Phân tích toàn diện quy trình rèn chính xác xích con lăn

Phân tích toàn diện quy trình rèn chính xác xích con lăn: Bí quyết chất lượng từ nguyên liệu thô đến thành phẩm

Trong ngành công nghiệp truyền động, độ tin cậy củaxích con lănNó quyết định trực tiếp hiệu quả hoạt động và tuổi thọ thiết bị của dây chuyền sản xuất. Là công nghệ sản xuất cốt lõi cho các bộ phận xích con lăn chính xác, rèn chính xác, với ưu điểm đạt được hình dạng gần như hoàn chỉnh, đạt được sự cân bằng hoàn hảo giữa độ chính xác kích thước, tính chất cơ học và hiệu quả sản xuất của bộ phận. Bài viết này sẽ đi sâu vào toàn bộ quy trình rèn chính xác xích con lăn, tiết lộ những bí quyết đằng sau các loại xích con lăn chất lượng cao.

1. Xử lý sơ bộ: Lựa chọn và xử lý nguyên liệu thô – Kiểm soát chất lượng ngay từ nguồn.

Nền tảng của chất lượng trong gia công rèn chính xác bắt đầu từ việc lựa chọn nguyên liệu thô nghiêm ngặt và xử lý sơ bộ khoa học. Các bộ phận chịu tải chính của xích con lăn (con lăn, bạc lót, tấm xích, v.v.) phải chịu được tải trọng thay đổi, va đập và mài mòn. Do đó, việc lựa chọn và xử lý nguyên liệu thô ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất của sản phẩm cuối cùng.

1. Lựa chọn nguyên liệu thô: Chọn loại thép phù hợp với yêu cầu về hiệu năng
Tùy thuộc vào ứng dụng của xích con lăn (như máy móc xây dựng, hộp số ô tô và máy công cụ chính xác), nguyên vật liệu thường được sử dụng là thép kết cấu cacbon chất lượng cao hoặc thép kết cấu hợp kim. Ví dụ, con lăn và bạc lót yêu cầu khả năng chống mài mòn và độ bền cao, thường sử dụng thép cacbon hóa hợp kim như 20CrMnTi. Các tấm xích yêu cầu sự cân bằng giữa độ bền và khả năng chống mỏi, thường sử dụng thép kết cấu cacbon trung bình như 40Mn và 50Mn. Trong quá trình lựa chọn vật liệu, thành phần hóa học của thép được kiểm tra thông qua phân tích quang phổ để đảm bảo hàm lượng các nguyên tố như cacbon, mangan và crom tuân thủ các tiêu chuẩn quốc gia như GB/T 3077, từ đó tránh được hiện tượng nứt do rèn hoặc các khiếm khuyết về hiệu suất do sai lệch thành phần.

2. Quy trình tiền xử lý: “Làm nóng” trước khi rèn

Sau khi vào nhà máy, nguyên liệu thô trải qua ba bước tiền xử lý chính:

Làm sạch bề mặt: Phun bi loại bỏ lớp vảy, rỉ sét và dầu mỡ khỏi bề mặt thép để ngăn chặn các tạp chất bị ép vào phôi trong quá trình rèn và gây ra khuyết tật.

Cắt: Máy cưa chính xác hoặc máy cắt CNC được sử dụng để cắt thép thành các phôi có trọng lượng cố định, với sai số độ chính xác khi cắt được kiểm soát trong phạm vi ±0,5% để đảm bảo kích thước phôi nhất quán sau khi rèn.

Gia nhiệt: Phôi được đưa vào lò gia nhiệt cảm ứng tần số trung bình. Tốc độ gia nhiệt và nhiệt độ rèn cuối cùng được kiểm soát tùy thuộc vào loại thép (ví dụ, thép cacbon thường được nung nóng đến 1100-1250°C) để đạt được trạng thái rèn lý tưởng với “độ dẻo tốt và khả năng chống biến dạng thấp” đồng thời tránh quá nhiệt hoặc cháy quá mức có thể làm giảm chất lượng vật liệu.

II. Rèn lõi: Tạo hình chính xác để đạt hình dạng gần như hoàn chỉnh

Quá trình rèn cốt lõi là chìa khóa để đạt được sản xuất các bộ phận xích con lăn “ít hoặc không cần cắt”. Tùy thuộc vào cấu trúc của bộ phận, phương pháp rèn khuôn và rèn ép được sử dụng chủ yếu, với khuôn chính xác và thiết bị thông minh để hoàn thành quá trình tạo hình.

1. Chuẩn bị khuôn: “Phương tiện then chốt” cho sự truyền tải chính xác

Khuôn rèn chính xác được chế tạo từ thép khuôn chịu nhiệt H13. Thông qua gia công phay CNC, gia công EDM và đánh bóng, khoang khuôn đạt độ chính xác kích thước IT7 và độ nhám bề mặt Ra ≤ 1,6μm. Khuôn phải được nung nóng trước đến 200-300°C và phun chất bôi trơn graphite. Điều này không chỉ giảm ma sát và mài mòn giữa phôi và khuôn mà còn giúp tháo khuôn nhanh chóng và ngăn ngừa hiện tượng dính khuôn. Đối với các chi tiết đối xứng như con lăn, khuôn cũng phải được thiết kế với các rãnh dẫn hướng và lỗ thông hơi để đảm bảo kim loại nóng chảy (phôi nóng) lấp đầy khoang khuôn đều và loại bỏ không khí và tạp chất.

2. Rèn: Gia công tùy chỉnh dựa trên đặc tính của linh kiện

Rèn con lăn: Quy trình “ép khuôn – rèn cuối cùng” gồm hai bước được sử dụng. Phôi được nung nóng trước tiên được ép trong khuôn rèn sơ bộ, làm biến dạng vật liệu và lấp đầy khoang rèn sơ bộ. Sau đó, phôi được nhanh chóng chuyển sang khuôn rèn cuối cùng. Dưới áp suất cao của máy ép (thường là máy ép rèn nóng với lực từ 1000-3000 kN), phôi được ép hoàn toàn vào khoang rèn cuối cùng, tạo thành bề mặt hình cầu, lỗ bên trong và các cấu trúc khác của con lăn. Tốc độ và áp suất rèn phải được kiểm soát trong suốt toàn bộ quá trình để tránh nứt vỡ phôi do biến dạng quá mức.

Rèn ống lót: Quy trình kết hợp “đục lỗ - giãn nở” được sử dụng. Đầu tiên, một lỗ mù được đục ở giữa phôi bằng khuôn đục. Sau đó, lỗ được giãn nở đến kích thước thiết kế bằng khuôn giãn nở, đồng thời duy trì dung sai độ dày thành ống lót đồng nhất ≤0,1 mm.

Rèn tấm xích: Do cấu trúc phẳng và mỏng của các tấm xích, quy trình “rèn khuôn liên tục nhiều trạm” được sử dụng. Sau khi nung nóng, phôi đi qua các trạm tạo hình sơ bộ, tạo hình cuối cùng và cắt gọt, hoàn thành việc gia công biên dạng và lỗ của tấm xích trong một thao tác, với tốc độ sản xuất 80-120 chiếc mỗi phút.

3. Xử lý sau khi rèn: Ổn định hiệu suất và hình thức

Phôi rèn được xử lý ngay lập tức bằng phương pháp tôi nhiệt dư hoặc chuẩn hóa đẳng nhiệt. Bằng cách kiểm soát tốc độ làm nguội (ví dụ: sử dụng làm nguội bằng phun nước hoặc làm nguội bằng bể nitrat), cấu trúc luyện kim của phôi được điều chỉnh để đạt được cấu trúc sorbit hoặc perlit đồng nhất trong các chi tiết như con lăn và bạc lót, cải thiện độ cứng (độ cứng của con lăn thường yêu cầu HRC 58-62) và độ bền mỏi. Đồng thời, máy cắt tốc độ cao được sử dụng để loại bỏ bavia và gờ khỏi các cạnh của phôi rèn, đảm bảo hình thức của chi tiết đáp ứng các yêu cầu thiết kế.

3. Hoàn thiện và Tăng cường: Nâng cao chất lượng đến từng chi tiết

Sau quá trình rèn lõi, phôi đã có hình dạng cơ bản, nhưng cần thực hiện các quy trình hoàn thiện và gia cường để nâng cao hơn nữa độ chính xác và hiệu suất, đáp ứng các yêu cầu khắt khe của hệ thống truyền động xích con lăn tốc độ cao.

1. Hiệu chỉnh độ chính xác: Sửa chữa các biến dạng nhỏ

Do sự co ngót và giải phóng ứng suất sau khi rèn, các chi tiết gia công có thể có những sai lệch kích thước nhỏ. Trong quá trình hoàn thiện, một khuôn hiệu chỉnh chính xác được sử dụng để tạo áp lực lên chi tiết gia công nguội nhằm hiệu chỉnh các sai lệch kích thước trong phạm vi IT8. Ví dụ, sai số độ tròn đường kính ngoài của con lăn phải được kiểm soát dưới 0,02mm, và sai số độ trụ đường kính trong của ống lót không được vượt quá 0,015mm để đảm bảo truyền động xích trơn tru sau khi lắp ráp.
2. Làm cứng bề mặt: Cải thiện khả năng chống mài mòn và ăn mòn

Tùy thuộc vào môi trường ứng dụng, các chi tiết gia công cần được xử lý bề mặt theo mục tiêu cụ thể:

Tôi thấm cacbon và tôi cứng: Các con lăn và bạc lót được tôi thấm cacbon trong lò tôi thấm cacbon ở nhiệt độ 900-950°C trong 4-6 giờ để đạt được hàm lượng cacbon bề mặt từ 0,8% đến 1,2%. Sau đó, chúng được tôi cứng và ram ở nhiệt độ thấp để tạo ra cấu trúc vi mô phân cấp, đặc trưng bởi độ cứng bề mặt cao và độ dẻo dai lõi cao. Độ cứng bề mặt có thể đạt trên HRC60, và độ dẻo dai va đập lõi ≥50J/cm².

Xử lý phốt phát: Các bộ phận như tấm xích được xử lý phốt phát để tạo thành một lớp màng phốt phát xốp trên bề mặt, giúp tăng cường độ bám dính của mỡ bôi trơn và cải thiện khả năng chống ăn mòn.

Phun bi: Phun bi lên bề mặt tấm xích tạo ra ứng suất nén dư thông qua tác động của các viên bi thép tốc độ cao, làm giảm sự hình thành vết nứt do mỏi và kéo dài tuổi thọ mỏi của xích.

IV. Kiểm tra toàn diện quy trình: Một biện pháp bảo vệ chất lượng để loại bỏ khuyết điểm

Mỗi công đoạn rèn chính xác đều được kiểm tra nghiêm ngặt, tạo thành một hệ thống kiểm soát chất lượng toàn diện từ nguyên liệu thô đến thành phẩm, đảm bảo chất lượng 100% cho tất cả các bộ phận xích con lăn xuất xưởng.

1. Kiểm tra quy trình: Giám sát thời gian thực các thông số chính

Kiểm tra quá trình gia nhiệt: Nhiệt kế hồng ngoại được sử dụng để theo dõi nhiệt độ gia nhiệt của phôi trong thời gian thực, với sai số được kiểm soát trong phạm vi ±10°C.

Kiểm tra khuôn: Khoang khuôn được kiểm tra độ mài mòn sau mỗi 500 sản phẩm được sản xuất. Việc đánh bóng sửa chữa được thực hiện ngay lập tức nếu độ nhám bề mặt vượt quá Ra3,2μm.

Kiểm tra kích thước: Máy đo tọa độ ba chiều được sử dụng để lấy mẫu và kiểm tra các chi tiết rèn, tập trung vào các kích thước chính như đường kính ngoài, đường kính trong và độ dày thành. Tỷ lệ lấy mẫu không dưới 5%.

2. Kiểm tra thành phẩm: Xác minh toàn diện các chỉ số hiệu suất

Kiểm tra hiệu năng cơ học: Lấy mẫu ngẫu nhiên các sản phẩm hoàn thiện để kiểm tra độ cứng (máy đo độ cứng Rockwell), độ bền va đập (máy thử va đập con lắc) và độ bền kéo nhằm đảm bảo tuân thủ các tiêu chuẩn sản phẩm.

Kiểm tra không phá hủy: Kiểm tra siêu âm được sử dụng để phát hiện các khuyết tật bên trong như lỗ rỗng và vết nứt, trong khi kiểm tra hạt từ tính được sử dụng để phát hiện các khuyết tật trên bề mặt và dưới bề mặt.

Kiểm tra lắp ráp: Các linh kiện đạt tiêu chuẩn được lắp ráp thành xích con lăn và trải qua các thử nghiệm hiệu suất động, bao gồm độ chính xác truyền động, mức độ tiếng ồn và tuổi thọ mỏi. Ví dụ, một linh kiện chỉ được coi là đạt tiêu chuẩn nếu nó hoạt động liên tục ở tốc độ 1500 vòng/phút trong 1000 giờ mà không gặp bất kỳ sự cố nào.

V. Ưu điểm của quy trình và giá trị ứng dụng: Tại sao rèn chính xác là sự lựa chọn hàng đầu của ngành?
So với quy trình “rèn + cắt gọt rộng rãi” truyền thống, rèn chính xác mang lại ba ưu điểm cốt lõi cho việc sản xuất xích con lăn:

Hiệu suất sử dụng vật liệu cao: Hiệu suất sử dụng vật liệu đã tăng từ 60%-70% trong các quy trình truyền thống lên hơn 90%, giúp giảm đáng kể lượng chất thải nguyên liệu;

Hiệu suất sản xuất cao: Sử dụng công nghệ rèn liên tục nhiều trạm và thiết bị tự động hóa, hiệu suất sản xuất cao hơn 3-5 lần so với các quy trình truyền thống;

Hiệu suất sản phẩm vượt trội: Quá trình rèn phân bố cấu trúc sợi kim loại dọc theo đường viền của phôi, tạo ra cấu trúc liền mạch, dẫn đến tăng tuổi thọ mỏi từ 20% đến 30% so với các chi tiết được gia công bằng máy.

Những ưu điểm này đã dẫn đến việc sử dụng rộng rãi các xích con lăn rèn chính xác trong sản xuất thiết bị cao cấp, chẳng hạn như hệ thống truyền động bánh xích cho máy móc xây dựng, hệ thống định thời cho động cơ ô tô và hệ thống truyền động trục chính cho máy công cụ chính xác. Chúng đã trở thành các bộ phận năng lượng cốt lõi đảm bảo hoạt động ổn định của thiết bị công nghiệp.

Phần kết luận
Quy trình rèn chính xác cho xích con lăn là đỉnh cao của một phương pháp toàn diện kết hợp khoa học vật liệu, công nghệ khuôn mẫu, điều khiển tự động và kiểm tra chất lượng. Từ các tiêu chuẩn nghiêm ngặt trong việc lựa chọn nguyên liệu thô, đến việc kiểm soát độ chính xác ở mức milimet trong quá trình rèn lõi, đến việc xác minh toàn diện trong thử nghiệm sản phẩm hoàn thiện, mỗi quy trình đều thể hiện sự khéo léo và sức mạnh kỹ thuật của sản xuất công nghiệp.