O analiză completă a procesului de forjare de precizie a lanțurilor cu role

O analiză completă a procesului de forjare de precizie a lanțurilor cu role: Secretul calității de la materiile prime la produsul finit

În industria transmisiilor industriale, fiabilitatealanțuri cu roledetermină direct eficiența operațională și durata de viață a echipamentului liniei de producție. Fiind tehnologia de fabricație de bază pentru componentele lanțurilor cu role, forjarea de precizie, cu avantajul formei sale aproape nete, realizează un echilibru perfect între precizia dimensională a componentelor, proprietățile mecanice și eficiența producției. Acest articol va aprofunda întregul proces de forjare de precizie a lanțurilor cu role, dezvăluind secretele din spatele lanțurilor cu role de înaltă calitate.

1. Pre-procesare: Selectarea și pretratarea materiilor prime – Controlul calității la sursă

Fundația calității în forjarea de precizie începe cu o selecție riguroasă a materiilor prime și o pretratare științifică. Componentele principale portante ale lanțurilor cu role (role, bucșe, plăci de lanț etc.) trebuie să reziste la sarcini alternante, impact și uzură. Prin urmare, alegerea și tratarea materiilor prime au un impact direct asupra performanței produsului final.

1. Selectarea materiei prime: Selectarea oțelului pentru a corespunde cerințelor de performanță
În funcție de aplicația lanțului cu role (cum ar fi utilaje de construcții, transmisii auto și mașini-unelte de precizie), materiile prime utilizate de obicei sunt oțelul structural carbon de înaltă calitate sau oțelul structural aliat. De exemplu, rolele și bucșele necesită o rezistență ridicată la uzură și o tenacitate ridicată, adesea utilizându-se oțeluri de cementare aliate, cum ar fi 20CrMnTi. Plăcile de lanț necesită un echilibru între rezistență și rezistență la oboseală, adesea utilizându-se oțeluri structurale cu conținut mediu de carbon, cum ar fi 40Mn și 50Mn. În timpul selecției materialelor, compoziția chimică a oțelului este testată prin analiză spectrală pentru a se asigura că conținutul de elemente precum carbonul, manganul și cromul respectă standardele naționale precum GB/T 3077, evitând astfel fisurarea la forjare sau deficiențele de performanță cauzate de abateri de compoziție.

2. Procesul de pretratare: „Încălzire” pentru forjare

După intrarea în fabrică, materiile prime trec prin trei etape cheie de pretratare:

Curățarea suprafeței: Sablarea îndepărtează crusta, rugina și uleiul de pe suprafața oțelului pentru a preveni presarea impurităților în piesa de prelucrat în timpul forjării și provocarea defectelor.

Tăiere: Fierăstraie de precizie sau foarfece CNC sunt utilizate pentru a tăia oțelul în țagle cu greutate fixă, cu o eroare de precizie de tăiere controlată în limita a ±0,5% pentru a asigura dimensiuni consistente ale piesei de prelucrat după forjare.

Încălzire: Țagla este introdusă într-un cuptor de inducție cu frecvență medie. Viteza de încălzire și temperatura finală de forjare sunt controlate în funcție de tipul de oțel (de exemplu, oțelul carbon este de obicei încălzit la 1100-1250°C) pentru a obține starea ideală de forjare de „plasticitate bună și rezistență redusă la deformare”, evitând în același timp supraîncălzirea sau arderea excesivă care ar putea degrada proprietățile materialului.

II. Forjare cu miez: Modelare precisă pentru o formă aproape netă

Procesul de forjare a miezului este esențial pentru obținerea producției de componente ale lanțurilor cu role „cu așchiere joasă sau fără așchiere”. În funcție de structura componentei, se utilizează în principal forjarea în matriță și forjarea prin deformare, utilizând matrițe de precizie și echipamente inteligente pentru a finaliza procesul de formare.

1. Pregătirea matriței: „Mediul cheie” pentru transmisia de precizie

Matrițele de forjare de precizie sunt fabricate din oțel H13 pentru prelucrare la cald. Prin frezare CNC, prelucrare EDM și lustruire, cavitatea matriței atinge o precizie dimensională de IT7 și o rugozitate a suprafeței de Ra ≤ 1,6 μm. Matrița trebuie preîncălzită la 200-300°C și pulverizată cu lubrifiant din grafit. Acest lucru nu numai că reduce frecarea și uzura dintre semifabricat și matriță, dar facilitează și demularea rapidă și previne defectele de lipire. Pentru componentele simetrice, cum ar fi rolele, matrița trebuie, de asemenea, proiectată cu caneluri și orificii de ventilație pentru a se asigura că metalul topit (semifabricatul fierbinte) umple uniform cavitatea și îndepărtează aerul și impuritățile.

2. Forjare: Prelucrare personalizată bazată pe caracteristicile componentelor

Forjare cu role: Se utilizează un proces de „forjare finală prin recalcinare” în doi pași. Țagla încălzită este mai întâi recalcinată într-o matriță de pre-forjare, deformând inițial materialul și umplând cavitatea de pre-forjare. Țagla este apoi transferată rapid în matrița de forjare finală. Sub presiunea ridicată a unei prese (de obicei o presă de forjare la cald cu o forță de 1000-3000 kN), țagla este complet montată în cavitatea finală de forjare, formând suprafața sferică a rolei, alezajul interior și alte structuri. Viteza și presiunea de forjare trebuie controlate pe parcursul întregului proces pentru a evita fisurarea piesei de prelucrat din cauza deformării excesive.

Forjare manșon: Se utilizează un proces compozit de „ștanțare-expansiune”. Mai întâi se perfora o gaură înfundată în centrul țaglei folosind un poanson. Gaura este apoi extinsă la dimensiunile proiectate folosind o matriță de expansiune, menținând în același timp o toleranță uniformă a grosimii peretelui manșonului de ≤0,1 mm.

Forjare plăci de lanț: Datorită structurii plate și subțiri a plăcilor de lanț, se utilizează un proces de „forjare continuă cu matriță în mai multe stații”. După încălzire, semifabricatul trece prin stațiile de preformare, formare finală și tăiere, finalizând profilul plăcii de lanț și prelucrarea găurilor într-o singură operație, cu o rată de producție de 80-120 de bucăți pe minut.

3. Prelucrarea post-forjare: Stabilizarea performanței și a aspectului

Piesa de prelucrat forjată este supusă imediat unei căliri reziduale sau unei normalizări izoterme. Prin controlul vitezei de răcire (de exemplu, utilizând răcirea cu pulverizare de apă sau răcirea cu baie de nitrați), structura metalografică a piesei de prelucrat este ajustată pentru a obține o structură uniformă de sorbit sau perlit în componente precum role și bucșe, îmbunătățind duritatea (duritatea rolelor necesită de obicei HRC 58-62) și rezistența la oboseală. Simultan, o mașină de tăiere de mare viteză este utilizată pentru a îndepărta bavurile și umflăturile de pe marginile piesei forjate, asigurându-se că aspectul componentei îndeplinește cerințele de proiectare.

3. Finisare și consolidare: Îmbunătățirea calității în detaliu

După forjarea miezului, piesa de prelucrat are deja un aspect de bază, dar sunt necesare procese de finisare și întărire pentru a-i îmbunătăți și mai mult precizia și performanța, astfel încât să îndeplinească cerințele stricte ale transmisiei cu lanț cu role de mare viteză.

1. Corecția de precizie: Corectarea deformărilor minore

Din cauza contracției și eliberării de stres după forjare, piesele de prelucrat pot prezenta abateri dimensionale minore. În timpul procesului de finisare, se utilizează o matriță de corecție de precizie pentru a aplica presiune pe piesa de prelucrat rece pentru a corecta abaterile dimensionale în limita IT8. De exemplu, eroarea de rotunjime a diametrului exterior al rolei trebuie controlată sub 0,02 mm, iar eroarea de cilindricitate a diametrului interior al manșonului nu trebuie să depășească 0,015 mm pentru a asigura o transmisie lină a lanțului după asamblare.
2. Întărirea suprafeței: Îmbunătățirea rezistenței la uzură și coroziune

În funcție de mediul de aplicare, piesele de prelucrat necesită un tratament de suprafață specific:

Cementare și călire: Rolele și bucșele sunt carburate într-un cuptor de cementare la 900-950°C timp de 4-6 ore pentru a obține un conținut de carbon la suprafață de 0,8%-1,2%. Apoi sunt călite și revenite la temperaturi scăzute pentru a crea o microstructură gradientă caracterizată printr-o duritate superficială ridicată și o tenacitate a miezului ridicată. Duritatea superficială poate atinge peste HRC60, iar tenacitatea la impact a miezului ≥50J/cm².

Fosfatare: Componente precum plăcile de lanț sunt fosfatate pentru a forma o peliculă poroasă de fosfat la suprafață, îmbunătățind aderența ulterioară a grăsimii și rezistența la coroziune.

Golire prin împușcare: Golirea prin împușcare a suprafeței plăcii lanțului creează o tensiune reziduală de compresiune prin impactul alicelor de oțel rapid, reducând inițierea fisurilor la oboseală și prelungind durata de viață a lanțului.

IV. Inspecția completă a procesului: o apărare a calității pentru eliminarea defectelor

Fiecare proces de forjare de precizie este riguros inspectat, formând un sistem complet de control al calității, de la materiile prime până la produsul finit, asigurând o asigurare 100% a calității pentru toate componentele lanțului cu role care părăsesc fabrica.

1. Inspecția procesului: Monitorizarea în timp real a parametrilor cheie

Inspecția încălzirii: Termometrele cu infraroșu sunt utilizate pentru a monitoriza temperatura de încălzire a țaglei în timp real, cu o eroare controlată în limita a ±10°C.

Inspecția matriței: Cavitatea matriței este inspectată pentru uzură la fiecare 500 de piese produse. Reparațiile de lustruire se efectuează imediat dacă rugozitatea suprafeței depășește Ra3,2 μm.

Inspecția dimensiunilor: O mașină de măsurat în coordonate tridimensionale este utilizată pentru a preleva eșantioane și a inspecta piesele forjate, concentrându-se pe dimensiuni cheie, cum ar fi diametrul exterior, diametrul interior și grosimea peretelui. Rata de eșantionare este de cel puțin 5%.

2. Inspecția produsului finit: Verificarea completă a indicatorilor de performanță

Testarea performanței mecanice: Se prelevează aleatoriu probe de produse finite pentru testarea durității (aparat de testare a durității Rockwell), testarea tenacității la impact (aparat de testare a impactului cu pendul) și testarea rezistenței la tracțiune pentru a asigura conformitatea cu standardele produsului.

Testare nedistructivă: Testarea cu ultrasunete este utilizată pentru a detecta defecte interne, cum ar fi porii și fisurile, în timp ce testarea cu particule magnetice este utilizată pentru a detecta defectele de suprafață și cele subterane.

Testarea asamblării: Componentele calificate sunt asamblate într-un lanț cu role și supuse unor teste de performanță dinamică, inclusiv precizia transmisiei, nivelul de zgomot și durata de viață la oboseală. De exemplu, o componentă este considerată calificată numai dacă a funcționat continuu la 1500 r/min timp de 1000 de ore fără probleme.

V. Avantajele procesului și valoarea aplicației: De ce este forjarea de precizie prima alegere a industriei?
Comparativ cu procesul tradițional de „forjare + tăiere extensivă”, forjarea de precizie oferă trei avantaje principale pentru fabricarea lanțurilor cu role:

Utilizare ridicată a materialelor: Utilizarea materialelor a crescut de la 60%-70% în procesele tradiționale la peste 90%, reducând semnificativ risipa de materii prime;

Eficiență ridicată a producției: Utilizând forjare continuă cu mai multe stații și echipamente automatizate, eficiența producției este de 3-5 ori mai mare decât în ​​cazul proceselor tradiționale;

Performanță excelentă a produsului: Forjarea distribuie structura fibroasă a metalului de-a lungul conturului piesei de prelucrat, creând o structură aerodinamică, rezultând o creștere cu 20%-30% a rezistenței la oboseală în comparație cu piesele prelucrate prin prelucrări mecanice.

Aceste avantaje au condus la utilizarea pe scară largă a lanțurilor cu role forjate de precizie în fabricarea echipamentelor de înaltă performanță, cum ar fi acționările pe șenile pentru utilaje de construcții, sistemele de distribuție pentru motoarele auto și acționările cu ax pentru mașini-unelte de precizie. Acestea au devenit componentele de putere de bază care asigură funcționarea stabilă a echipamentelor industriale.

Concluzie
Procesul de forjare de precizie pentru lanțurile cu role este punctul culminant al unei abordări cuprinzătoare care combină știința materialelor, tehnologia matrițelor, controlul automat și inspecția calității. De la standardele stricte în selecția materiilor prime, la controlul de precizie la nivel milimetric în forjarea miezului, până la verificarea completă în testarea produsului finit, fiecare proces întruchipează ingeniozitatea și forța tehnică a producției industriale.