Роликті шынжырды шынықтыру процесі: беріліс сенімділігін анықтайтын негізгі компонент
Өнеркәсіптік тасымалдау секторында,роликті тізбектерқуат пен қозғалысты берудің негізгі компоненттері болып табылады және олардың өнімділігі бүкіл техниканың жұмыс тиімділігі мен қауіпсіздігіне тікелей әсер етеді. Тау-кен машиналарындағы ауыр жүктемелі берілістен бастап дәл станоктарды дәл басқаруға дейін, ауыл шаруашылығы машиналарындағы далалық операциялардан бастап автомобиль қозғалтқыштарындағы қуат берілісіне дейін роликті шынжырлар үнемі «күш көпірі» рөлін атқарады. Роликті шынжыр өндірісінде термиялық өңдеу процесінің негізгі кезеңі болып табылатын шынықтыру «тасты алтынға айналдыратын» маңызды қадам сияқты, шынжырдың беріктігін, беріктігін, тозуға төзімділігін және қызмет ету мерзімін тікелей анықтайды.
1. Неліктен роликті тізбек өндірісінде шынықтыру «міндетті курс» болып табылады?
Шынықтыру процесін талқыламас бұрын, алдымен мынаны нақтылауымыз керек: Роликті шынжырды шынықтыру неліктен маңызды? Бұл шынжырдың негізгі компоненттерін: роликтерді, втулкаларды, түйреуіштерді және байланыстырушы пластиналарды өңдеуден басталады. Қалыптастырғаннан кейін, кілтті роликті шынжыр компоненттері әдетте шынықтыру процесінен өтеді: дайындама критикалық температурадан (әдетте 820-860°C) жоғары қыздырылады, сол температурада біраз уақыт ұсталады, содан кейін металлдың ішкі құрылымын мартенситке айналдыру үшін тез салқындатылады (мысалы, суда немесе майда). Шынықтыру дайындаманың қаттылығын айтарлықтай арттырса да (HRC 58-62-ге жетеді), ол сонымен қатар маңызды кемшілік болып табылады: өте жоғары ішкі кернеулер мен сынғыштық, бұл оны соққы немесе діріл кезінде сынуға бейім етеді. Шынжырды тікелей беріліс үшін пайдалануды елестетіп көріңіз. Бастапқы жүктеме кезінде түйреуіштің сынуы және роликтің жарылуы сияқты ақаулар орын алуы мүмкін, бұл апатты салдарға әкелуі мүмкін.
Шынықтыру процесі шынықтырудан кейінгі «қатты, бірақ сынғыш» мәселені шешеді. Шынықтырылған дайындама сыни температурадан (әдетте 150-350°C) төмен температураға дейін қайта қыздырылады, сол температурада біраз уақыт ұсталады, содан кейін баяу салқындатылады. Бұл процесс қаттылық пен беріктік арасындағы оңтайлы тепе-теңдікке қол жеткізу үшін металдың ішкі құрылымын реттейді. Роликті тізбектер үшін шынықтыру үш негізгі салада маңызды рөл атқарады:
Ішкі кернеуді жеңілдету: шынықтыру кезінде пайда болатын құрылымдық және термиялық кернеулерді босатады, пайдалану кезінде кернеу концентрациясына байланысты дайындамада деформация мен жарықшақтардың пайда болуына жол бермейді;
Механикалық қасиеттерді оңтайландыру: Қолдану талаптарына негізделген қаттылық, беріктік және төзімділік қатынасын реттеңіз — мысалы, құрылыс техникасына арналған шынжырлар жоғары беріктікке ие, ал дәл беріліс шынжырлар жоғары қаттылықты қажет етеді;
Микроқұрылым мен өлшемдерді тұрақтандыру: Пайдалану кезінде микроқұрылымның өзгеруінен туындаған тізбектің өлшемдік деформациясын болдырмау үшін металлдың ішкі микроқұрылымын тұрақтандырыңыз, бұл беріліс дәлдігіне әсер етуі мүмкін.
II. Роликті шынжырды шынықтыру процесінің негізгі параметрлері мен басқару нүктелері
Шынықтыру процесінің тиімділігі үш негізгі параметрді дәл басқаруға байланысты: температура, уақыт және салқындату жылдамдығы. Әртүрлі параметрлердің комбинациялары айтарлықтай әртүрлі өнімділік нәтижелерін бере алады. Шынықтыру процесі әртүрлі жүктеме сипаттамалары мен өнімділік талаптарына байланысты ролик тізбегінің әртүрлі компоненттеріне (роликтер, втулкалар, түйреуіштер және пластиналар) бейімделуі керек.
1. Температураны шынықтыру: өнімділікті басқарудың «негізгі тұтқасы»
Шыңдау температурасы дайындаманың соңғы өнімділігін анықтайтын ең маңызды фактор болып табылады. Температура жоғарылаған сайын дайындаманың қаттылығы төмендейді және оның беріктігі артады. Ролик тізбегін қолдануға байланысты шыңдау температуралары әдетте келесідей жіктеледі:
Төмен температурада шынықтыру (150-250°C): Негізінен роликтер мен втулкалар сияқты жоғары қаттылық пен тозуға төзімділікті қажет ететін компоненттер үшін қолданылады. Төмен температурада шынықтыру кейбір ішкі кернеуді жоя отырып, дайындаманың HRC 55-60 қаттылығын сақтайды, бұл оны жоғары жиілікті, төмен соққы беретін беріліс қолданбаларына (мысалы, станок шпиндельді жетектері) жарамды етеді.
Орташа температурада шынықтыру (300-450°C): түйреуіштер мен шынжырлы пластиналар сияқты жоғары беріктік пен серпімділікті қажет ететін компоненттерге жарамды. Орташа температурада шынықтырудан кейін дайындаманың қаттылығы HRC 35-45 дейін төмендейді, бұл оның беріктігі мен серпімділік шегін айтарлықтай жақсартады, бұл оған ауыр соққы жүктемелеріне төтеп беруге мүмкіндік береді (мысалы, құрылыс машиналары мен тау-кен жабдықтарында).
Жоғары температурада шынықтыру (500-650°C): Өзекті роликті тізбек компоненттері үшін сирек қолданылады, ол тек жоғары беріктікке ие қосалқы компоненттерге арналған мамандандырылған қолданбаларда ғана қолданылады. Бұл температурада қаттылық одан әрі төмендейді (HRC 25-35), бірақ соққыға төзімділік айтарлықтай жақсарады.
Негізгі бақылау нүктелері: Шыңдау пешіндегі температураның біркелкілігі өте маңызды, температура айырмашылығы ±5°C шегінде бақыланады. Біркелкі емес температура дайындамалардың бір партиясында айтарлықтай өнімділік ауытқуларына әкелуі мүмкін. Мысалы, роликтердегі тым жоғары жергілікті температура «жұмсақ дақтар» тудыруы мүмкін, бұл тозуға төзімділікті төмендетеді. Тым төмен температура ішкі кернеулерді толықтай жоя алмайды, бұл жарықшақтардың пайда болуына әкеледі.
2. Шынықтыру уақыты: микроқұрылымдық трансформация үшін «жеткілікті шарт»
Шынықтыру уақыты дайындаманың ішінде жеткілікті микроқұрылымдық трансформацияны қамтамасыз етуі керек, сонымен бірге шамадан тыс шынықтырудан туындаған өнімділіктің төмендеуіне жол бермеуі керек. Тым қысқа уақыт ішкі кернеудің толық босатылуына кедергі келтіреді, бұл микроқұрылымдық трансформацияның толық еместігіне және беріктіктің жеткіліксіздігіне әкеледі. Тым ұзақ уақыт өндіріс шығындарын арттырады және қаттылықтың шамадан тыс төмендеуіне әкелуі мүмкін. Роликті тізбек компоненттерінің шынықтыру уақыты әдетте дайындаманың қалыңдығы мен пештің жүктемесімен анықталады:
Жұқа қабырғалы компоненттер (мысалы, тізбекті пластиналар, қалыңдығы 3-8 мм): шынықтыру уақыты әдетте 1-2 сағатты құрайды;
Қалың қабырғалы компоненттер (мысалы, роликтер мен түйреуіштер, диаметрі 10-30 мм): шынықтыру уақытын 2-4 сағатқа дейін ұзарту керек;
Пештің үлкен жүктемелері үшін дайындаманың өзегіне жылудың біркелкі берілуін қамтамасыз ету үшін шынықтыру уақытын 10%-20%-ға арттыру керек.
Негізгі бақылау нүктелері: «Температураның сатылы рампасы» әдісін қолдану шынықтыру тиімділігін оңтайландыруға мүмкіндік береді — алдымен пештің температурасын мақсатты температураның 80%-ына дейін көтеріңіз, 30 минут ұстап тұрыңыз, содан кейін температураның күрт көтерілуіне байланысты дайындамада жаңа термиялық кернеулердің пайда болуын болдырмау үшін оны мақсатты температураға дейін көтеріңіз.
3. Салқындату жылдамдығы: Тұрақты жұмыс істеу үшін «соңғы қорғаныс шебі»
Шынықтырудан кейінгі салқындату жылдамдығы дайындаманың жұмысына салыстырмалы түрде аз әсер етеді, бірақ оны әлі де дұрыс бақылау қажет. Әдетте ауамен салқындату (табиғи салқындату) немесе пешпен салқындату (пешпен салқындату) қолданылады:
Төмен температурада шынықтырудан кейін ауамен салқындату әдетте температураны бөлме температурасына дейін тез төмендету және орташа температураға ұзақ уақыт әсер етуден аулақ болу үшін қолданылады, бұл қаттылықтың жоғалуына әкелуі мүмкін.
Егер орташа температурада шынықтырудан кейін жоғары беріктік қажет болса, пеште салқындатуды қолдануға болады. Баяу салқындату процесі дәннің өлшемін одан әрі нақтылайды және соққыға төзімділікті жақсартады.
Негізгі бақылау нүктелері: Салқындату процесінде дайындама беті мен ауаның біркелкі емес жанасуын болдырмау маңызды, бұл тотығуға немесе көміртегіден арылуға әкелуі мүмкін. Беттің сапасын қамтамасыз ету үшін шыңдау пешіне азот сияқты қорғаныш газдарын енгізуге немесе дайындама бетіне антиоксидантты жабындарды жағуға болады.
III. Роликті шынжырды шынықтырудың жиі кездесетін мәселелері және шешімдері
Негізгі параметрлер түсінікті болса да, жабдық, пайдалану немесе материалдар сияқты факторларға байланысты нақты өндірісте шынықтыру сапасы мәселелері туындауы мүмкін. Төменде роликті тізбекті шынықтыру кезінде кездесетін ең көп таралған төрт мәселе және олардың тиісті шешімдері келтірілген:
1. Қаттылықтың жеткіліксіздігі немесе біркелкі еместігі
Белгілері: Дайындама қаттылығы жобалау талабынан төмен (мысалы, ролик қаттылығы HRC 55-ке жетпейді) немесе бір дайындаманың әртүрлі бөліктері арасындағы қаттылық айырмашылығы HRC 3-тен асады. Себептері:
Шыңдау температурасы тым жоғары немесе ұстау уақыты тым ұзақ;
Шынықтыру пешінің температурасының таралуы біркелкі емес;
Дайындаманы сөндіруден кейін салқындату жылдамдығы жеткіліксіз, бұл мартенситтің толық емес түзілуіне әкеледі.
Шешімдер:
Шынықтыру пешінің термопарасын калибрлеңіз, пеш ішіндегі температураның таралуын үнемі бақылаңыз және ескірген қыздыру түтіктерін ауыстырыңыз;
Технологиялық кестеге сәйкес температура мен уақытты қатаң бақылау және кезең-кезеңмен ұстауды қолдану;
Дайындаманың тез және біркелкі салқындатылуын қамтамасыз ету үшін сөндіру және салқындату процесін оңтайландырыңыз.
2. Ішкі кернеу жойылмайды, бұл пайдалану кезінде жарықшақтардың пайда болуына әкеледі
Белгілері: Шынжырды алғашқы орнату және пайдалану кезінде түйреуіш немесе шынжыр табақшасы ескертусіз сынып, сынғыш сынықпен аяқталуы мүмкін.
Себептері:
Шынықтыру температурасы тым төмен немесе ұстап тұру уақыты тым қысқа, бұл ішкі кернеудің жеткіліксіз босатылуына әкеледі;
Дайындама шынықтырудан кейін (24 сағаттан артық) дереу шынықтырылмаса, бұл ішкі кернеудің жиналуына әкеледі. Шешімі:
Дайындаманың қалыңдығына байланысты шынықтыру температурасын тиісті түрде арттырыңыз (мысалы, түйреуіштер үшін 300°C-тан 320°C-қа дейін) және ұстап тұру уақытын ұзартыңыз.
Шыңдағаннан кейін, ұзақ уақыт бойы кернеудің жиналуын болдырмау үшін дайындаманы 4 сағат ішінде шынықтыру керек.
Қалдық кернеуді одан әрі жою үшін негізгі компоненттер үшін «екінші реттік шынықтыру» процесін қолданыңыз (бастапқы шынықтырудан кейін бөлме температурасына дейін суытыңыз, содан кейін жоғары температурада қайтадан шынықтырыңыз).
3. Беттік тотығу және көміртегіден тазарту
Белгілері: Дайындама бетінде сұр-қара оксид шкаласы пайда болады немесе қаттылық өлшегіш беттің қаттылығы өзек қаттылығынан төмен екенін көрсетеді (декарбуризация қабатының қалыңдығы 0,1 мм-ден асады).
Себебі:
Шынықтыру пешіндегі ауаның шамадан тыс мөлшері дайындама мен оттегі арасындағы реакцияны тудырады.
Шамадан тыс шынықтыру уақыты көміртектің бетінен таралуына және таралуына әкеледі. Шешімі: Пештегі оттегінің мөлшерін 0,5%-дан төмен бақылау үшін азот немесе сутектен қорғайтын атмосферасы бар тығыздалған шынықтыру пешін пайдаланыңыз. Қажетсіз шынықтыру уақытын азайтыңыз және дайындамалардың шамадан тыс жиналуын болдырмау үшін пешті тиеу әдісін оңтайландырыңыз. Аздап тотыққан дайындамалар үшін беткі қабықты кетіру үшін шынықтырудан кейін атқылау жұмыстарын орындаңыз.
4. Өлшемдік деформация
Белгілері: Роликтің шамадан тыс сопақшалығы (0,05 мм-ден асады) немесе шынжыр табақшасының тесіктерінің дұрыс орналаспауы.
Себебі: Тым жылдам қыздыру немесе салқындату жылдамдығы деформацияға әкелетін термиялық кернеуді тудырады.
Пешті тиеу кезінде дайындамаларды дұрыс орналастырмау біркелкі емес кернеуге әкеледі.
Шешімі: Термиялық кернеуді азайту үшін баяу қыздыру (сағатына 50°C) және баяу салқындатуды қолданыңыз.
Сығымдау деформациясын болдырмау үшін шынықтыру кезінде дайындаманың бос қалуын қамтамасыз ететін арнайы бекіткіштерді жобалаңыз.
Жоғары дәлдіктегі бөлшектер үшін, өлшемдерін түзету үшін қысыммен түзету немесе термиялық өңдеуді қолдана отырып, шынықтырудан кейін түзету қадамын қосыңыз.
IV. Шынықтыру процесінің сапасын тексеру және қабылдау критерийлері
Роликті тізбек компоненттерінің шынықтырудан кейін өнімділік талаптарына сәйкес келетініне көз жеткізу үшін төрт өлшем бойынша: сыртқы түрі, қаттылығы, механикалық қасиеттері және микроқұрылымы бойынша кешенді тексерулер жүргізетін кешенді сапа тексеру жүйесі құрылуы керек.
1. Сыртқы келбетін тексеру
Тексеру мазмұны: Қақ, жарықтар және ойықтар сияқты беткі ақаулар.
Тексеру әдісі: Көзбен тексеру немесе үлкейткіш әйнекпен тексеру (10 есе үлкейту).
Қабылдау критерийлері: Бетінде көрінетін қабыршақ, жарықтар немесе сызаттар жоқ және түсі біркелкі.
2. Қаттылықты тексеру
Тексеру мазмұны: Беттік қаттылық және қаттылықтың біркелкілігі.
Тексеру әдісі: Роликтер мен түйреуіштердің беткі қаттылығын тексеру үшін Роквелл қаттылық өлшегішін (HRC) пайдаланыңыз. Әр партиядан алынған дайындамалардың 5%-ы кездейсоқ түрде іріктеледі және әрбір дайындаманың үш түрлі орны тексеріледі.
Қабылдау критерийлері:
Роликтер мен втулкалар: HRC 55-60, бір партиядағы қаттылық айырмашылығы ≤ HRC3.
Түйреуіш және шынжырлы пластина: HRC 35-45, бір партиядағы қаттылық айырмашылығы ≤ HRC2. 3. Механикалық қасиеттерді сынау
Сынақ мазмұны: Созылу беріктігі, соққыға төзімділік;
Сынақ әдісі: Стандартты үлгілер созылу сынағы (GB/T 228.1) және соққы сынағы (GB/T 229) үшін әр тоқсан сайын бір партия дайындамадан дайындалады;
Қабылдау критерийлері:
Созылу беріктігі: түйреуіштер ≥ 800 МПа, тізбектер ≥ 600 МПа;
Соққыға төзімділік: түйреуіштер ≥ 30 Дж/см², тізбектер ≥ 25 Дж/см².
4. Микроқұрылымды сынау
Сынақ мазмұны: Ішкі құрылымы біркелкі шыңдалған мартенсит және шыңдалған бейнит;
Сынақ әдісі: Дайындаманың көлденең қималары кесіліп, жылтыратылып, ойылып, содан кейін металлографиялық микроскоп (400 есе үлкейту) көмегімен бақыланады;
Қабылдау критерийлері: Желілік карбидтер немесе ірі түйіршіктерсіз біркелкі құрылым және декарбурленген қабаттың қалыңдығы ≤ 0,05 мм.
V. Салалық үрдістер: интеллектуалды шынықтыру процестерінің даму бағыты
Industry 4.0 технологияларын кеңінен енгізу арқылы роликті тізбекті шынықтыру процестері ақылды, дәл және жасыл процестерге қарай дамып келеді. Төменде атап өтуге болатын үш негізгі үрдіс бар:
1. Ақылды температураны басқару жүйесі
Заттар интернеті (IoT) технологиясын пайдалана отырып, нақты уақыт режиміндегі температура деректерін жинау үшін шынықтыру пешіне бірнеше жоғары дәлдіктегі термопаралар мен инфрақызыл температура сенсорлары орналастырылады. Жасанды интеллект алгоритмдерін қолдана отырып, қыздыру қуаты ±2°C шегінде температураны бақылау дәлдігіне қол жеткізу үшін автоматты түрде реттеледі. Сонымен қатар, жүйе әрбір дайындама партиясы үшін шынықтыру қисығын жазып, бақыланатын сапа жазбасын жасайды.
2. Сандық процестерді модельдеу
Ақырлы элементтерді талдау бағдарламалық жасақтамасын (мысалы, ANSYS) пайдаланып, шынықтыру кезіндегі дайындаманың температура және кернеу өрістері ықтимал деформацияны және біркелкі емес өнімділікті болжау үшін модельденеді, осылайша процесс параметрлерін оңтайландырады. Мысалы, модельдеу белгілі бір ролик моделі үшін оңтайлы шынықтыру уақытын анықтай алады, бұл дәстүрлі сынақ және қателік әдістерімен салыстырғанда тиімділікті 30%-ға арттырады.
3. Жасыл және энергия үнемдейтін процестер
Төмен температуралы, қысқа мерзімді шынықтыру технологиясын әзірлеу катализатор қосу арқылы шынықтыру температурасы мен энергия шығынын азайтады. Шыңдау пешінен шығарылатын жоғары температуралы түтін газының жылуын жұмыс бөлшектерін алдын ала қыздыру үшін қайта өңдеуге арналған қалдық жылуды қалпына келтіру жүйесін енгізу, 20%-дан астам энергия үнемдеуге қол жеткізу. Сонымен қатар, дәстүрлі май негізіндегі жабындарға балама ретінде суда еритін антиоксидантты жабындарды пайдалануды ынталандыру ұшқыш органикалық қосылыстар шығарындыларын азайтады.
Жарияланған уақыты: 2025 жылғы 8 қыркүйек