Полный анализ процесса прецизионной ковки роликовых цепей.

Полный анализ процесса прецизионной ковки роликовых цепей: секрет качества от сырья до готовой продукции.

В отрасли промышленной передачи электроэнергии надежностьроликовые цепиТочность ковки напрямую определяет эффективность работы и срок службы оборудования производственной линии. Являясь ключевой технологией производства основных компонентов роликовых цепей, прецизионная ковка, благодаря преимуществу получения деталей, близких к окончательной форме, обеспечивает идеальный баланс между точностью размеров компонентов, механическими свойствами и эффективностью производства. В этой статье мы подробно рассмотрим весь процесс прецизионной ковки роликовых цепей, раскрывая секреты производства высококачественных роликовых цепей.

1. Предварительная обработка: выбор и предварительная обработка сырья – контроль качества на этапе производства.

Основой качества в прецизионной ковке является тщательный отбор сырья и научная предварительная обработка. Основные несущие компоненты роликовых цепей (ролики, втулки, пластины цепи и т. д.) должны выдерживать переменные нагрузки, удары и износ. Поэтому выбор и обработка сырья напрямую влияют на характеристики конечного продукта.

1. Выбор сырья: подбор стали, соответствующей требованиям к эксплуатационным характеристикам.
В зависимости от области применения роликовой цепи (например, в строительной технике, автомобильных трансмиссиях и прецизионных станках), в качестве сырья обычно используются высококачественная углеродистая конструкционная сталь или легированная конструкционная сталь. Например, ролики и втулки требуют высокой износостойкости и ударной вязкости, часто используются легированные цементируемые стали, такие как 20CrMnTi. Пластины цепи требуют баланса прочности и усталостной стойкости, часто используются среднеуглеродистые конструкционные стали, такие как 40Mn и 50Mn. При выборе материала химический состав стали проверяется с помощью спектрального анализа, чтобы убедиться, что содержание таких элементов, как углерод, марганец и хром, соответствует национальным стандартам, таким как GB/T 3077, что позволяет избежать растрескивания при ковке или снижения эксплуатационных характеристик, вызванных отклонениями в составе.

2. Процесс предварительной обработки: «разогрев» перед ковкой.

После поступления на завод сырье проходит три ключевых этапа предварительной обработки:

Очистка поверхности: Дробеструйная обработка удаляет окалину, ржавчину и масло с поверхности стали, предотвращая попадание примесей в заготовку во время ковки и возникновение дефектов.

Резка: Для резки стали на заготовки фиксированного веса используются прецизионные пилы или строгальные станки с ЧПУ, при этом погрешность резки контролируется в пределах ±0,5%, что обеспечивает стабильные размеры заготовки после ковки.

Нагрев: Заготовка подается в среднечастотную индукционную печь. Скорость нагрева и конечная температура ковки регулируются в зависимости от типа стали (например, углеродистая сталь обычно нагревается до 1100-1250 °C) для достижения идеального состояния ковки, характеризующегося «хорошей пластичностью и низким сопротивлением деформации», при этом избегая перегрева или перегорания, которые могут ухудшить свойства материала.

II. Ковка стержней: прецизионная формовка для получения изделий, близких к окончательной форме.

Процесс ковки стержня является ключевым для достижения «минимальной или нулевой» обработки компонентов роликовых цепей. В зависимости от конструкции компонента, в основном используются штамповая ковка и ковка с осадкой, при этом для завершения процесса формования применяются прецизионные пресс-формы и интеллектуальное оборудование.

1. Подготовка пресс-формы: «ключевой фактор» для точной передачи.

Прецизионные ковочные формы изготавливаются из штамповочной стали H13. Благодаря фрезерованию на станках с ЧПУ, электроэрозионной обработке и полировке, форма приобретает точность размеров IT7 и шероховатость поверхности Ra ≤ 1,6 мкм. Форма должна быть предварительно нагрета до 200-300 °C и обработана графитовой смазкой. Это не только снижает трение и износ между заготовкой и формой, но и облегчает быстрое извлечение из формы и предотвращает дефекты прилипания. Для симметричных компонентов, таких как ролики, форма также должна быть спроектирована с отводными канавками и вентиляционными отверстиями, чтобы обеспечить равномерное заполнение полости расплавленным металлом (горячей заготовкой) и удаление воздуха и примесей.

2. Ковка: Индивидуальная обработка с учетом характеристик компонента.

Роликовая ковка: используется двухэтапный процесс «осадка-окончательная ковка». Нагретая заготовка сначала опускается в предварительном ковочном штампе, первоначально деформируя материал и заполняя полость предварительного ковочного штампа. Затем заготовка быстро переносится в окончательный ковочный штамп. Под высоким давлением пресса (обычно это пресс горячей ковки с усилием 1000-3000 кН) заготовка полностью устанавливается в полость окончательного ковочного штампа, формируя сферическую поверхность ролика, внутреннее отверстие и другие структуры. Скорость и давление ковки должны контролироваться на протяжении всего процесса, чтобы избежать растрескивания заготовки из-за чрезмерной деформации.

Ковка с использованием втулок: применяется комбинированный процесс «пробивка-расширение». Сначала в центре заготовки с помощью пуансона пробивается глухое отверстие. Затем отверстие расширяется до заданных размеров с помощью расширительной матрицы, при этом сохраняется равномерный допуск по толщине стенки втулки ≤0,1 мм.

Ковка пластин цепи: Из-за плоской и тонкой структуры пластин цепи используется процесс «многопозиционной непрерывной штамповки». После нагрева заготовка проходит через станции предварительной формовки, окончательной формовки и обрезки, завершая обработку профиля и отверстий пластины цепи за одну операцию, со скоростью производства 80-120 деталей в минуту.

3. Послековочная обработка: стабилизация характеристик и внешнего вида.

Кованая заготовка немедленно подвергается закалке остаточным теплом или изотермической нормализации. Путем регулирования скорости охлаждения (например, с помощью водяного распыления или охлаждения в нитратной ванне) металлографическая структура заготовки корректируется для достижения однородной сорбитовой или перлитной структуры в таких компонентах, как ролики и втулки, что повышает твердость (твердость роликов обычно составляет HRC 58-62) и усталостную прочность. Одновременно высокоскоростной обрезной станок используется для удаления заусенцев и облоя с кромок поковки, обеспечивая соответствие внешнего вида компонента проектным требованиям.

3. Отделка и укрепление: повышение качества в деталях.

После ковки заготовки она уже имеет базовый внешний вид, но для дальнейшего повышения точности и характеристик, соответствующих строгим требованиям высокоскоростных цепных передач, необходимы процессы финишной обработки и упрочнения.

1. Точная коррекция: исправление незначительных деформаций

Из-за усадки и снятия напряжений после ковки заготовки могут иметь незначительные отклонения в размерах. В процессе чистовой обработки используется прецизионный корректирующий штамп, который оказывает давление на холодную заготовку для исправления отклонений в размерах до уровня IT8. Например, погрешность округлости наружного диаметра ролика должна контролироваться в пределах 0,02 мм, а погрешность цилиндричности внутреннего диаметра втулки не должна превышать 0,015 мм для обеспечения плавной передачи цепи после сборки.
2. Упрочнение поверхности: повышение износостойкости и коррозионной стойкости.

В зависимости от условий эксплуатации, обрабатываемые детали требуют целенаправленной обработки поверхности:

Цементация и закалка: Ролики и втулки цементируются в цементационной печи при температуре 900-950 °C в течение 4-6 часов для достижения содержания углерода на поверхности 0,8%-1,2%. Затем они закаливаются и отпускаются при низких температурах для создания градиентной микроструктуры, характеризующейся высокой твердостью поверхности и высокой ударной вязкостью сердцевины. Твердость поверхности может достигать более HRC60, а ударная вязкость сердцевины — ≥50 Дж/см².

Фосфатирование: Такие компоненты, как пластины цепи, подвергаются фосфатированию для образования пористой фосфатной пленки на поверхности, что улучшает последующее сцепление смазки и повышает коррозионную стойкость.

Дробеструйная обработка: Дробеструйная обработка поверхности пластины цепи создает остаточное сжимающее напряжение за счет удара дроби из быстрорежущей стали, что снижает вероятность образования усталостных трещин и продлевает срок службы цепи.

IV. Полный контроль производственного процесса: защита качества для устранения дефектов.

Каждый этап высокоточной ковки тщательно проверяется, формируя комплексную систему контроля качества от сырья до готовой продукции и обеспечивая 100% гарантию качества всех компонентов роликовых цепей, покидающих завод.

1. Контроль технологического процесса: мониторинг ключевых параметров в режиме реального времени.

Контроль температуры нагрева: Для контроля температуры нагрева заготовки в режиме реального времени используются инфракрасные термометры, погрешность измерений составляет ±10°C.

Контроль качества пресс-формы: Износ полости пресс-формы проверяется каждые 500 произведенных деталей. Если шероховатость поверхности превышает Ra3,2 мкм, немедленно производится полировка.

Контроль размеров: Для отбора проб и контроля кованых деталей используется трехмерная координатно-измерительная машина, с упором на ключевые размеры, такие как внешний диаметр, внутренний диаметр и толщина стенки. Частота отбора проб составляет не менее 5%.

2. Контроль качества готовой продукции: комплексная проверка показателей эффективности.

Испытания механических характеристик: выборочная проверка готовых изделий на твердость (твердомер Роквелла), ударную вязкость (маятниковый ударный тестер) и прочность на растяжение для обеспечения соответствия стандартам качества продукции.

Неразрушающий контроль: ультразвуковой контроль используется для обнаружения внутренних дефектов, таких как поры и трещины, а магнитопорошковый контроль — для обнаружения поверхностных и подповерхностных дефектов.

Испытания при сборке: Прошедшие проверку компоненты собираются в роликовую цепь и подвергаются динамическим испытаниям, включая точность передачи, уровень шума и ресурс усталости. Например, компонент считается прошедшим проверку только в том случае, если он непрерывно работал при 1500 об/мин в течение 1000 часов без каких-либо проблем.

V. Преимущества процесса и ценность применения: почему прецизионная ковка является выбором номер один в отрасли?
По сравнению с традиционным процессом «ковка + обширная резка», прецизионная ковка предлагает три основных преимущества для производства роликовых цепей:

Высокая степень использования материалов: В традиционных процессах степень использования материалов увеличилась с 60-70% до более чем 90%, что значительно сократило потери сырья;

Высокая эффективность производства: благодаря использованию многопозиционной непрерывной ковки и автоматизированного оборудования, эффективность производства в 3-5 раз выше, чем при традиционных процессах;

Превосходные эксплуатационные характеристики изделия: ковка распределяет волокнистую структуру металла вдоль контура заготовки, создавая обтекаемую структуру, что приводит к увеличению срока службы на 20-30% по сравнению с деталями, обработанными механическим способом.

Эти преимущества привели к широкому использованию прецизионных кованых роликовых цепей в производстве высокотехнологичного оборудования, такого как приводы гусениц для строительной техники, системы синхронизации для автомобильных двигателей и шпиндельные приводы для прецизионных станков. Они стали основными силовыми компонентами, обеспечивающими стабильную работу промышленного оборудования.

Заключение
Процесс высокоточной ковки роликовых цепей является кульминацией комплексного подхода, сочетающего материаловедение, технологию изготовления пресс-форм, автоматизированное управление и контроль качества. От строгих стандартов в выборе сырья до миллиметровой точности при ковке сердечника и всесторонней проверки при тестировании готовой продукции — каждый процесс воплощает в себе изобретательность и техническую мощь промышленного производства.