увеличавайки ефективността с 30% в сравнение с традиционните методи на проба-грешка.
3. Зелени и енергоспестяващи процеси
Разработването на технология за нискотемпературно, краткотрайно темпериране намалява температурата на темпериране и консумацията на енергия чрез добавяне на катализатор. Внедряването на система за оползотворяване на отпадната топлина за рециклиране на топлината от високотемпературните димни газове, отделяни от темпериращата пещ за предварително нагряване на детайлите, постигайки икономии на енергия от над 20%. Освен това, насърчаването на използването на водоразтворими антиокислителни покрития като алтернатива на традиционните покрития на маслена основа намалява емисиите на летливи органични съединения (ЛОС).
Време на публикуване: 08 септември 2025 г.