Повний аналіз процесу прецизійного кування роликових ланцюгів: секрет якості від сировини до готового продукту
У галузі промислових передач надійністьроликові ланцюгибезпосередньо визначає експлуатаційну ефективність та термін служби обладнання виробничої лінії. Як основна технологія виробництва компонентів роликових ланцюгів з сердечником, точне кування, завдяки своїй перевагі майже сітчастої форми, досягає ідеального балансу між точністю розмірів компонентів, механічними властивостями та ефективністю виробництва. У цій статті буде розглянуто весь процес точного кування роликових ланцюгів, розкриваючи секрети високоякісних роликових ланцюгів.
1. Попередня обробка: вибір та попередня обробка сировини – контроль якості у джерелі
Основа якості в прецизійному куванні починається з ретельного відбору сировини та наукової попередньої обробки. Основні несучі компоненти роликових ланцюгів (ролики, втулки, ланцюгові пластини тощо) повинні витримувати змінні навантаження, удари та знос. Тому вибір та обробка сировини безпосередньо впливають на експлуатаційні характеристики кінцевого продукту.
1. Вибір сировини: вибір сталі відповідно до вимог до експлуатаційних характеристик
Залежно від застосування роликового ланцюга (наприклад, будівельна техніка, автомобільні трансмісії та прецизійні верстати), сировиною зазвичай є високоякісна вуглецева конструкційна сталь або легована конструкційна сталь. Наприклад, ролики та втулки вимагають високої зносостійкості та міцності, часто використовують леговані цементовані сталі, такі як 20CrMnTi. Ланцюгові пластини вимагають балансу міцності та стійкості до втоми, часто використовують середньовуглецеві конструкційні сталі, такі як 40Mn та 50Mn. Під час вибору матеріалу хімічний склад сталі перевіряється за допомогою спектрального аналізу, щоб переконатися, що вміст таких елементів, як вуглець, марганець та хром, відповідає національним стандартам, таким як GB/T 3077, тим самим уникаючи розтріскування при куванні або недоліків у продуктивності, спричинених відхиленнями складу.
2. Процес попередньої обробки: «розігрівання» для кування
Після потрапляння на завод сировина проходить три ключові етапи попередньої обробки:
Очищення поверхні: Дробоструминна обробка видаляє окалину, іржу та олію зі сталевої поверхні, щоб запобігти потраплянню домішок у заготовку під час кування та виникненню дефектів.
Різання: Для різання сталі на заготовки фіксованої ваги використовуються прецизійні пилки або ножиці з ЧПК, з похибкою точності різання, що контролюється в межах ±0,5%, щоб забезпечити однакові розміри заготовки після кування.
Нагрівання: Заготовка подається в індукційну нагрівальну піч середньої частоти. Швидкість нагрівання та кінцева температура кування контролюються залежно від типу сталі (наприклад, вуглецева сталь зазвичай нагрівається до 1100-1250°C) для досягнення ідеального стану кування з «доброю пластичністю та низькою стійкістю до деформації», уникаючи при цьому перегріву або перепалювання, які можуть погіршити властивості матеріалу.
II. Кування сердечника: точне формування для отримання майже чистої форми
Процес кування серцевини є ключовим для досягнення виробництва компонентів роликових ланцюгів «з низьким рівнем різання або без нього». Залежно від структури компонента, в основному використовується штампування та кування висадкою, з використанням точних форм та інтелектуального обладнання для завершення процесу формування.
1. Підготовка форми: «Ключовий засіб» для точної передачі
Прецизійні ковальські форми виготовляються зі сталі H13, отриманої гарячою обробкою. Завдяки фрезеруванню на верстатах з ЧПК, електроерозійній обробці та поліруванню порожнина форми досягає розмірної точності IT7 та шорсткості поверхні Ra ≤ 1,6 мкм. Форму необхідно попередньо нагріти до 200-300°C та обприскати графітовим мастилом. Це не тільки зменшує тертя та знос між заготовкою та формою, але й сприяє швидкому вийманню з форми та запобігає прилипанням. Для симетричних компонентів, таких як ролики, форма також повинна бути спроектована з відвідними канавками та вентиляційними отворами, щоб забезпечити рівномірне заповнення порожнини розплавленим металом (гарячою заготовкою) та видалення повітря та домішок.
2. Кування: індивідуальна обробка на основі характеристик компонентів
Кування роликами: Використовується двоетапний процес «осадження-остаточне кування». Нагріту заготовку спочатку осаджують у матриці попереднього кування, деформуючи матеріал і заповнюючи порожнину попереднього кування. Потім заготовку швидко переносять у матрицю остаточного кування. Під високим тиском преса (зазвичай гарячекувального преса із зусиллям 1000-3000 кН) заготовка повністю вставляється в порожнину остаточного кування, формуючи сферичну поверхню ролика, внутрішній отвір та інші структури. Швидкість кування та тиск необхідно контролювати протягом усього процесу, щоб уникнути розтріскування заготовки через надмірну деформацію.
Кування гільзи: Використовується комбінований процес «пробивання-розширення». Спочатку в центрі заготовки за допомогою пуансона пробивається глухий отвір. Потім отвір розширюється до проектних розмірів за допомогою розширювальної матриці, зберігаючи при цьому рівномірний допуск товщини стінки гільзи ≤0,1 мм.
Кування ланцюгових пластин: Завдяки плоскій та тонкій структурі ланцюгових пластин використовується процес «багатостанційного безперервного штампування». Після нагрівання заготовка проходить через станції попереднього формування, остаточного формування та обрізки, завершуючи обробку профілю ланцюгової пластини та отвору за одну операцію, з виробничою швидкістю 80-120 деталей за хвилину.
3. Обробка після кування: стабілізація продуктивності та зовнішнього вигляду
Кована заготовка негайно піддається загартуванню залишковим теплом або ізотермічній нормалізації. Контролюючи швидкість охолодження (наприклад, за допомогою охолодження водяним розпиленням або охолодження в нітратній ванні), металографічна структура заготовки регулюється для досягнення однорідної сорбітної або перлітної структури в таких компонентах, як ролики та втулки, що покращує твердість (твердість роликів зазвичай вимагає HRC 58-62) та втомну міцність. Одночасно використовується високошвидкісний обрізний верстат для видалення задирок та відколів з країв поковки, що забезпечує відповідність зовнішнього вигляду компонента вимогам дизайну.
3. Оздоблення та зміцнення: підвищення якості в деталях
Після кування серцевини заготовка вже має базовий зовнішній вигляд, але для подальшого підвищення її точності та продуктивності, щоб відповідати суворим вимогам високошвидкісних роликових ланцюгових передач, необхідні процеси оздоблення та зміцнення.
1. Корекція точності: виправлення незначних деформацій
Через усадку та зняття напруги після кування, заготовки можуть демонструвати незначні відхилення розмірів. Під час процесу фінішної обробки використовується прецизійний коригувальний штамп для прикладання тиску до холодної заготовки з метою корекції відхилень розмірів у межах IT8. Наприклад, похибка круглості зовнішнього діаметра ролика повинна контролюватися нижче 0,02 мм, а похибка циліндричності внутрішнього діаметра втулки не повинна перевищувати 0,015 мм, щоб забезпечити плавну ланцюгову передачу після складання.
2. Зміцнення поверхні: покращення зносостійкості та корозійної стійкості
Залежно від середовища застосування, заготовки потребують цілеспрямованої обробки поверхні:
Цементація та гартування: Ролики та втулки цементуються в цементаційній печі при температурі 900-950°C протягом 4-6 годин для досягнення вмісту вуглецю на поверхні 0,8%-1,2%. Потім їх гартують та відпускають при низьких температурах для створення градієнтної мікроструктури, що характеризується високою твердістю поверхні та високою ударною в'язкістю серцевини. Твердість поверхні може сягати понад HRC60, а ударна в'язкість серцевини ≥50 Дж/см².
Фосфатування: Компоненти, такі як ланцюгові пластини, фосфатуються для утворення на поверхні пористої фосфатної плівки, що покращує подальшу адгезію мастила та підвищує стійкість до корозії.
Дробоструминне зміцнення: Дробоструминне зміцнення поверхні ланцюгової пластини створює залишкові стискаючі напруження внаслідок удару швидкорізальної сталевої дроби, зменшуючи утворення втомних тріщин та подовжуючи термін служби ланцюга.
IV. Повна перевірка процесу: якісний захист для усунення дефектів
Кожен процес прецизійного кування ретельно перевіряється, утворюючи комплексну систему контролю якості від сировини до готового продукту, що забезпечує 100% гарантію якості всіх компонентів роликових ланцюгів, що залишають завод.
1. Інспекція процесу: моніторинг ключових параметрів у режимі реального часу
Інспекція нагрівання: Інфрачервоні термометри використовуються для контролю температури нагрівання заготовки в режимі реального часу з похибкою, що контролюється в межах ±10°C.
Огляд форми: Порожнина форми перевіряється на знос кожні 500 виготовлених деталей. Полірувальний ремонт виконується негайно, якщо шорсткість поверхні перевищує Ra3,2 мкм.
Контроль розмірів: Тривимірна координатно-вимірювальна машина використовується для відбору проб та контролю кованих деталей, зосереджуючись на ключових розмірах, таких як зовнішній діаметр, внутрішній діаметр та товщина стінки. Частота дискретизації становить не менше 5%.
2. Перевірка готової продукції: комплексна перевірка показників ефективності
Випробування механічних характеристик: Випадковий відбір готової продукції для випробування на твердість (твердомір за Роквеллом), ударну в'язкість (маятниковий ударомір) та міцність на розтяг для забезпечення відповідності стандартам продукції.
Неруйнівний контроль: ультразвуковий контроль використовується для виявлення внутрішніх дефектів, таких як пори та тріщини, тоді як магнітопорошковий контроль використовується для виявлення поверхневих та підповерхневих дефектів.
Випробування складання: Кваліфіковані компоненти збираються в роликовий ланцюг і піддаються динамічним випробуванням на працездатність, включаючи точність передачі, рівень шуму та довговічність. Наприклад, компонент вважається кваліфікованим лише тоді, коли він безперервно працював зі швидкістю 1500 об/хв протягом 1000 годин без будь-яких проблем.
V. Переваги процесу та цінність застосування: Чому точне кування є першим вибором у галузі?
Порівняно з традиційним процесом «кування + інтенсивне різання», точне кування пропонує три основні переваги для виробництва роликових ланцюгів:
Високий коефіцієнт використання матеріалів: коефіцієнт використання матеріалів зріс з 60%-70% у традиційних процесах до понад 90%, що значно зменшило відходи сировини;
Висока ефективність виробництва: завдяки використанню багатостанційного безперервного кування та автоматизованого обладнання ефективність виробництва в 3-5 разів вища, ніж у традиційних процесах;
Відмінні характеристики виробу: Кування розподіляє волокнисту структуру металу вздовж контуру заготовки, створюючи обтічну структуру, що призводить до збільшення втомної довговічності на 20-30% порівняно з обробленими деталями.
Ці переваги призвели до широкого використання прецизійних кованих роликових ланцюгів у виробництві високоякісного обладнання, такого як гусеничні приводи для будівельної техніки, системи газорозподілу для автомобільних двигунів та шпиндельні приводи для прецизійних верстатів. Вони стали основними силовими компонентами, що забезпечують стабільну роботу промислового обладнання.
Висновок
Процес прецизійного кування роликових ланцюгів є кульмінацією комплексного підходу, що поєднує матеріалознавство, технологію лиття під тиском, автоматизоване керування та контроль якості. Від суворих стандартів вибору сировини до контролю точності на міліметровому рівні під час кування сердечника та всебічної перевірки під час випробувань готової продукції, кожен процес втілює винахідливість та технічну міць промислового виробництва.
Час публікації: 24 вересня 2025 р.