Стандарты процесса штамповки пластин наружных звеньев роликовой цепи

Стандарты процесса штамповки пластин наружных звеньев роликовой цепи

В промышленных системах передачи роликовые цепи являются основными компонентами, и их характеристики напрямую определяют эффективность работы оборудования и срок его службы. Внешние звенья, «скелет» цепи,роликовая цепьВнешние звенья цепи играют решающую роль в передаче нагрузок и соединении звеньев. Стандартизация и точность процесса их изготовления являются важнейшими факторами, влияющими на общее качество роликовой цепи. Штамповка, основной метод изготовления пластин внешних звеньев, требует строгих стандартов на каждом этапе, от выбора сырья до поставки готовой продукции, чтобы гарантировать, что пластины внешних звеньев обладают достаточной прочностью, ударной вязкостью и точностью размеров. В данной статье будет представлен углубленный анализ всех технологических стандартов штамповки пластин внешних звеньев роликовой цепи, что послужит профессиональным справочником для специалистов отрасли и позволит конечным пользователям лучше понять логику процесса, лежащую в основе производства высококачественных роликовых цепей.

I. Основные гарантии перед штамповкой: выбор сырья и стандарты предварительной обработки.

Рабочие характеристики пластин наружных звеньев цепи начинаются с высококачественного сырья. Процесс штамповки предъявляет четкие требования к механическим свойствам и химическому составу материала, что является необходимым условием для бесперебойного выполнения последующих процессов. В настоящее время основными материалами для пластин наружных звеньев цепи в отрасли являются низкоуглеродистые легированные конструкционные стали (например, 20Mn2 и 20CrMnTi) и высококачественные углеродистые конструкционные стали (например, сталь 45). Выбор материала зависит от области применения роликовой цепи (например, большие нагрузки, высокие скорости и агрессивные среды). Однако, независимо от выбранного материала, он должен соответствовать следующим основным стандартам:

1. Стандарты химического состава сырья
Контроль содержания углерода (C): Для стали 45 содержание углерода должно составлять от 0,42% до 0,50%. Более высокое содержание углерода может увеличить хрупкость материала и образование трещин при штамповке, в то время как более низкое содержание углерода может повлиять на его прочность после последующей термообработки. Содержание марганца (Mn) в стали 20Mn2 должно поддерживаться в пределах от 1,40% до 1,80% для улучшения закаливаемости и ударной вязкости материала, обеспечивая сопротивление разрушению внешних соединительных пластин под ударными нагрузками. Предельные значения содержания вредных элементов: Содержание серы (S) и фосфора (P) должно строго контролироваться и быть ниже 0,035%. Эти два элемента могут образовывать низкоплавкие соединения, вызывая «горячую хрупкость» или «холодную хрупкость» материала в процессе штамповки, что влияет на выход готовой продукции.

2. Стандарты предварительной обработки сырья

Перед началом процесса штамповки сырье проходит три этапа предварительной обработки: травление, фосфатирование и пропитка маслом. К каждому этапу предъявляются четкие требования к качеству:

Травление: Используя 15-20%-ный раствор соляной кислоты, выдерживайте при комнатной температуре в течение 15-20 минут для удаления окалины и ржавчины с поверхности стали. После травления поверхность стали должна быть свободна от видимой окалины и чрезмерной коррозии (точечной коррозии), которая может повлиять на адгезию последующего фосфатного покрытия.

Фосфатирование: Используя цинковый фосфатный раствор, обрабатывайте при температуре 50-60°C в течение 10-15 минут для образования фосфатного покрытия толщиной 5-8 мкм. Фосфатное покрытие должно быть равномерным и плотным, с адгезией, достигающей уровня 1 (отсутствие отслаивания) по результатам поперечного теста. Это снижает трение между штамповочной матрицей и стальной пластиной, продлевая срок службы матрицы и повышая коррозионную стойкость наружной соединительной пластины.

Нанесение масла: Нанесите тонкий слой антикоррозионного масла (толщиной ≤ 3 мкм) на поверхность фосфатного покрытия. Масляная пленка должна быть нанесена равномерно, без зазоров и скоплений. Это предотвратит ржавление стальной пластины во время хранения, сохраняя при этом точность последующих операций штамповки.

II. Стандарты для процессов штамповки стержней: контроль точности от вырубки до формовки.

Процесс штамповки наружных звеньев роликовых цепей состоит в основном из четырех этапов: вырубка, пробивка, формовка и обрезка. Параметры оборудования, точность штампов и рабочие процедуры на каждом этапе напрямую влияют на точность размеров и механические свойства наружных звеньев. Необходимо строго соблюдать следующие стандарты:

1. Стандарты процесса штамповки
Процесс вырубки включает в себя штамповку листов необработанной стали в заготовки, соответствующие размерам развернутых внешних звеньев. Обеспечение точности размеров и качества кромок заготовок имеет решающее значение для этого процесса.

Выбор оборудования: Требуется закрытый одноточечный пресс (тоннаж варьируется в зависимости от размера внешнего звена, обычно 63-160 кН). Точность хода ползуна пресса должна контролироваться в пределах ±0,02 мм для обеспечения стабильного хода при каждом прессовании и предотвращения отклонений в размерах.

Точность штамповки: Зазор между пуансоном и матрицей вырубной матрицы должен определяться исходя из толщины материала, обычно 5–8% от его толщины (например, для материала толщиной 3 мм зазор составляет 0,15–0,24 мм). Шероховатость режущей кромки матрицы должна быть ниже Ra0,8 мкм. Износ кромки, превышающий 0,1 мм, требует незамедлительной переточки для предотвращения образования заусенцев на кромке заготовки (высота заусенцев ≤ 0,05 мм).

Требования к размерам: Отклонение длины заготовки должно составлять ±0,03 мм, отклонение ширины — ±0,02 мм, а отклонение диагонали — 0,04 мм после вырубки, чтобы обеспечить точность базовых параметров для последующих этапов обработки.

2. Стандарты процесса штамповки

Пробивка — это процесс пробивки отверстий для болтов и роликов для внешних пластин звеньев в заготовке после вырубки. Точность положения отверстий и точность диаметра напрямую влияют на качество сборки роликовой цепи.

Метод позиционирования: Используется двойное базовое позиционирование (с использованием двух смежных кромок заготовки в качестве опорной). Фиксирующие штифты должны соответствовать точности IT6 для обеспечения стабильного положения заготовки при каждой штамповке. Отклонение положения отверстия должно быть ≤ 0,02 мм (относительно опорной поверхности внешней пластины звена). Точность диаметра отверстия: Отклонение диаметра между отверстиями для болта и ролика должно соответствовать требованиям допуска IT9 (например, для отверстия диаметром 10 мм отклонение составляет +0,036 мм/-0 мм). Допуск на округлость отверстия должен быть ≤ 0,01 мм, а шероховатость стенок отверстия должна быть ниже Ra1,6 мкм. Это предотвращает слишком свободное или слишком тугое натяжение звеньев цепи из-за отклонения диаметра отверстия, что может повлиять на стабильность передачи.

Порядок пробивки отверстий: Сначала пробивайте отверстия для болтов, затем отверстия для роликов. Отклонение межосевого расстояния между двумя отверстиями должно быть в пределах ±0,02 мм. Суммарное отклонение межосевого расстояния напрямую приведет к отклонению шага в роликовой цепи, что, в свою очередь, повлияет на точность передачи.

3. Стандарты процесса формования

Формование включает в себя продавливание пробитой заготовки через матрицу для получения окончательной формы внешней соединительной пластины (например, изогнутой или ступенчатой). Этот процесс требует обеспечения точности формы внешней соединительной пластины и контроля упругого восстановления.

Конструкция пресс-формы: Формовочная матрица должна иметь сегментированную структуру с двумя станциями: предварительной и окончательной формовки, сконфигурированными в соответствии с формой внешней соединительной пластины. Станция предварительной формовки сначала прессует заготовку, придавая ей предварительную форму, чтобы уменьшить деформационное напряжение во время окончательной формовки. Шероховатость поверхности полости окончательной формовочной матрицы должна достигать Ra0,8 мкм для обеспечения гладкой поверхности внешней соединительной пластины без вмятин.

Контроль давления: Давление формования следует рассчитывать исходя из предела текучести материала и обычно составляет 1,2-1,5 раза больше предела текучести материала (например, предел текучести стали 20Mn2 составляет 345 МПа; давление формования следует контролировать в диапазоне 414-517 МПа). Слишком низкое давление приведет к неполному формованию, а слишком высокое давление вызовет чрезмерную пластическую деформацию, что повлияет на последующие характеристики термообработки. Контроль упругого восстановления: После формования упругое восстановление внешней соединительной пластины должно контролироваться в пределах 0,5°. Этого можно избежать, установив компенсационный угол в полости пресс-формы (определяемый на основе характеристик упругого восстановления материала, обычно 0,3°-0,5°), чтобы гарантировать соответствие готового изделия проектным требованиям.

4. Стандарты процесса обрезки
Обрезка — это процесс удаления заусенцев и избыточного материала, образующегося в процессе формовки, для обеспечения прямолинейности кромок внешней соединительной пластины.

Точность обрезной матрицы: Зазор между пуансоном и матрицей обрезной матрицы должен контролироваться в пределах 0,01-0,02 мм, а острота режущей кромки должна быть ниже Ra0,4 мкм. Необходимо обеспечить отсутствие заусенцев на кромках внешней соединительной пластины после обрезки (высота заусенцев ≤ 0,03 мм), а погрешность прямолинейности кромки должна быть ≤ 0,02 мм/м.

Последовательность обрезки: Сначала обрежьте длинные кромки, затем короткие. Это предотвратит деформацию внешней соединительной пластины из-за неправильной последовательности обрезки. После обрезки внешнюю соединительную пластину необходимо визуально осмотреть, чтобы убедиться в отсутствии дефектов, таких как сколы углов или трещины.

III. Стандарты контроля качества после штамповки: комплексный контроль характеристик готовой продукции.

После штамповки внешние соединительные пластины проходят три строгих этапа контроля качества: проверку размеров, проверку механических свойств и проверку внешнего вида. Только изделия, соответствующие всем стандартам, могут быть переданы на последующую термообработку и сборку. Конкретные стандарты контроля качества следующие:

1. Стандарты контроля размеров
Контроль размеров осуществляется с помощью трехмерной координатно-измерительной машины (точность ≤ 0,001 мм) в сочетании со специализированными измерительными приборами, с акцентом на следующие ключевые размеры:

Шаг: Шаг наружной пластины звена (расстояние между двумя отверстиями для болтов) должен иметь допуск ±0,02 мм, при этом суммарная погрешность шага не должна превышать 0,05 мм на 10 штук. Чрезмерное отклонение шага может вызывать вибрацию и шум во время передачи на роликовой цепи.

Толщина: Отклонение толщины наружной пластины звена должно соответствовать требованиям допуска IT10 (например, для толщины 3 мм отклонение составляет +0,12 мм/-0 мм). Вариации толщины внутри партии должны быть ≤0,05 мм, чтобы предотвратить неравномерную нагрузку на звенья цепи из-за неравномерной толщины. Допуск на положение отверстия: Отклонение положения между отверстием для болта и отверстием для ролика должно быть ≤0,02 мм, а ошибка соосности отверстия должна быть ≤0,01 мм. Убедитесь, что зазор между штифтом и роликом соответствует проектным требованиям (зазор обычно составляет 0,01-0,03 мм).

2. Стандарты испытаний механических свойств

Для определения механических свойств необходимо случайным образом отобрать 3-5 образцов из каждой партии продукции для проверки прочности на растяжение, твердости и прочности на изгиб.

Предел прочности на растяжение: Испытание проводится на универсальной машине для испытания материалов. Предел прочности на растяжение внешней соединительной пластины должен составлять ≥600 МПа (после термообработки стали 45) или ≥800 МПа (после термообработки стали 20Mn2). Разрушение должно происходить в области, не являющейся отверстием, внешней соединительной пластины. Разрушение вблизи отверстия указывает на концентрацию напряжений в процессе штамповки, и параметры штампа должны быть скорректированы. Твердость: Для измерения твердости поверхности внешних соединительных пластин используйте твердомер Роквелла. Твердость должна контролироваться в пределах HRB80-90 (в отожженном состоянии) или HRC35-40 (в закаленном и отпущенном состоянии). Чрезмерно высокая твердость увеличит хрупкость материала и его склонность к разрушению; чрезмерно низкая твердость повлияет на износостойкость.

Испытание на изгиб: Согните внешние соединительные пластины на 90° вдоль их длины. После изгиба на поверхности не должно появиться трещин или изломов. Упругость после снятия нагрузки должна быть ≤5°. Это гарантирует, что внешние соединительные пластины обладают достаточной прочностью, чтобы выдерживать ударные нагрузки во время передачи.

3. Стандарты осмотра внешнего вида

Внешний осмотр проводится с использованием сочетания визуального осмотра и осмотра с помощью увеличительного стекла (10-кратное увеличение). Конкретные требования следующие:

Качество поверхности: Поверхность внешней соединительной пластины должна быть гладкой и ровной, без царапин (глубина ≤ 0,02 мм), вмятин или других дефектов. Фосфатное покрытие должно быть равномерным, без отсутствующих участков, пожелтения или отслоения. Качество кромок: Кромки должны быть без заусенцев (высота ≤ 0,03 мм), сколов (размер сколов ≤ 0,1 мм), трещин или других дефектов. Мелкие заусенцы должны быть удалены путем пассивации (погружение в пассивирующий раствор на 5-10 минут), чтобы предотвратить царапины на операторе или других компонентах во время сборки.
Качество стенок отверстия: Стенки отверстия должны быть гладкими, без ступенек, царапин, деформаций или других дефектов. При проверке с помощью проходного/непроходного калибра проходной калибр должен проходить гладко, а непроходной — нет, что гарантирует соответствие отверстия требованиям точности сборки.

IV. Оптимизация процесса штамповки: от стандартизации к интеллектуальным решениям

В связи с непрерывным развитием технологий промышленного производства, стандарты процессов штамповки наружных звеньев роликовых цепей также постоянно совершенствуются. Будущее развитие будет ориентировано на интеллектуальные, экологичные и высокоточные процессы. Конкретные направления оптимизации следующие:

1. Применение интеллектуального производственного оборудования

Представляем станки с ЧПУ для штамповки и промышленных роботов, обеспечивающие автоматизированное и интеллектуальное управление процессом штамповки:

Станки для штамповки с ЧПУ: Оснащенные высокоточной сервосистемой, они позволяют в режиме реального времени регулировать такие параметры, как давление штамповки и скорость хода, с точностью управления ±0,001 мм. Они также обладают возможностями самодиагностики, позволяющими своевременно выявлять такие проблемы, как износ штампа и аномалии материала, что снижает количество бракованной продукции.

Промышленные роботы: используются для загрузки сырья, перемещения штампованных деталей и сортировки готовой продукции, заменяя ручные операции. Это не только повышает эффективность производства (обеспечивая круглосуточное непрерывное производство), но и исключает отклонения в размерах, вызванные ручной работой, гарантируя стабильное качество продукции.

2. Содействие внедрению экологически чистых процессов.

Снижение энергопотребления и загрязнения окружающей среды при соблюдении технологических стандартов:

Оптимизация материала пресс-формы: использование композитной пресс-формы из быстрорежущей стали (HSS) и твердого сплава (WC) увеличивает срок службы пресс-формы (его можно продлить в 3-5 раз), снижает частоту замены пресс-формы и уменьшает количество отходов материала.

Улучшение процесса предварительной обработки: внедрение технологии фосфатирования без использования фосфора и применение экологически чистых фосфатирующих растворов снижают загрязнение фосфором. Кроме того, электростатическое распыление антикоррозионного масла повышает его эффективность (коэффициент использования может быть увеличен до более чем 95%) и снижает выбросы масляного тумана.

3. Модернизация высокоточных технологий контроля качества.

Для обеспечения быстрой и точной проверки качества наружных соединительных пластин была внедрена система машинного зрения.

Система машинного зрения, оснащенная камерой высокого разрешения (≥ 20 мегапикселей) и программным обеспечением для обработки изображений, позволяет одновременно проверять наружные соединительные пластины на точность размеров, наличие дефектов внешнего вида, отклонение положения отверстий и другие параметры. Система обеспечивает скорость проверки 100 изделий в минуту, что более чем в 10 раз превышает точность ручной проверки. Она также позволяет хранить и анализировать данные проверки в режиме реального времени, обеспечивая поддержку данных для оптимизации процесса.

Вывод: Стандарты являются основой качества, а детали определяют надежность передачи данных.

Процесс штамповки пластин наружных звеньев роликовой цепи может показаться простым, но на каждом этапе необходимо соблюдать строгие стандарты — от контроля химического состава сырья и обеспечения точности размеров в процессе штамповки до всестороннего контроля качества готовой продукции. Упущение любой детали может привести к ухудшению характеристик пластины наружных звеньев и, следовательно, повлиять на надежность передачи всей роликовой цепи.