Ritininės grandinės grūdinimo procesas: pagrindinis komponentas, lemiantis perdavimo patikimumą
Pramoninių transmisijų sektoriujeritininės grandinėsyra pagrindiniai galios ir judesio perdavimo komponentai, o jų veikimas tiesiogiai veikia visos technikos veikimo efektyvumą ir saugą. Nuo sunkiųjų transmisijų kasybos mašinose iki tikslaus tiksliųjų staklių valdymo, nuo lauko darbų žemės ūkio technikoje iki galios perdavimo automobilių varikliuose, ritininės grandinės nuolat atlieka „galios tilto“ vaidmenį. Ritininių grandinių gamyboje grūdinimas, pagrindinis terminio apdorojimo proceso žingsnis, yra tarsi lemiamas žingsnis, kuris „paverčia akmenį auksu“, tiesiogiai nulemiantis grandinės stiprumą, tvirtumą, atsparumą dilimui ir tarnavimo laiką.
1. Kodėl grūdinimas yra „privalomas kursas“ ritininių grandinių gamyboje?
Prieš aptardami atleidimo procesą, pirmiausia turime išsiaiškinti: kodėl ritininės grandinės atleidimas yra būtinas? Tai prasideda nuo grandinės pagrindinių komponentų: ritinėlių, įvorių, kaiščių ir jungiamųjų plokštelių apdorojimo. Po formavimo pagrindiniai ritininės grandinės komponentai paprastai yra grūdinami: ruošinys kaitinamas virš kritinės temperatūros (paprastai 820–860 °C), tam tikrą laiką laikomas toje temperatūroje, o tada greitai aušinamas (pvz., vandenyje arba aliejuje), kad metalo vidinė struktūra transformuotųsi į martensitą. Nors grūdinimas žymiai padidina ruošinio kietumą (pasiekia HRC 58–62), jis taip pat turi esminį trūkumą: itin didelius vidinius įtempius ir trapumą, dėl kurių jis gali lūžti veikiant smūgiams ar vibracijai. Įsivaizduokite, kad grūdinta ritininė grandinė naudojama tiesiogiai transmisijai. Pradinės apkrovos metu gali atsirasti tokių gedimų, kaip kaiščių lūžis ir ritinėlių įtrūkimas, kurie turi pražūtingų pasekmių.
Atleidimo procesas sprendžia „kieto, bet trapaus“ problemą po grūdinimo. Grūdintas ruošinys vėl kaitinamas iki žemesnės nei kritinė temperatūra (paprastai 150–350 °C), tam tikrą laiką laikomas toje temperatūroje ir tada lėtai aušinamas. Šio proceso metu pakoreguojama metalo vidinė struktūra, kad būtų pasiekta optimali kietumo ir tvirtumo pusiausvyra. Ritininių grandinių atveju atleidimas atlieka pagrindinį vaidmenį trijose pagrindinėse srityse:
Vidinio įtempio mažinimas: sumažina grūdinimo metu susidariusius struktūrinius ir terminius įtempius, užkertant kelią ruošinio deformacijai ir įtrūkimams dėl įtempių koncentracijos naudojimo metu;
Optimizuokite mechanines savybes: pakoreguokite kietumo, stiprumo ir tvirtumo santykį pagal taikymo reikalavimus, pavyzdžiui, statybinių mašinų grandinėms reikalingas didesnis tvirtumas, o tikslių transmisijų grandinėms – didesnis kietumas;
Mikrostruktūros ir matmenų stabilizavimas: stabilizuokite metalo vidinę mikrostruktūrą, kad būtų išvengta grandinės matmenų deformacijos, kurią sukelia mikrostruktūros pokyčiai naudojimo metu ir kuri gali turėti įtakos perdavimo tikslumui.
II. Pagrindiniai ritininės grandinės grūdinimo proceso parametrai ir valdymo taškai
Atleidimo proceso efektyvumas priklauso nuo tikslaus trijų pagrindinių parametrų valdymo: temperatūros, laiko ir aušinimo greičio. Skirtingi parametrų deriniai gali duoti labai skirtingus našumo rezultatus. Atleidimo procesas turi būti pritaikytas skirtingiems ritininės grandinės komponentams (ritinėliams, įvorėms, kaiščiams ir plokštėms) dėl jų skirtingų apkrovos charakteristikų ir našumo reikalavimų.
1. Grūdinimo temperatūra: „Pagrindinis rankenėlė“ našumo kontrolei
Atleidimo temperatūra yra svarbiausias veiksnys, lemiantis galutines ruošinio eksploatacines savybes. Didėjant temperatūrai, ruošinio kietumas mažėja, o tvirtumas didėja. Priklausomai nuo ritininės grandinės pritaikymo, atleidimo temperatūros paprastai skirstomos į:
Žematemperatūris atleidimas (150–250 °C): daugiausia naudojamas komponentams, kuriems reikalingas didelis kietumas ir atsparumas dilimui, pavyzdžiui, ritinėliams ir įvorėms. Žematemperatūris atleidimas išlaiko ruošinio kietumą HRC 55–60, tuo pačiu pašalinant tam tikrą vidinį įtempį, todėl tinka aukšto dažnio, mažo smūgio perdavimo reikmėms (pvz., staklių velenų pavaroms).
Vidutinės temperatūros atleidimas (300–450 °C): tinka komponentams, kuriems reikalingas didelis stiprumas ir elastingumas, pavyzdžiui, kaiščiams ir grandininėms plokštėms. Po vidutinės temperatūros atleidimo ruošinio kietumas sumažėja iki HRC 35–45, todėl žymiai pagerėja jo takumo stipris ir tamprumo riba, todėl jis gali atlaikyti dideles smūgines apkrovas (pvz., statybinėse mašinose ir kasybos įrangoje).
Aukštos temperatūros atleidimas (500–650 °C): retai naudojamas šerdies ritininių grandinių komponentams, tik specializuotose srityse pagalbiniams komponentams, kuriems reikalingas didelis tvirtumas. Šioje temperatūroje kietumas dar labiau sumažėja (HRC 25–35), tačiau smūginis tvirtumas žymiai padidėja.
Svarbiausi kontrolės taškai: Labai svarbu, kad grūdinimo krosnyje būtų vienoda temperatūra, o temperatūros skirtumai būtų kontroliuojami ±5 °C tikslumu. Netolygi temperatūra gali lemti didelius našumo skirtumus toje pačioje ruošinių partijoje. Pavyzdžiui, pernelyg aukšta lokalizuota temperatūra ant volelių gali sukurti „minkštas vietas“, kurios sumažina atsparumą dilimui. Pernelyg žema temperatūra gali nevisiškai pašalinti vidinius įtempius, dėl kurių gali atsirasti įtrūkimų.
2. Grūdinimo laikas: „pakankama sąlyga“ mikrostruktūrinei transformacijai
Atleidimo laikas turi užtikrinti pakankamą ruošinio mikrostruktūros transformaciją, kartu išvengiant dėl perkaitinimo atsirandančio našumo pablogėjimo. Per trumpas laikas neleidžia visiškai atsikratyti vidinių įtempių, todėl mikrostruktūra transformuojasi nepilnai ir tvirtumas tampa nepakankamas. Per ilgas laikas padidina gamybos sąnaudas ir gali per daug sumažinti kietumą. Ritininių grandinių komponentų atleidimo laiką paprastai lemia ruošinio storis ir krosnies apkrova:
Plonasieniai komponentai (pvz., grandininės plokštės, 3–8 mm storio): grūdinimo laikas paprastai yra 1–2 valandos;
Storasieniai komponentai (pvz., ritinėliai ir kaiščiai, 10–30 mm skersmens): grūdinimo laikas turėtų būti pailgintas iki 2–4 valandų;
Didesnėms krosnies apkrovoms atleidimo laikas turėtų būti padidintas 10–20 %, kad būtų užtikrintas tolygus šilumos perdavimas į ruošinio šerdį.
Svarbiausi kontrolės taškai: Naudojant „laipsniško temperatūros kilimo“ metodą, galima optimizuoti atleidimo efektyvumą – pirmiausia pakelkite krosnies temperatūrą iki 80 % tikslinės temperatūros, palaikykite 30 minučių, o tada pakelkite iki tikslinės temperatūros, kad būtų išvengta naujų terminių įtempių ruošinyje dėl greito temperatūros kilimo.
3. Aušinimo greitis: „paskutinė gynybos linija“ stabiliam veikimui
Aušinimo greitis po atleidimo turi santykinai nedidelę įtaką ruošinio našumui, tačiau jį vis tiek reikia tinkamai kontroliuoti. Paprastai naudojamas oro aušinimas (natūralus aušinimas) arba krosnies aušinimas (krosnies aušinimas):
Po žemos temperatūros grūdinimo paprastai naudojamas oro aušinimas, siekiant greitai sumažinti temperatūrą iki kambario temperatūros ir išvengti ilgalaikio terpės temperatūros poveikio, kuris gali lemti kietumo sumažėjimą.
Jei po atleidimo vidutinėje temperatūroje reikalingas didesnis tvirtumas, galima naudoti aušinimą krosnyje. Lėtas aušinimo procesas dar labiau sumažina grūdelių dydį ir pagerina atsparumą smūgiams.
Svarbiausi kontrolės taškai: Aušinimo proceso metu svarbu vengti netolygaus ruošinio paviršiaus ir oro sąlyčio, nes tai gali sukelti oksidaciją arba dekarbizaciją. Į grūdinimo krosnį galima įleisti apsauginių dujų, tokių kaip azotas, arba ant ruošinio paviršiaus galima užtepti antioksidacines dangas, kad būtų užtikrinta paviršiaus kokybė.
III. Dažniausios ritininių grandinių grūdinimo problemos ir sprendimai
Net jei pagrindiniai parametrai yra suprantami, grūdinimo kokybės problemos vis tiek gali kilti realioje gamyboje dėl tokių veiksnių kaip įranga, eksploatavimas ar medžiagos. Toliau pateikiamos keturios dažniausios ritininių grandinių grūdinimo problemos ir atitinkami jų sprendimai:
1. Nepakankamas arba netolygus kietumas
Požymiai: ruošinio kietumas yra mažesnis nei projektinis reikalavimas (pvz., volelio kietumas nesiekia HRC 55) arba kietumo skirtumas tarp skirtingų to paties ruošinio dalių viršija HRC 3. Priežastys:
Grūdinimo temperatūra per aukšta arba laikymo laikas per ilgas;
Grūdinimo krosnies temperatūros pasiskirstymas yra netolygus;
Ruošinio aušinimo greitis po grūdinimo yra nepakankamas, todėl martensitas nesusiformuoja nepilnai.
Sprendimai:
Kalibruoti grūdinimo krosnies termoelementą, reguliariai stebėti temperatūros pasiskirstymą krosnyje ir pakeisti senstančius kaitinimo vamzdžius;
Griežtai kontroliuokite temperatūrą ir laiką pagal proceso lapą ir taikykite laipsnišką laikymą;
Optimizuokite grūdinimo ir aušinimo procesą, kad ruošinys būtų greitai ir tolygiai aušinamas.
2. Nepašalinamas vidinis įtempis, dėl kurio naudojimo metu atsiranda įtrūkimų
Požymiai: Pradinio grandinės montavimo ir naudojimo metu kaištis arba grandinės plokštė gali netikėtai sulūžti ir sukelti trapų lūžį.
Priežastys:
Atleidimo temperatūra per žema arba laikymo laikas per trumpas, todėl nepakankamai išsiskiria vidinis įtempis;
Ruošinys po grūdinimo (ilgiau nei 24 valandas) nėra greitai atleidžiamas, todėl kaupiasi vidiniai įtempiai. Sprendimas:
Tinkamai padidinkite atleidimo temperatūrą, atsižvelgdami į ruošinio storį (pvz., nuo 300 °C iki 320 °C kaiščiams) ir pailginkite laikymo laiką.
Po grūdinimo ruošinys turi būti atleistas per 4 valandas, kad būtų išvengta ilgalaikio įtempių kaupimosi.
Pagrindiniams komponentams naudokite „antrinio atleidimo“ procesą (po pirminio atleidimo atvėsinkite iki kambario temperatūros, o tada vėl atleiskite aukštesnėje temperatūroje), kad dar labiau pašalintumėte liekamąjį įtempį.
3. Paviršiaus oksidacija ir dekarbizacija
Požymiai: Ant ruošinio paviršiaus atsiranda pilkai juodas oksido sluoksnis arba kietumo matuoklis rodo, kad paviršiaus kietumas yra mažesnis nei šerdies kietumas (dekarbiarizacijos sluoksnis yra storesnis nei 0,1 mm).
Priežastis:
Per didelis oro kiekis grūdinimo krosnyje sukelia reakciją tarp ruošinio ir deguonies.
Per ilgas atleidimo laikas sukelia anglies išsisklaidymą nuo paviršiaus. Sprendimas: Naudokite sandarią atleidimo krosnį su azoto arba vandenilio apsaugine atmosfera, kad deguonies kiekis krosnyje būtų mažesnis nei 0,5 %. Sumažinkite nereikalingą atleidimo laiką ir optimizuokite krosnies įkrovimo metodą, kad ruošiniai nebūtų per daug užpildyti. Jei ruošiniai šiek tiek oksidavosi, po atleidimo atlikite šratinį valymą, kad pašalintumėte paviršiaus apnašas.
4. Matmenų deformacija
Požymiai: per didelis volelio ovalumas (viršijantis 0,05 mm) arba nesuderintos grandinės plokštės skylės.
Priežastis: Pernelyg greitas atleidimo kaitinimas arba aušinimas sukelia terminį įtempį, dėl kurio atsiranda deformacija.
Netinkamas ruošinių išdėstymas krosnies įkrovimo metu lemia netolygų įtempimą.
Sprendimas: Naudokite lėtą kaitinimą (50 °C/val.) ir lėtą aušinimą, kad sumažintumėte terminį įtempį.
Suprojektuokite specializuotus įtaisus, kurie užtikrintų, kad ruošinys atleidimo metu išliktų laisvas ir būtų išvengta deformacijos dėl suspaudimo.
Didelio tikslumo detalėms po grūdinimo pridėkite tiesinimo etapą, naudodami slėginį tiesinimą arba terminį apdorojimą, kad būtų pataisyti matmenys.
IV. Grūdinimo proceso kokybės patikra ir priėmimo kriterijai
Siekiant užtikrinti, kad ritininių grandinių komponentai po atleidimo atitiktų eksploatacinius reikalavimus, reikia sukurti išsamią kokybės kontrolės sistemą, atliekančią išsamius keturių matmenų patikrinimus: išvaizdą, kietumą, mechanines savybes ir mikrostruktūrą.
1. Išvaizdos patikrinimas
Tikrinimo turinys: paviršiaus defektai, tokie kaip apnašos, įtrūkimai ir įlenkimai.
Apžiūros metodas: Vizualinė apžiūra arba apžiūra su didinamuoju stiklu (10 kartų didinimas).
Priėmimo kriterijai: paviršiuje nėra matomų apnašų, įtrūkimų ar šerpetojančių dalelių, spalva vienoda.
2. Kietumo patikrinimas
Tikrinimo turinys: paviršiaus kietumas ir kietumo vienodumas.
Tikrinimo metodas: volelių ir kaiščių paviršiaus kietumui patikrinti naudojamas Rokvelo kietumo matuoklis (HRC). Iš kiekvienos partijos atsitiktine tvarka paimami 5 % ruošinių ir tikrinamos trys skirtingos kiekvieno ruošinio vietos.
Priėmimo kriterijai:
Voleliai ir įvorės: HRC 55–60, kietumo skirtumas toje pačioje partijoje ≤ HRC3.
Smeigtuko ir grandinės plokštės kietumas: HRC 35–45, o kietumo skirtumas toje pačioje partijoje yra ≤ HRC2. 3. Mechaninių savybių bandymas
Bandymo turinys: Tempiamasis stipris, smūginis tvirtumas;
Bandymo metodas: Standartiniai bandiniai ruošiami iš vienos ruošinių partijos kiekvieną ketvirtį tempimo bandymams (GB/T 228.1) ir smūgio bandymams (GB/T 229);
Priėmimo kriterijai:
Tempimo stipris: kaiščiai ≥ 800 MPa, grandinės ≥ 600 MPa;
Smūginis atsparumas: kaiščiai ≥ 30 J/cm², grandinės ≥ 25 J/cm².
4. Mikrostruktūros bandymai
Bandymo turinys: vidinė struktūra yra vienodas grūdintas martensitas ir grūdintas bainitas;
Bandymo metodas: Ruošinio skerspjūviai pjaustomi, poliruojami ir ėsdinami, o tada stebimi metalografiniu mikroskopu (400 kartų didinimas);
Priėmimo kriterijai: vienoda struktūra be tinklinių karbidų ar stambių grūdelių, o dekarbizuoto sluoksnio storis ≤ 0,05 mm.
V. Pramonės tendencijos: intelektualių grūdinimo procesų plėtros kryptis
Plačiai diegiant „Industry 4.0“ technologijas, ritininių grandinių grūdinimo procesai vystosi link išmanių, tikslių ir ekologiškų procesų. Verta atkreipti dėmesį į tris pagrindines tendencijas:
1. Pažangi temperatūros kontrolės sistema
Pasitelkus daiktų interneto (IoT) technologiją, grūdinimo krosnyje patalpinti keli didelio tikslumo termoelementų ir infraraudonųjų spindulių temperatūros jutiklių rinkiniai, kurie renka realaus laiko temperatūros duomenis. Naudojant dirbtinio intelekto algoritmus, šildymo galia automatiškai reguliuojama, kad temperatūros reguliavimo tikslumas būtų ±2 °C. Be to, sistema įrašo kiekvienos ruošinių partijos grūdinimo kreivę, taip sukurdama atsekamą kokybės įrašą.
2. Skaitmeninis procesų modeliavimas
Naudojant baigtinių elementų analizės programinę įrangą (pvz., ANSYS), imituojami ruošinio temperatūros ir įtempių laukai atleidimo metu, siekiant numatyti galimą deformaciją ir netolygų veikimą, taip optimizuojant proceso parametrus. Pavyzdžiui, imituojant galima nustatyti optimalų atleidimo laiką konkrečiam volo modeliui, taip padidinant efektyvumą 30 %, palyginti su tradiciniais bandymų ir klaidų metodais.
3. Žalieji ir energiją taupantys procesai
Kuriant žemos temperatūros, trumpalaikio atleidimo technologiją, pridedamas katalizatorius, sumažinama atleidimo temperatūra ir energijos suvartojimas. Įdiegus šilumos atgavimo sistemą, skirtą perdirbti šilumą iš aukštos temperatūros dūmų dujų, išleidžiamų iš atleidimo krosnies, ruošinių pašildymui, sutaupoma daugiau nei 20 % energijos. Be to, skatinant naudoti vandenyje tirpias antioksidacines dangas kaip alternatyvą tradicinėms aliejinėms dangoms, sumažinamas LOJ išmetimas.
Įrašo laikas: 2025 m. rugsėjo 8 d.