Een complete analyse van het precisiesmeedproces voor rollenkettingen

Een complete analyse van het precisiesmeedproces voor rollenkettingen: het geheim van kwaliteit, van grondstoffen tot eindproduct.

In de industriële transmissie-industrie is de betrouwbaarheid vanrollenkettingenDit bepaalt direct de operationele efficiëntie en de levensduur van de apparatuur in de productielijn. Precisiesmeden, de kernproductietechnologie voor de belangrijkste componenten van rollenkettingen, biedt met zijn bijna-eindvormvoordeel een perfecte balans tussen dimensionale nauwkeurigheid, mechanische eigenschappen en productie-efficiëntie. Dit artikel gaat dieper in op het volledige precisiesmeedproces van rollenkettingen en onthult de geheimen achter hoogwaardige rollenkettingen.

1. Voorbewerking: Selectie en voorbehandeling van grondstoffen – Kwaliteitscontrole aan de bron

De basis voor kwaliteit in precisiesmeden begint met een strenge selectie van grondstoffen en een wetenschappelijke voorbehandeling. De belangrijkste dragende componenten van rollenkettingen (rollen, bussen, kettingplaten, enz.) moeten bestand zijn tegen wisselende belastingen, stoten en slijtage. Daarom hebben de keuze en behandeling van de grondstoffen een directe invloed op de prestaties van het eindproduct.

1. Grondstofselectie: Staal selecteren dat voldoet aan de prestatie-eisen
Afhankelijk van de toepassing van de rollenketting (zoals bouwmachines, auto-transmissies en precisiegereedschappen) worden doorgaans hoogwaardige koolstofconstructiestalen of gelegeerde constructiestalen als grondstof gebruikt. Rollen en bussen vereisen bijvoorbeeld een hoge slijtvastheid en taaiheid, waarvoor vaak gelegeerde, gecarburiseerde staalsoorten zoals 20CrMnTi worden gebruikt. Kettingplaten vereisen een balans tussen sterkte en vermoeiingsweerstand, waarvoor vaak middelmatig koolstofhoudende constructiestalen zoals 40Mn en 50Mn worden gebruikt. Tijdens de materiaalselectie wordt de chemische samenstelling van het staal getest door middel van spectrale analyse om ervoor te zorgen dat het gehalte aan elementen zoals koolstof, mangaan en chroom voldoet aan nationale normen zoals GB/T 3077, waardoor smeedscheuren of prestatieproblemen als gevolg van samenstellingsafwijkingen worden voorkomen.

2. Voorbehandelingsproces: “Opwarmen” voor het smeden

Na aankomst in de fabriek ondergaan de grondstoffen drie belangrijke voorbehandelingsstappen:

Oppervlaktereiniging: Door middel van straalreiniging worden aanslag, roest en olie van het staaloppervlak verwijderd. Dit voorkomt dat onzuiverheden tijdens het smeden in het werkstuk worden geperst en defecten veroorzaken.

Snijden: Met behulp van precisiezagen of CNC-scharen wordt het staal in blokken van een vast gewicht gesneden. De snijnauwkeurigheid wordt binnen ±0,5% gehouden om consistente werkstukafmetingen na het smeden te garanderen.

Verwarmen: De staaf wordt in een inductieoven met middelhoge frequentie geplaatst. De verwarmingssnelheid en de uiteindelijke smeedtemperatuur worden geregeld op basis van het staaltype (koolstofstaal wordt bijvoorbeeld doorgaans verwarmd tot 1100-1250 °C) om de ideale smeedtoestand te bereiken met "goede plasticiteit en lage vervormingsweerstand", terwijl oververhitting of oververbranding die de materiaaleigenschappen zou kunnen aantasten, wordt vermeden.

II. Kernvervorming: Precisievorming voor een vorm die bijna het eindproduct benadert.

Het kernsmeedproces is cruciaal voor het bereiken van een productie met minimale of geen snede in de onderdelen van rollenkettingen. Afhankelijk van de structuur van het onderdeel worden voornamelijk matrijssmeden en opstuiksmeden toegepast, waarbij precisievormen en geavanceerde apparatuur worden gebruikt om het vormingsproces te voltooien.

1. Matrijsvoorbereiding: Het "sleutelmiddel" voor nauwkeurige transmissie

Precisie-smeedmatrijzen worden vervaardigd uit H13 warmbewerkingsstaal. Door middel van CNC-frezen, EDM-bewerking en polijsten bereikt de matrijs een maatnauwkeurigheid van IT7 en een oppervlakteruwheid van Ra ≤ 1,6 μm. De matrijs moet worden voorverwarmd tot 200-300 °C en worden ingespoten met grafiet smeermiddel. Dit vermindert niet alleen wrijving en slijtage tussen het werkstuk en de matrijs, maar vergemakkelijkt ook het snel ontvormen en voorkomt aanhechtingsdefecten. Voor symmetrische componenten zoals rollen moet de matrijs bovendien worden ontworpen met omleidingsgroeven en ontluchtingsopeningen om ervoor te zorgen dat het gesmolten metaal (hete werkstuk) de holte gelijkmatig vult en lucht en onzuiverheden verwijdert.

2. Smeden: Bewerking op maat, gebaseerd op de eigenschappen van het onderdeel

Walsensmeden: Hierbij wordt een tweestaps proces van "opstuiken en eindsmeden" gebruikt. De verhitte staaf wordt eerst opgestuikt in een voorvormmatrijs, waardoor het materiaal initieel vervormt en de voorvormholte wordt gevuld. De staaf wordt vervolgens snel overgebracht naar de eindvormmatrijs. Onder de hoge druk van een pers (doorgaans een warmpers met een kracht van 1000-3000 kN) wordt de staaf volledig in de eindvormholte geperst, waardoor het bolvormige oppervlak, de binnenboring en andere structuren van de wals worden gevormd. De smeedsnelheid en -druk moeten gedurende het hele proces worden gecontroleerd om scheuren in het werkstuk als gevolg van overmatige vervorming te voorkomen.

Hulsvervorming: Hierbij wordt een gecombineerd proces van ponsen en uitzetten gebruikt. Eerst wordt met een pons een blind gat in het midden van de staaf geponst. Vervolgens wordt het gat met een uitzetmatrijs tot de gewenste afmetingen uitgezet, waarbij een uniforme hulswanddikte van maximaal 0,1 mm wordt aangehouden.

Smeden van kettingplaten: Vanwege de vlakke en dunne structuur van de kettingplaten wordt een "meerstations continu matrijs smeden"-proces gebruikt. Na het verwarmen doorloopt de plaat voorvormings-, eindvormings- en trimstations, waardoor het profiel en de gaten van de kettingplaat in één bewerking worden aangebracht, met een productiesnelheid van 80-120 stuks per minuut.

3. Nabewerking na het smeden: Stabilisatie van prestaties en uiterlijk

Het gesmede werkstuk wordt direct na het smeltproces afgekoeld of isothermisch genormaliseerd. Door de afkoelsnelheid te regelen (bijvoorbeeld met waternevelkoeling of koeling in een nitraatbad) wordt de metallografische structuur van het werkstuk aangepast om een ​​uniforme sorbiet- of perlietstructuur te verkrijgen in componenten zoals rollen en bussen. Dit verbetert de hardheid (de hardheid van rollen moet doorgaans HRC 58-62 bedragen) en de vermoeiingssterkte. Tegelijkertijd wordt een snelle afslijpmachine gebruikt om bramen en gietresten van de randen van het smeedstuk te verwijderen, zodat het uiterlijk van de component aan de ontwerpvereisten voldoet.

3. Afwerking en versterking: Kwaliteitsverbetering in detail

Na het kernsmeden heeft het werkstuk al een basisvorm, maar afwerkings- en versterkingsprocessen zijn nodig om de precisie en prestaties verder te verbeteren en te voldoen aan de strenge eisen van hogesnelheidsrollenkettingoverbrengingen.

1. Precisiecorrectie: het corrigeren van kleine vervormingen

Door krimp en spanningsvermindering na het smeden kunnen werkstukken kleine maatafwijkingen vertonen. Tijdens het afwerkingsproces wordt een precisiecorrectiematrijs gebruikt om druk uit te oefenen op het koude werkstuk om maatafwijkingen binnen IT8 te corrigeren. Zo moet bijvoorbeeld de rondheidsfout van de buitendiameter van de rol onder de 0,02 mm blijven en mag de cilindriciteitsfout van de binnendiameter van de huls niet groter zijn dan 0,015 mm om een ​​soepele kettingoverbrenging na montage te garanderen.
2. Oppervlakteharding: Verbetering van de slijtage- en corrosiebestendigheid

Afhankelijk van de toepassingsomgeving vereisen werkstukken een specifieke oppervlaktebehandeling:

Carboneren en afschrikken: Rollen en bussen worden gecarboneerd in een carboneeroven bij 900-950 °C gedurende 4-6 uur om een ​​oppervlakte-koolstofgehalte van 0,8%-1,2% te bereiken. Vervolgens worden ze afgeschrikt en getemperd bij lage temperaturen om een ​​gradiëntmicrostructuur te creëren die wordt gekenmerkt door een hoge oppervlaktehardheid en een hoge kerntaaiheid. De oppervlaktehardheid kan oplopen tot meer dan HRC60 en de kerntaaiheid tot ≥50 J/cm².

Fosfatering: Componenten zoals kettingplaten worden gefosfateerd om een ​​poreuze fosfaatfilm op het oppervlak te vormen, waardoor de daaropvolgende vethechting wordt verbeterd en de corrosiebestendigheid toeneemt.

Kogelstralen: Kogelstralen van het oppervlak van de kettingplaat creëert residuele drukspanning door de impact van snelstaalkogels, waardoor het ontstaan ​​van vermoeidheidsscheuren wordt verminderd en de levensduur van de ketting bij vermoeidheid wordt verlengd.

IV. Volledige procesinspectie: een kwaliteitsverdediging om defecten te elimineren

Elk precisiesmeedproces wordt streng gecontroleerd, waardoor een uitgebreid kwaliteitscontrolesysteem ontstaat van grondstoffen tot eindproduct. Dit garandeert 100% kwaliteitsborging voor alle rollenkettingonderdelen die de fabriek verlaten.

1. Procesinspectie: realtime monitoring van belangrijke parameters

Verwarmingsinspectie: Infraroodthermometers worden gebruikt om de verwarmingstemperatuur van het werkstuk in realtime te bewaken, met een foutmarge van ±10 °C.

Matrijsinspectie: De matrijs wordt elke 500 geproduceerde onderdelen gecontroleerd op slijtage. Polijstreparaties worden direct uitgevoerd als de oppervlakteruwheid Ra3,2 μm overschrijdt.

Dimensionale inspectie: Een driedimensionale coördinatenmeetmachine wordt gebruikt om monsters te nemen en gesmede onderdelen te inspecteren, waarbij de nadruk ligt op belangrijke afmetingen zoals buitendiameter, binnendiameter en wanddikte. De steekproefgrootte bedraagt ​​minimaal 5%.

2. Inspectie van het eindproduct: Uitgebreide verificatie van prestatie-indicatoren

Mechanische prestatietests: Er worden willekeurig monsters van afgewerkte producten genomen voor hardheidstests (Rockwell-hardheidsmeter), slagvastheidstests (pendelslagtester) en treksterktetests om te garanderen dat aan de productnormen wordt voldaan.

Niet-destructief onderzoek: Ultrasoon onderzoek wordt gebruikt om interne defecten zoals poriën en scheuren op te sporen, terwijl magnetisch deeltjesonderzoek wordt gebruikt om defecten aan het oppervlak en onder het oppervlak op te sporen.

Montagetesten: Gekwalificeerde componenten worden in een rollenketting gemonteerd en onderworpen aan dynamische prestatietesten, waaronder transmissienauwkeurigheid, geluidsniveau en levensduur. Een component wordt bijvoorbeeld pas als gekwalificeerd beschouwd als deze 1000 uur onafgebroken met 1500 omwentelingen per minuut heeft gedraaid zonder problemen.

V. Procesvoordelen en toepassingswaarde: Waarom is precisiesmeden de eerste keuze in de industrie?
Vergeleken met het traditionele proces van "smeden + uitgebreid snijden" biedt precisiesmeden drie belangrijke voordelen voor de productie van rollenkettingen:

Hoge materiaalbenutting: De materiaalbenutting is gestegen van 60-70% in traditionele processen naar meer dan 90%, waardoor de verspilling van grondstoffen aanzienlijk is verminderd;

Hoge productie-efficiëntie: Door gebruik te maken van continu smeden met meerdere stations en geautomatiseerde apparatuur is de productie-efficiëntie 3-5 keer hoger dan bij traditionele processen;

Uitstekende productprestaties: Smeden verdeelt de vezelstructuur van het metaal langs de contouren van het werkstuk, waardoor een gestroomlijnde structuur ontstaat. Dit resulteert in een 20-30% langere levensduur bij vermoeiing in vergelijking met machinaal bewerkte onderdelen.

Deze voordelen hebben geleid tot het wijdverbreide gebruik van precisiegesmede rollenkettingen in de hoogwaardige machinebouw, zoals rupsaandrijvingen voor bouwmachines, distributiesystemen voor automotoren en spindelaandrijvingen voor precisiegereedschapswerktuigen. Ze zijn uitgegroeid tot essentiële krachtbronnen die de stabiele werking van industriële apparatuur garanderen.

Conclusie
Het precisiesmeedproces voor rollenkettingen is het resultaat van een alomvattende aanpak die materiaalkunde, matrijstechnologie, geautomatiseerde besturing en kwaliteitscontrole combineert. Van de strenge eisen bij de selectie van grondstoffen tot de millimeterprecisiecontrole bij het smeden van de kern en de uitgebreide verificatie tijdens de producttesten: elk proces belichaamt de vindingrijkheid en technische kracht van industriële productie.