Кованые шестерни — это детали шестерен, изготовленные методом ковки, при котором заготовка из металла пластически деформируется для достижения определенной формы и характеристик; ее внутренняя структура плотная и прочная, более износостойкая и эффективная, чем у литых шестерен; она широко используется в трансмиссионных системах в автомобилестроении, машиностроении, аэрокосмической и других областях.

Материал изделия

Углеродистая сталь: Широко используются высококачественные углеродистые стали, такие как 35, 45 и 50. Сталь 45 обладает хорошими комплексными характеристиками, и после соответствующей термической обработки она может получить высокую прочность и вязкость, подходящую для изготовления шестерен с общими требованиями. Для шестерен с меньшими нагрузками или меньшей важностью может использоваться обычная углеродистая сталь, такая как Q235 и Q255.

Легированная сталь: Легированная сталь часто используется для изготовления шестерен с большими нагрузками, ограниченными осевыми размерами и весом или специальными требованиями к характеристикам. Например:

40Cr — это широко используемая легированная конструкционная сталь с высокой прочностью и хорошей закаливаемостью. После обработки отпуском она обладает хорошими комплексными механическими свойствами и широко используется в шестернях средней точности с высокими скоростями.

Низколегированные стали, такие как 20Cr, 20CrMnTi и 20Mn2B, после цементации и закалки обладают высокой твердостью поверхности, хорошей износостойкостью и высокой вязкостью сердцевины, подходящие для изготовления важных шестерен, выдерживающих высокие скорости, средние или большие нагрузки, а также ударные и фрикционные нагрузки, такие как шестерни в автомобильных и тракторных коробках передач.

Легированная сталь 42CrMo обладает высокой прочностью, высокой закаливаемостью, хорошей вязкостью, небольшой деформацией при закалке, а также высокой ползучестью и выносливостью при высоких температурах. Она может использоваться для изготовления поковок с более высокими требованиями к прочности, чем сталь 35CrMo, и большими сечениями после отпуска, такими как большие шестерни для локомотивной тяги и шестерни привода нагнетателя.

Легированные стали, такие как Cr15 и 65Mn, могут использоваться для изготовления шестерен с более высокой точностью и худшими условиями работы, что может улучшить износостойкость и усталостную прочность шестерен.

38CrMoA1A и другие цементуемые стали часто используются для изготовления высокоскоростных, тяжелонагруженных шестерен с чрезвычайно высокими требованиями к точности размеров и качеству поверхности. После азотирования они обладают высокой твердостью поверхности, хорошей износостойкостью и коррозионной стойкостью.

Сталь литая: Когда диаметр шестерни d> 400 мм, конструкция сложная, и ковка затруднена, может использоваться литая сталь. Литые стальные шестерни обладают хорошей прочностью и вязкостью и могут удовлетворять требованиям использования некоторых больших шестерен.

Чугун: Серый чугун, ковкий чугун и т. д. обладают хорошими литейными свойствами, снижением трения и обрабатываемостью, а стоимость относительно низкая, подходит для изготовления некоторых тихоходных, легконагруженных шестерен с низкими требованиями к шуму. Среди них ковкий чугун имеет лучшие механические свойства, чем серый чугун, и может использоваться для изготовления шестерен, выдерживающих определенные нагрузки.

Неметаллические материалы: В некоторых особых случаях, таких как высокоскоростные легконагруженные, низкошумные требования или трансмиссионные системы со специальными функциями, для изготовления шестерен используются неметаллические материалы, такие как ткань, дерево, пластмасса и нейлон. Эти неметаллические материалы обладают преимуществами малого веса, хорошей самосмазываемости и низкого уровня шума, но их прочность и износостойкость относительно низки.

Параметры производительности и технические стандарты

(1) Параметры производительности

Модуль (m): Модуль является важным параметром при проектировании и изготовлении шестерен, отражающим размер зубьев шестерни. Чем больше модуль, тем больше размер зуба и тем выше несущая способность. Формула расчета: модуль m = диаметр делительной окружности d / число зубьев z.

Число зубьев (z): Определяется в соответствии с требованиями передаточного отношения, различные комбинации зубьев могут обеспечить различные передаточные отношения. Передаточное отношение i = число зубьев ведущего колеса z1 / число зубьев ведомого колеса z2.

Угол давления (α): Угол давления, как правило, установленный китайскими стандартами, составляет 20°. Угол давления влияет на форму зуба и напряжение шестерни. Подходящий угол давления может обеспечить стабильность и несущую способность зубчатой передачи.

Коэффициент высоты головки (ha) и коэффициент зазора (c): Для стандартных шестерен коэффициент высоты головки ha* = 1, а коэффициент зазора c* = 0,25. Они определяют размер высоты головки и зазора шестерни, которые оказывают существенное влияние на характеристики зацепления и точность передачи шестерни.

Твердость поверхности зуба: В зависимости от условий работы и материалов шестерни требования к твердости поверхности зуба различны. Как правило, шестерни с мягкими зубьями (твердость поверхности зуба ≤350HBW) часто используются в условиях средней и низкой скорости, малых нагрузок; шестерни с твердыми зубьями (твердость поверхности зуба >350HBW) подходят для высокоскоростных, тяжелонагруженных, высокоточных трансмиссионных систем, обладающих большей несущей способностью и износостойкостью.

Контактная усталостная прочность и изгибная усталостная прочность: Эти два параметра являются важными показателями для оценки несущей способности шестерен. Контактная усталостная прочность определяет способность поверхности зуба шестерни противостоять контактной усталости, а изгибная усталостная прочность отражает способность корня зуба шестерни противостоять усталостному разрушению. При проектировании шестерен необходимо обеспечить, чтобы контактная усталостная прочность и изгибная усталостная прочность шестерен удовлетворяли требованиям в соответствии с фактической рабочей нагрузкой и требованиями к использованию путем расчета.

(2) Технические стандарты

Точность размеров: Точность размеров шестерни напрямую влияет на ее точность передачи и характеристики зацепления. Общие показатели точности размеров включают допуск диаметра вершин, допуск диаметра делительной окружности и допуск ширины зуба. Как правило, класс точности размеров шестерни определяется в соответствии с требованиями к использованию. Обычно используемые классы точности — это 6-9 классы (GB/T 10095.1-2008 «Цилиндрические зубчатые колеса. Классы точности. Часть 1: Определение и допустимые значения отклонения профиля зуба на одной стороне» и GB/T 10095.2-2008 «Цилиндрические зубчатые колеса. Классы точности. Часть 2: Определение и допустимые значения радиального суммарного отклонения и радиального биения»).

Допуски формы и расположения: Включая допуск профиля зуба, допуск направления зуба и суммарный допуск шага зуба. Допуск профиля зуба влияет на точность профиля зуба шестерни, допуск направления зуба контролирует точность контакта поверхности зуба, а суммарный допуск шага зуба отражает суммарную ошибку шага зуба за один оборот шестерни. Строгий контроль допусков формы и расположения может эффективно повысить стабильность и точность зубчатой передачи.

Шероховатость поверхности: Шероховатость поверхности зубьев шестерни существенно влияет на шум передачи, износ и характеристики смазки. Как правило, меньшее значение шероховатости поверхности приводит к снижению шума передачи, меньшему износу и лучшей смазке. Различные уровни точности и требования к использованию шестерен имеют соответствующие стандарты шероховатости поверхности.

Стандарты свойств материала: Материалы шестерен должны соответствовать соответствующим государственным или отраслевым стандартам. Показатели, такие как химический состав и механические свойства стали, должны соответствовать заданным требованиям. Например, химический состав и механические свойства стали 45 должны соответствовать стандарту GB/T 699-2015 «Высококачественная углеродистая конструкционная сталь».

Стандарты качества термической обработки: Термически обработанные шестерни должны соответствовать соответствующим стандартам качества термической обработки. Например, существуют строгие правила для таких параметров, как глубина цементационного слоя и градиент твердости цементированных шестерен, а также твердость закалки и деформация закаленных шестерен. Контролируя параметры процесса термической обработки, обеспечиваются хорошие комплексные механические свойства шестерен.

Производственный процесс

(1) Процесс ковки

Свободная ковка: Подходит для изготовления штучных, мелкосерийных или крупных поковок зубчатых колес. Давление на заготовку осуществляется через кузнечное оборудование, вызывая пластическую деформацию и постепенно формируя необходимую форму зубчатого колеса. Свободная ковка обладает высокой гибкостью, но низкой производительностью и относительно низкой точностью размеров.

Штамповка: Ковка заготовки в специальном штампе позволяет производить зубчатые заготовки сложной формы и высокой точности размеров. Штамповка делится на штамповку в открытом штампе и штамповку в закрытом штампе. Штамповка в закрытом штампе позволяет лучше контролировать течение металла, повышать использование материала и качество ковки, и подходит для массового производства.

(2) Механическая обработка

Нарезание нарезанием: Использование зубонарезного станка и червячной фрезы для обработки зубчатых колес по принципу обкатки позволяет обрабатывать прямозубые цилиндрические зубчатые колеса, косозубые цилиндрические зубчатые колеса и т.д. Нарезание нарезанием обладает высокой точностью обработки и высокой производительностью, и может обрабатывать широкий диапазон модулей, обычно зубчатые колеса с модулем ниже 8.

Зубофрезерование: Использование зубофрезерного станка и зубофрезерного резца для обработки, особенно подходит для обработки внутренних зубчатых колес, многоступенчатых зубчатых колес и т.д. Зубофрезерование обладает высокой точностью профиля зуба и малой шероховатостью поверхности, но относительно низкой производительностью.

Фрезерование зубчатых колес: Обработка зубчатых колес с помощью фрезерного станка и фасонной фрезы, подходит для обработки прямозубых зубчатых колес, зубчатых колес с низкими требованиями к точности или для мелкосерийного производства. Фрезерование зубчатых колес просто, но точность обработки низкая, а производительность невысока.

Зубошлифование: Используется для чистовой обработки зубьев, позволяет повысить точность зубчатых колес и качество поверхности, а также снизить шероховатость поверхности. Зубошлифование делится на обкатное шлифование и профильное шлифование, причем обкатное шлифование более распространено. Для высокоточных зубчатых колес или зубчатых колес с высокой твердостью зубчатое шлифование является важным процессом обработки.

Зубошевингование: Металлорежущий станок для чистовой обработки зубчатых колес, используется для повышения точности профиля зуба и снижения шероховатости поверхности, обычно выполняется после нарезания или фрезерования.

(3) Термическая обработка

Цементация и закалка: В основном используется для зубчатых колес из низкоуглеродистой легированной стали. Путем цементации увеличивается содержание углерода на поверхности зуба, затем проводится закалка и отпуск при низкой температуре, так что поверхность зуба приобретает высокую твердость, высокую износостойкость и хорошую усталостную прочность, а сердцевина сохраняет достаточную вязкость. Цементация и закалка являются основным процессом для изготовления высокопараметрических зубчатых колес с высокой твердостью.

Индукционная закалка или закалка в пламени: Поверхность зуба зубчатого колеса быстро нагревается до температуры закалки, а затем быстро охлаждается для получения высокой твердости на поверхности зуба. Этот метод подходит для зубчатых колес из среднеуглеродистой или среднеуглеродистой легированной стали, что может повысить износостойкость и усталостную прочность поверхности зуба, а деформация закалки мала.

Отпуск: После закалки зубчатых колес из среднеуглеродистой или среднеуглеродистой легированной стали высокотемпературный отпуск может обеспечить хорошие всесторонние механические свойства, подходит для изготовления мелких и средних, средненагруженных и легконагруженных зубчатых колес.

Нормализация: Повышает обрабатываемость материалов зубчатых колес, измельчает зерна и устраняет внутренние напряжения. Ранее нормализованные зубчатые колеса в основном использовались для больших морских зубчатых колес с низким уровнем шума, но сейчас они редко используются из-за низкой износостойкости поверхности зуба.

(4) Поверхностная обработка

Азотирование: Атомы азота проникают в поверхность зубчатого колеса, образуя азотированный слой с высокой твердостью, износостойкостью и коррозионной стойкостью. Азотирование может улучшить качество поверхности и срок службы зубчатых колес и подходит для зубчатых колес с очень высокими требованиями к точности размеров и качеству поверхности, таких как высокоскоростные зубчатые колеса и зубчатые колеса для прецизионных станков.

Меднение: Улучшает контактное состояние поверхности зуба зубчатого колеса, снижает коэффициент трения и повышает антипригарные свойства. Часто используется для зубчатых колес со специальными требованиями к контактным характеристикам поверхности зуба.

Дробеметная обработка: Высокоскоростная дробеметная обработка воздействует на поверхность зубчатого колеса, вызывая остаточные сжимающие напряжения на поверхности, что повышает усталостную прочность и коррозионную стойкость под напряжением зубчатого колеса.

Контроль качества

Внешний осмотр: Визуальный осмотр или осмотр с помощью простых инструментов для проверки наличия трещин, раковин, пор, складок и т.д. на поверхности ковки зубчатого колеса, а также соответствия размеров и формы проектным требованиям.

Проверка точности размеров: Использование штангенциркулей, микрометров, центров измерения зубчатых колес и других измерительных инструментов и оборудования для измерения различных размерных параметров зубчатого колеса, сравнение их с проектными чертежами и определение соответствия точности размеров стандартным требованиям.

Испытание на твердость: Использование твердомеров Роквелла, твердомеров Бринелля, твердомеров Виккерса и т.д. для проверки твердости поверхности зуба и сердцевины зубчатого колеса, чтобы убедиться, что твердость соответствует требованиям термической обработки и соответствующим стандартам.

Исследование металлографической структуры: Наблюдение за металлографической структурой материала зубчатого колеса с помощью металлографического микроскопа для определения соответствия стандартам материала и требованиям термической обработки, таким как размер зерна, морфология структуры и глубина цементационного слоя.

Неразрушающий контроль: Общие методы неразрушающего контроля включают магнитопорошковый контроль, ультразвуковой контроль и капиллярный контроль. Магнитопорошковый контроль используется для обнаружения поверхностных и приповерхностных трещин; ультразвуковой контроль может обнаруживать внутренние дефекты; а капиллярный контроль используется для обнаружения поверхностных дефектов. С помощью неразрушающего контроля,

обеспечивается надежное внутреннее качество ковки зубчатого колеса и отсутствие дефектов, влияющих на производительность.

Испытание механических свойств: На кованых зубчатых колесах проводятся испытания на растяжение, ударные испытания, испытания на изгиб и т.д. для определения их прочности, вязкости и других механических свойств, чтобы проверить соответствие проектным требованиям и соответствующим стандартам.

Преимущества продукции

Высокая прочность и высокая вязкость: Процесс ковки делает внутреннюю структуру металла плотной, а зерна измельченными, что повышает прочность и вязкость зубчатого колеса, позволяя ему выдерживать большие нагрузки и удары, а также увеличивая срок службы.

Хорошая износостойкость: После соответствующей термической и поверхностной обработки поверхность зуба зубчатого колеса обладает высокой твердостью и хорошей износостойкостью, что может эффективно снизить износ поверхности зуба и обеспечить точность и стабильность передачи.

Высокая точность: Передовые производственные процессы и строгий контроль качества обеспечивают высокую точность размеров, формы и расположения, а также качество поверхности зуба кованых зубчатых колес, отвечающих требованиям высокоточной передачи.

Высокая надежность: Качество продукции стабильное и надежное, прошло строгий контроль качества и может надежно работать в различных сложных условиях эксплуатации, снижая вероятность отказов оборудования и повышая производительность.

Высокие возможности по индивидуальному заказу: В соответствии с различными потребностями клиентов могут быть спроектированы и изготовлены зубчатые колеса различных спецификаций, форм, материалов и эксплуатационных характеристик, удовлетворяющие разнообразные сценарии применения.

Послепродажное обслуживание

Гарантия качества: Предоставляется гарантийный срок. В течение гарантийного срока в случае поломки или повреждения по вине качества продукции будет предоставлен бесплатный ремонт или замена.

Техническая поддержка: Предоставление клиентам технических консультаций и решений, а также помощь клиентам в выборе, установке и вводе в эксплуатацию зубчатых колес, а также в устранении неисправностей.

Регулярные визиты: Регулярные визиты к клиентам для понимания использования продукции, сбора мнений и предложений клиентов и постоянного улучшения качества продукции и уровня обслуживания.

Быстрый отклик: Создание механизма быстрого реагирования на отзывы клиентов.

Области применения

Ветроэнергетика	Судостроение	Механическое производство
Атомная промышленность	Нефтедобывающая промышленность	Химическая промышленность