Angrenajele sunt eroii tăcuți și indispensabili ai lumii moderne. De la mecanismele complexe ale transmisiei unui vehicul până la puterea colosală a unei turbine eoliene, aceste componente dințate sunt fundamentale pentru transmisia mecanică a puterii. Timp de secole, fabricarea angrenajelor a fost o căutare a preciziei și eficienței, dominată de procese consacrate precum frezarea, modelarea și broșarea. Cu toate acestea, cerințele neobosite ale industriei moderne - pentru volume de producție mai mari, o eficiență a costurilor mai mare și o integrare mai strânsă a componentelor - au stimulat dezvoltarea unei tehnologii transformatoare:Power Skiving.

Principiul de prelucrare al șanțului mecanic

În esență, șlefuirea mecanică este un proces continuu de așchiere generativă care combină sinergic rotația de mare viteză a frezării cu aranjamentul sculă-piesă de prelucrat al modelării roților dințate. Este un proces complex de „laminare” sau „răzuire” în care o freză specializată, cu mai mulți dinți, și roata dințată brută se rotesc într-o mișcare sincronizată precis, asemănătoare angrenării.

Caracteristica definitorie a șlefuirii cu putere esteunghiul de intersecție al axei (Σ)Spre deosebire de frezare (unde axele sculei și piesei de prelucrat sunt la un unghi de 90 de grade, decalate de unghiul elicei) sau de fasonare (unde axele sunt paralele), șlefuirea mecanică funcționează cu axele sculei și piesei de prelucrat setate la un unghi specific, neparalel și neintersectat. Acest unghi este factorul cheie al procesului.

Acest unghi calculat cu atenție creează o viteză relativă specifică (alunecare) între muchiile așchietoare ale sculei și flancurile piesei de prelucrat. Pe măsură ce scula și semifabricatul se rotesc la viteze mari, această viteză de alunecare generează acțiunea de așchiere. Scula așchietoare, care seamănă cu o freză de profilat, dar prezintă un unghi elicoidal, „decojește” efectiv materialul de pe semifabricat cu fiecare trecere a muchiei așchietoare, generând continuu profilul dintelui evolvent pe măsură ce ambele componente se rotesc.

Sculele: Inima procesului

Freza pentru șlefuire mecanică este o sculă extrem de complexă și specializată. De obicei, este fabricată din carbură solidă acoperită pentru rigiditate maximă și rezistență la uzură sau din oțel rapid (HSS) de înaltă performanță, derivat din metalurgie pulberică (PM). Designul sculei - inclusiv unghiul elicei, unghiul de degajare și profilul - este calculat special pentru modelul cinematic al mașinii și geometria exactă a roții dințate țintă. Această complexitate specifică sculei este un factor semnificativ în costul general și configurarea procesului.

Avantajele și dezavantajele șlefuirii cu putere

Ca orice proces de fabricație, șlefuirea mecanică oferă un set unic de compromisuri.

Avantaje:

Productivitate extremă: Este semnificativ mai rapidă (de 3-10 ori) decât modelarea roților dințate și extrem de competitivă cu frezarea cu freza. Pentru roțile dințate interne, este adesea cea mai productivă metodă disponibilă.

Flexibilitate de neegalat: Procesul poate prelucra atât angrenaje interne, cât și externe, precum și caneluri, angrenaje elicoidale și angrenaje cilindrice pe o singură mașină.

Capacitate „gata într-o singură operațiune”: Poate efectua degroșarea, semifinisarea și finisarea într-o singură configurație. De asemenea, este capabilă să șlefuiască dur sau să prelucreze angrenaje după tratamentul termic, ceea ce poate elimina necesitatea operațiunilor ulterioare de rectificare.

Calitate înaltă: Atunci când este efectuată pe o mașină rigidă și modernă, prelucrarea mecanică a șlefuirii poate produce roți dințate de înaltă precizie (de exemplu, AGMA 10-11, DIN 6-7) cu finisaje excelente ale suprafeței.

Rezolvă geometrii dificile: Este ideal pentru piese cu joc limitat pentru scule, cum ar fi angrenajele cu umăr sau flanșă, unde o freză nu poate rula afară. Aceasta este o provocare comună în proiectele de transmisii compacte.

Dezavantaje:

Costuri ridicate ale mașinii: Procesul necesită o mașină CNC cu 5 axe (sau mai multe) extrem de avansată, rigidă și stabilă termic, cu sincronizare electronică perfectă, ceea ce reprezintă o investiție semnificativă.

Procese și scule complexe: Cinematica este excepțional de complexă. Planificarea proceselor necesită software sofisticat de simulare pentru a calcula traiectoriile sculelor și a evita coliziunile. Sculele în sine sunt scumpe și specifice aplicației.

Sensibilitate la configurare: Procesul este foarte sensibil la configurarea corectă, în special la unghiul de intersecție al axelor. Orice nealiniere poate afecta drastic durata de viață a sculei și calitatea piesei.

Gestionarea așchiilor: Îndepărtarea la viteză mare a unor volume mari de material poate crea provocări în ceea ce privește controlul așchiilor, în special la prelucrarea angrenajelor interne adânci, unde așchiile se pot compacta.

Scenarii de aplicații

Prelucrarea mecanică a angrenajelor nu este un înlocuitor universal pentru toate celelalte procese de prelucrare a angrenajelor, dar este o soluție dominantă în domenii specifice, de mare valoare, determinate în principal de producția de masă.

Industria auto: Aceasta este cea mai mare companie care adoptă acest proces. Procesul este utilizat pe scară largă pentru fabricarea componentelor interne ale transmisiei, cum ar fi coroanele dințate, angrenajele planetare și corpurile de ambreiaj canelate. Capacitatea sa de a crea angrenaje interne și caneluri complexe rapid și cu precizie ridicată este neprețuită pentru transmisiile moderne și compacte ale vehiculelor automate și electrice (EV).

Aerospațial: Utilizat pentru producerea de caneluri și angrenaje pentru sisteme de acționare, unde fiabilitatea ridicată și designurile complexe și ușoare sunt primordiale.

Utilaje industriale: Ideale pentru fabricarea de componente precum angrenaje de pompe, cuplaje și alte arbori canelați, unde productivitatea și precizia sunt esențiale.

Candidatul ideal pentru șlefuirea mecanică este o componentă de volum mediu spre mare, în special o roată dințată internă sau o roată dințată cu umeri interferenți, unde economiile de timp de ciclu pot justifica investiția inițială mare în utilaje și scule.

Concluzie

Mecanismul de șlefuire mecanică a făcut cu succes saltul de la un concept teoretic vechi de 100 de ani la o forță modernă în fabricație. Prin combinarea vitezei de frezare cu flexibilitatea de modelare, a acoperit fundamental o decalaj critic în producția de angrenaje. Oferă o soluție de neegalat pentru fabricarea în volum mare de angrenaje interne și componente complexe cu caneluri, sporind eficiența și permițând următoarea generație de sisteme mecanice compacte, cu densitate mare de putere. Pe măsură ce tehnologia mașinilor-unelte, software-ul de simulare și designul sculelor așchietoare continuă să evolueze, adoptarea șlefuirii mecanice este menită să se extindă, consolidându-i și mai mult rolul de forță revoluționară în fabricarea angrenajelor.