انتخاب جنس و عملیات حرارتی چرخ دنده

عملیات حرارتی چرخ دنده القايي دنده هاي بزرگ با استفاده از روش “دندانه به دندانه” بسيار متفاوت از روش سنتي محاصره کردن است، زيرا سيم پيچ القايي بين دندانه ها قرار گرفته و مرحله گرم کردن و کوينچ (سرد شدن) بلافاصله انجام مي شوند.

فولادهایی که برای چرخدنده ­ها انتخاب می­ شوند بایستی استحکام کافی را داشته باشند تا از شکست دندانه جلوگیری کنند، سخت باشند که در برابر تنش ­های تماسی از سایش دنده محافظت کنند، و به قدری نرم باشند که در برابر بارهای ضرب ه­ای ناشی از هر اثر خارجی که بر سیستم وارد می­ آید مقاومت کنند. فولاد چرخدنده­ ها عموما از یکی از روش­های زیر به عمل می ­آید:

 

 

درصنعت، قطعاتي نظير چرخ‏دنده‏ها، خارپيستون‏ها و محورهاي انتقال، معمولاً بايد داراي دو ويژگي مشخص باشند: قسمت سطحي آنها بايد سخت و قسمت مرکزي داراي انعطاف‏پذيري کافي باشد تا بتواند در مقابل نيروهاي ديناميکي مقاومت کند. از اين‏ رو، سطح چنين قطعاتي را به روش‏هاي مختلف سخت مي‏کنند.
به‏طور کلي «سختکاري سطحي» به دو روش عمده صورت مي‏گيرد:

1.همراه با تغيير ترکيب شيمايي سطح قطعه

2. بدون تغيير ترکيب شيميايي سطح قطعه

روش اول سختکاري در واقع اصطلاحي کلي براي فرايندهائي است که در آنها از طريق جذب برخي عناصر به سطح فولاد توسط فرايند نفوذ ترکيب شيميايي سطح قطعه را تغيير مي‏دهند و نوعي شيب غلظتي به‏وجود مي‏آورند. بسته به نوع عنصر مورد استفاده براي نفوذ به سطح فولاد، روش سختکاري سطحي را به نامي مشخص مي‏خوانند . مثلاً، درصورت استفاده از کربن به‏عنوان عنصر نفوذکننده در عمليات سختکاري، روش را «کربن دهي» يا سمنتاسيون مي‏گويند.

روش دوم، نوعي فرايند سختکاري سطحي است که تنها لايه سطحي يک قطعه کار از طريق گرم کردن القايي يا شعله يا … تا حد بالاتر از دماي بحراني گرم و سپس سريعاً سرد مي‏شود.

توضیحات کلی درمورد سنگ شکن کوبیت یا ضربه ای

سختکاري سطحي به روش القايي

در اين روش، با القاي جريان، دماي سطح قطعه را در مدتي کوتاه به حدي مناسب مي‏رسانند و سپس آن‏را سريعاً سرد مي‏کنند. درصد کربن فولادهاي مناسب براي اين نوع عمليات سخت کردن، معمولاً در حد  5/0– 35/0 درصد است که در نهايت، سختي RC 60– 50 را به‏دست مي‏دهد. فولادهاي 1035، 1045، 1050، 1055، 5140، 4140، مطابق استاندارد AISI/SAE براي سختکاري سطحي به روش القايي، مناسب هستند. فولادهايي که براي آب دادن به اين روش، در مورد قطعات نازک در نظر مي‏گيرند، بايد داراي قابليت سختي‏پذيري يا عمق نفوذ آبدهي‏ اندکي باشند تا تمام قطعه سخت نشود. ضخامت قشر سخت شده در اين روش، ثابت نيست چرا که سرعت گرم کردن قطعه بسيار زياد است (درحد چند ثانيه).

موضوع اساسي که در گرم کردن قطعه به روش القايي بايد در نظر گرفت، احتراز از به‏وجود آمدن قشري ضعيف با تنش‏هاي کششي بسيار بالاست. اين امر، تابعي از شرايط مختلف نظير روش گرم کردن و نوع قطعه است. معمولاً براي سخت کردن دندانه محورهاي دندانه‏دار، از گرم و سرد کردن متوالي استفاده مي‏شود. در مورد اين نوع قطعات، القاي جريان با فرکانس‏هاي بالا باعث سوختن قسمت تيز دندانه‏ها شده و در پاي دنده‏ها نيز تنش‏هاي باقيمانده زيادي ايجاد مي‏کند که حد خستگي را بشدت پايين مي‏آورد.

 

 

کربوره کردن

فولاد مورد استفاده معمولا یک آلیاژ فولاد کربن­ دار است که پس از برش دندانه­ ها در معرض یک فضای پر از کربن قرار می­ گیرد. کربن می­تواند به عمق نفوذ کرده، دنده را تا 60 HRC سخت و عمق سطحی 3mm را به دست دهد. این روش نه تنها بر سطح اثر می­ گذارد بلکه متریال میانی را نیز سخت می­کند.

به دلیل ایجاد دماهای بالا و زمان­ های نفوذ طولانی، چرخدنده­ های کربن داده شده متحمل میزان زیادی پیچ­ خوردگی می­ شوند مگر آنکه کنترل شوند.

 بایستی توجه زیادی به روند تولید چرخدنده­ های کربن داده شده شود چرا که سختی نهایی از هر عملیات ماشینکاری بجز سنگ­ زنی جلوگیری می­کند. یک راه حل برای تراشیدن کربن از قسمت­ هایی که باید نرم باقی بمانند پوشاندن سطوح با استفاده از رنگ مسی بوده که عیبش آن است یک خراش کوچک اجازه می­دهد که کربن به داخل نفوذ کرده و باعث نقصی در مرحله ماشینکاری گردد. پیچ­ ها نباید کربن داده شوند زیرا ترد شده و می­تواند منجر به شکست آن­ها شود. در این روش از فولادهایی نظیر (655M13(EN36 و (665M17(EN34 می­ توان استفاده کرد.

نیتراته کردن

در این روش نیز دندانه ­های اولیه برش داده می­ شود و پس از آن نیتراته می­ شوند. این فرایند در دمای پایین انجام می­ شود از این رو دفرمگی بسیار کمی رخ می­دهد و معمولا پس از آن نیازی به اصلاح دنده نمی ­باشد. معایب اصلی این روش در ابتدا طول مدت فرایند بوده که حداقل 80 ساعت است؛ عمق سطحی بدست آمده پس از این مدت تنها 0.6 mm است از این رو مناسب دندانه ­های بزرگ نمی­ باشد.

از آنجایی که عملیات نیتراته مستلزم قراردادن کل چرندنده در معرض اثرات سخت­کاری است، به استثناء سنگ­ زنی هیچ ماشینکاری دیگری قابل اعمال بر آن نیست. بنابراین هر شیار خار، سوراخ و عمل دیگری باید قبل از عملیات بر روی آن انجام شود. همچنین یادآوری گردد که در طول فرایند دنده پیچ­ ها پوشانده شود وگرنه تردی غیر قابل قبولی به دست می­ دهند. همانند هر فرایند دیگری سوراخ­ هایی که می­ تواند موجب افزایش گردش هوا به اجزاء ترک بردارنده شود را نباید پوشاند. یک فولاد مناسب این عملیات (722M24(en40B بوده که باید به صورت آب­دیده خریداری شود.

 

 

 

اصول عملکرد دستگاه بالمیل یا آسیاب گلوله ای

 

سخت­کاری القایی

در این روش دندانه ­های چرخدنده ابتدا به صورت چرخدنده خام تراشیده شده و سپس بطور سطحی سخت می ­شود. این عمل باعث ایجاد مقاومت به سایش در سطح و هسته نرم و انعطاف­ پذیر می ­شود.

در دندانه­ های کوچک مدول 4 و کمتر از آن ممکن است عمق سخت­کاری از هر دو گوشه در قسمت میانی همگرا بوده از این رو کل دندانه را ترد کند. از آنجایی که همواره میزان محدودی از دفرمگی ناشی از عملیات حرارتی وجود دارد، پس از آن سنگ­زنی سطح دنده صورت می­ گیرد. در این روش بر اساس نوع فولاد می­ توان انتظار سختی 50-55 HRC و رسیدن به عمق سطحی  6 mmرا داشت.

چرخدنده ­های مخروطی معمولا به علت هندسه دنده سخت­ شده القایی نمی­ باشد.

فولادهای مناسب سخت­کاری القایی: (709M40T(EN 19T) ، 817M40T(EN24T و (826M40U(EN 26U

 

 

 

بازپخت شده و نرمالیزه شده

متریال قبل از هر نوع ماشینکاری حرارت داده می­ شود. این عمل از هر نوع تغییر شکل جلوگیری می­کند ولی از آنجائیکه متریال باید ماشینکاری گردد محدودیتی برای سختی و نتیجتا استحکامی که باید به آن برسد وجود دارد. اغلب تولیدکنندگان تمایلی به ماشینکاری فولاد با سختی بیش از 350 BHN را ندارند زیرا نه تنها عمر ابزار را می­ کاهد بلکه به همان اندازه اثری بر عمر ماشین هم دارد. معمول­ترین فولادها در این گروه O8OM4ON(EN 8N) ، O70M55N(EN 9N) ، 709M40T(EN 19T) ، 817M40T(EN24T و 826M40U(EN 26U می­ باشند.

پینیون سخت شده سراسری باید تقریبا 40 BHN سخت ­تر از چرخ همراهشان ساخته شوند و با توجه به خستگی و سایش بالای آن حتی برای طول عمر بیشتر تولید گردد.

 

کارشناس فنی: جهت مشاوره و سفارش عملیات حرارتی چرخ دنده به قطرهای مختلف لطفا با شماره تلفن 09129537351 در تماس باشید. گروه صنعتی آتا