Technické požiadavky na brúsenie vysoko presných valčekových reťazí

Technické požiadavky na brúsenie vysoko presných valčekových reťazí

V odvetví priemyselných prenosov,valčekové reťazesú kľúčovými komponentmi pre prenos výkonu a riadenie pohybu. Ich presnosť priamo určuje prevádzkovú účinnosť, stabilitu a životnosť zariadenia. Proces brúsenia, posledný krok pri zvyšovaní presnosti pri výrobe valčekových reťazí, je kľúčovým rozlišovacím znakom medzi štandardnými a vysoko presnými reťazami. Tento článok sa ponorí do základných technických požiadaviek na vysoko presné brúsenie valčekových reťazí, pričom sa zameria na princípy procesu, podrobnú kontrolu, normy kvality a aplikačné scenáre a poskytne komplexné pochopenie tejto kritickej technológie podporujúcej výrobu špičkových zariadení.

1. Základná hodnota vysoko presného brúsenia valčekových reťazí: Prečo je to „kotva“ presnosti prevodovky

Predtým, ako sa budeme venovať technickým požiadavkám, musíme si najprv ujasniť: Prečo je profesionálne brúsenie nevyhnutné pre vysoko presné valčekové reťaze? V porovnaní s tradičnými metódami obrábania, ako je sústruženie a frézovanie, sa brúsenie so svojimi jedinečnými výhodami stalo hlavným prostriedkom na dosiahnutie presnosti na úrovni mikrónov vo valčekových reťaziach.

Z priemyselného hľadiska, či už v systémoch časovania motorov v automobilovom priemysle, pohonoch dopravníkov pre inteligentné logistické zariadenia alebo prenose výkonu v presných obrábacích strojoch, sa požiadavky na presnosť valčekových reťazí posunuli z milimetrovej na mikrónovú úroveň. Chyba kruhovitosti valčekov musí byť kontrolovaná v rozmedzí 5 μm, tolerancie otvorov v reťazovej doske musia byť menšie ako 3 μm a drsnosť povrchu čapov musí dosiahnuť Ra0,4 μm alebo menej. Tieto prísne požiadavky na presnosť je možné spoľahlivo dosiahnuť iba brúsením.

Konkrétne, základná hodnota vysoko presného brúsenia valčekových reťazí spočíva v troch kľúčových oblastiach:

Schopnosť korekcie chýb: Vďaka vysokorýchlostnému rezaniu brúsneho kotúča sa presne odstraňujú deformácie a rozmerové odchýlky spôsobené predchádzajúcimi procesmi (ako je kovanie a tepelné spracovanie), čím sa zabezpečuje rozmerová konzistencia každého komponentu;

Zlepšenie kvality povrchu: Brúsenie účinne znižuje drsnosť povrchu súčiastok, znižuje straty trením počas prevádzky reťaze a predlžuje životnosť;

Zabezpečenie geometrickej presnosti: Pri kritických geometrických toleranciách, ako je kruhovitosť a valcovitosť valčekov, priamosť čapov a rovnobežnosť reťazových dosiek, proces brúsenia dosahuje presnosť riadenia, ktorá ďaleko prevyšuje presnosť iných metód obrábania.

II. Základné technické požiadavky na vysoko presné brúsenie valčekových reťazí: Komplexná kontrola od komponentu k komponentu

Proces brúsenia vysoko presných valčekových reťazí nie je jednokrokový, ale skôr systematický proces zahŕňajúci tri hlavné komponenty: valčeky, čapy a reťazové dosky. Každý krok podlieha prísnym technickým normám a prevádzkovým špecifikáciám.

(I) Valcové brúsenie: „Boj na mikrónovej úrovni“ medzi kruhovitosťou a valcovitosťou

Valčeky sú kľúčovými komponentmi v zábere valčekových reťazí a ozubených kolies. Ich kruhovitosť a valcovitosť priamo ovplyvňujú plynulosť záberu a účinnosť prenosu. Počas brúsenia valčekmi je potrebné starostlivo kontrolovať nasledujúce technické požiadavky:
Kontrola rozmerovej presnosti:
Tolerancia vonkajšieho priemeru valca musí prísne dodržiavať normu GB/T 1243-2006 alebo ISO 606. Pre vysoko presné triedy (napr. triedy C a vyššie) musí byť tolerancia vonkajšieho priemeru kontrolovaná v rozmedzí ±0,01 mm. Brúsenie vyžaduje trojstupňový proces: hrubé brúsenie, polodokončovacie brúsenie a dokončovacie brúsenie. Každý krok vyžaduje kontrolu na linke pomocou laserového meradla priemeru, aby sa zabezpečilo, že rozmerové odchýlky zostanú v povolenom rozsahu. Požiadavky na geometrickú toleranciu:

Kruhovitosť: Chyba kruhovitosti vysoko presných valcov musí byť ≤ 5 μm. Počas brúsenia sa musí použiť dvojité stredové polohovanie spolu s vysokorýchlostným otáčaním brúsneho kotúča (lineárna rýchlosť ≥ 35 m/s), aby sa minimalizoval vplyv odstredivej sily na kruhovitosť.

Valcovitosť: Chyba valcovitosti musí byť ≤8 μm. Nastavenie uhla orovnávania brúsneho kotúča (zvyčajne 1° – 3°) zabezpečuje priamosť vonkajšieho priemeru valca.

Rovnobežnosť čelných plôch: Chyba rovnobežnosti oboch čelných plôch valca musí byť ≤ 0,01 mm. Počas brúsenia sa musia použiť upínacie prípravky na polohovanie čelných plôch, aby sa zabránilo odchýlke záberu spôsobenej naklonením čelnej plochy.

Požiadavky na kvalitu povrchu:
Vonkajší priemer valca musí mať drsnosť povrchu Ra 0,4 – 0,8 μm. Je potrebné sa vyhnúť povrchovým chybám, ako sú škrabance, pripáleniny a okoviny. Počas brúsenia je potrebné kontrolovať koncentráciu brúsnej kvapaliny (zvyčajne 5 % – 8 %) a tlak prúdu (≥ 0,3 MPa), aby sa teplo z brúsenia rýchlo odvádzalo a zabránilo sa pripáleniu povrchu. Okrem toho by sa počas fázy jemného brúsenia mal použiť jemnozrnný brúsny kotúč (napr. 80# – 120#) na zlepšenie kvality povrchu.

(II) Brúsenie čapov: „Presný test“ priamosti a súososti

Čap je základným komponentom spájajúcim dosky reťaze a valčeky. Jeho priamosť a súososť priamo ovplyvňujú flexibilitu a životnosť reťaze. Technické požiadavky na brúsenie čapov sa zameriavajú na nasledujúce aspekty:

Kontrola priamosti:
Chyba priamosti čapu musí byť ≤ 0,005 mm/m. Počas brúsenia sa musí použiť metóda „stabilná opora + dvojité stredové polohovanie“, aby sa zabránilo ohybovej deformácii spôsobenej vlastnou hmotnosťou čapu. Pri čapoch dlhších ako 100 mm sa musia kontroly priamosti vykonávať každých 50 mm počas procesu brúsenia, aby sa zabezpečilo, že celková priamosť spĺňa požiadavky. Požiadavky na súososť:
Chyba súososti čapov na oboch koncoch čapu musí byť ≤ 0,008 mm. Počas brúsenia sa musia ako referencia použiť stredové otvory na oboch koncoch čapu (presnosť stredového otvoru musí spĺňať triedu A v norme GB/T 145-2001). Brúsny kotúč musí byť opracovaný a umiestnený tak, aby sa zabezpečilo osové zarovnanie čapov na oboch koncoch. Okrem toho sa musia vykonávať offline namátkové kontroly súososti pomocou trojrozmerného súradnicového meracieho stroja s minimálnou mierou kontroly 5 %. Tvrdosť povrchu a kompatibilita s brúsením:

Čapové hriadele musia byť pred brúsením tepelne spracované (zvyčajne cementáciou a kalením na tvrdosť HRC 58-62). Parametre brúsenia by sa mali upraviť podľa tvrdosti:

Hrubé brúsenie: Použite brúsny kotúč so strednou zrnitosťou (60#-80#), nastavte hĺbku brúsenia na 0,05-0,1 mm a použite rýchlosť posuvu 10-15 mm/min.

Jemné brúsenie: Použite jemnozrnný brúsny kotúč (120#-150#), hĺbku brúsenia nastavte na 0,01-0,02 mm a posuv 5-8 mm/min, aby ste predišli povrchovým trhlinám alebo strate tvrdosti spôsobenej nesprávnymi parametrami brúsenia.

(III) Brúsenie reťazových dosiek: Detailná kontrola presnosti a rovinnosti otvoru

Reťazové dosky sú chrbticou valčekových reťazí. Presnosť ich otvorov a rovinnosť priamo ovplyvňujú presnosť montáže reťaze a stabilitu prevodu. Brúsenie reťazových dosiek sa zameriava predovšetkým na dve kľúčové oblasti: otvor reťazovej dosky a povrch reťazovej dosky. Technické požiadavky sú nasledovné:
Presnosť brúsenia otvorov reťazovej dosky:
Tolerancia otvoru: Tolerancia otvoru vysoko presných reťazových dosiek musí byť kontrolovaná v rámci H7 (napr. pre otvor φ8 mm je tolerancia +0,015 mm až 0 mm). Na zabezpečenie presných rozmerov otvoru sa používajú diamantové brúsne kotúče (zrnitosť 150# – 200#) a vysokorýchlostné vreteno (≥8000 ot./min.).
Tolerancia polohy otvoru: Stredová vzdialenosť medzi susednými otvormi musí byť ≤ 0,01 mm a chyba kolmosti medzi osou otvoru a povrchom reťazovej dosky musí byť ≤ 0,005 mm. Brúsenie vyžaduje špeciálne nástroje a monitorovanie v reálnom čase pomocou systému vizuálnej kontroly CCD.
Požiadavky na brúsenie povrchu reťazových dosiek:
Chyba rovinnosti reťazovej dosky musí byť ≤ 0,003 mm/100 mm a drsnosť povrchu musí dosiahnuť Ra 0,8 μm. Brúsenie vyžaduje proces „obojstranného brúsenia“. Synchronizovaná rotácia (lineárna rýchlosť ≥ 40 m/s) a posuv horného a dolného brúsneho kotúča zabezpečujú rovnobežnosť a rovinnosť na oboch stranách reťaze. Okrem toho musí byť kontrolovaný brúsny tlak (zvyčajne 0,2 – 0,3 MPa), aby sa zabránilo deformácii reťaze v dôsledku nerovnomerného pôsobenia sily.

III. Riadenie procesov pre vysoko presné brúsenie valčekových reťazí: Komplexné zabezpečenie od zariadenia až po manažment

Na dosiahnutie týchto prísnych technických požiadaviek nestačí len nastavenie parametrov spracovania. Musí sa zaviesť aj komplexný systém riadenia procesu, ktorý zahŕňa výber zariadení, návrh nástrojov, monitorovanie parametrov a kontrolu kvality.

(I) Výber zariadenia: „Hardvérový základ“ vysoko presného brúsenia
Výber brúsky: Vyberte si vysoko presnú CNC brúsku (presnosť polohovania ≤ 0,001 mm, opakovateľnosť ≤ 0,0005 mm), napríklad Junker (Nemecko) alebo Okamoto (Japonsko). Uistite sa, že presnosť stroja spĺňa požiadavky na spracovanie.
Výber brúsneho kotúča: Vyberte vhodný typ brúsneho kotúča na základe materiálu obrobku (zvyčajne 20CrMnTi alebo 40Cr) a požiadaviek na spracovanie. Napríklad korundový brúsny kotúč sa používa na brúsenie valčekmi, brúsny kotúč z karbidu kremíka sa používa na brúsenie čapov a diamantový brúsny kotúč sa používa na brúsenie otvorov v reťazových doskách.
Konfigurácia testovacieho zariadenia: Na kombináciu online a offline náhodných kontrol počas procesu spracovania sú potrebné vysoko presné testovacie zariadenia, ako napríklad laserový merač priemeru, trojrozmerný súradnicový merací stroj, tester drsnosti povrchu a tester kruhovitosti. (II) Návrh nástrojov: „Kľúčová podpora“ pre presnosť a stabilitu

Polohovacie prípravky: Navrhnite špecializované polohovacie prípravky pre valčeky, čapy a reťaze. Napríklad valčeky využívajú polohovacie prípravky s dvojitým stredom, čapy využívajú upevnenia s centrálnym rámom a reťaze využívajú upevnenia na polohovanie otvorov. To zaisťuje presné polohovanie a nulovú vôľu počas procesu brúsenia.

Upínacie prípravky: Na reguláciu upínacej sily (zvyčajne 0,1 – 0,2 MPa) využívajte flexibilné upínacie metódy (ako napríklad pneumatické alebo hydraulické upnutie), aby ste zabránili deformácii súčiastok spôsobenej nadmernou upínacou silou. Okrem toho musia byť polohovacie plochy prípravkov pravidelne leštené (na drsnosť povrchu Ra 0,4 μm alebo menej), aby sa zabezpečila presnosť polohovania. (III) Monitorovanie parametrov: „Dynamická záruka“ s nastavením v reálnom čase
Monitorovanie parametrov spracovania: CNC systém monitoruje kľúčové parametre, ako je rýchlosť brúsenia, posuv, hĺbka brúsenia, koncentrácia brúsnej kvapaliny a teplota v reálnom čase. Keď ktorýkoľvek parameter prekročí nastavený rozsah, systém automaticky spustí alarm a vypne stroj, aby sa predišlo chybným výrobkom.
Regulácia teploty: Teplo vznikajúce počas procesu brúsenia je hlavnou príčinou deformácie súčiastok a spálenia povrchu. Regulácia teploty sa vyžaduje pomocou nasledujúcich metód:
Systém cirkulácie brúsnej kvapaliny: Použite brúsnu kvapalinu s vysokou chladiacou kapacitou (napríklad emulziu alebo syntetickú brúsnu kvapalinu) vybavenú chladiacou jednotkou na udržanie teploty 20 – 25 °C.
Prerušované brúsenie: Pri súčiastkach náchylných na tvorbu tepla (ako sú napríklad kolíky) sa používa prerušovaný proces brúsenia „brúsenie-chladenie-opätovné brúsenie“, aby sa zabránilo akumulácii tepla. (IV) Kontrola kvality: „Posledná obranná línia“ pre dosiahnutie presnosti

Online kontrola: V blízkosti brúsnej stanice sú nainštalované laserové meradlá priemeru, systémy vizuálnej kontroly CCD a ďalšie zariadenia na vykonávanie kontrol rozmerov súčiastok a tolerancií tvaru a polohy v reálnom čase. Do ďalšieho procesu môžu postúpiť iba kvalifikované súčiastky.

Offline kontrola vzoriek: 5 % – 10 % z každej šarže výrobkov prechádza offline kontrolou pomocou súradnicového meracieho stroja (CMM) na kontrolu kľúčových ukazovateľov, ako je tolerancia otvoru a súososť, testera kruhovitosti na kontrolu kruhovitosti valčekov a testera drsnosti povrchu na kontrolu kvality povrchu.

Požiadavky na úplnú kontrolu: Pre vysoko presné valčekové reťaze používané vo špičkových zariadeniach (ako napríklad v leteckom priemysle a presných obrábacích strojoch) sa vyžaduje 100 % úplná kontrola, aby sa zabezpečilo, že každý komponent spĺňa požadovanú presnosť.

IV. Scenáre použitia a budúce trendy technológie vysoko presného brúsenia valčekových reťazí

(I) Typické scenáre použitia
Vysoko presné valčekové reťaze sa vďaka svojej vynikajúcej presnosti a stabilite široko používajú v oblastiach s prísnymi požiadavkami na prevodovku:

Automobilový priemysel: Rozvodové reťaze motorov a prevodovky musia odolávať vysokým otáčkam (≥6000 ot./min.) a vysokofrekvenčným nárazom, čo kladie extrémne vysoké nároky na kruhovitosť valčekov a priamosť čapov;

Inteligentná logistika: Automatizované triediace zariadenia a dopravníkové systémy pre výškové sklady vyžadujú presnú reguláciu rýchlosti a polohovanie. Presnosť otvorov reťazových dosiek a valcovitosť valčekov priamo ovplyvňujú prevádzkovú stabilitu;

Presné obrábacie stroje: Pohony vretien a posuvné systémy CNC obrábacích strojov vyžadujú riadenie pohybu na mikrónovej úrovni. Súososť čapov a rovinnosť reťazovej dosky sú kľúčové pre zabezpečenie presnosti prenosu.

(II) Trendy v oblasti technológií budúcnosti

S rozvojom Priemyslu 4.0 a inteligentnej výroby sa procesy brúsenia vysoko presných valčekových reťazí vyvíjajú v nasledujúcich smeroch:

Inteligentné obrábanie: Zavádzame systémy vizuálnej kontroly s umelou inteligenciou na automatickú identifikáciu rozmerov súčiastok a kvality povrchu, čo umožňuje úpravu parametrov a zlepšenie efektivity a konzistentnosti obrábania;

Zelené mletie: Vývoj ekologických mlecích kvapalín (ako sú biologicky odbúrateľné mlecie kvapaliny) v kombinácii s účinnými filtračnými systémami na zníženie znečistenia životného prostredia; Súčasné prijatie technológie nízkoteplotného mletia na zníženie spotreby energie;

Kombinované brúsenie: Integrácia brúsnych procesov valčekov, čapov a reťazových dosiek do „jednotného“ kombinovaného procesu s použitím viacosových CNC brúsok na zníženie chýb polohovania medzi procesmi a ďalšie zlepšenie celkovej presnosti.