Precyzyjna obróbka przekładni: technologia fazowania

"Bez fazowania umiejętności stolarza są niekompletne." To stare powiedzenie stolarskie nie tylko oddaje mądrość tradycyjnego rzemiosła, ale również głęboko rezonuje w nowoczesnej produkcji przemysłowej. Fazowanie, pierwotnie termin używany w stolarstwie, przekształciło się w kluczowy proces współczesnej produkcji przemysłowej, szczególnie w precyzyjnym wykonywaniu kół zębatych.

I. Czym jest fazowanie?

W nowoczesnej terminologii przemysłowej, fazowanie oznacza proces lekkiego ścięcia lub zaokrąglenia zewnętrznego lub wewnętrznego kąta prostego przedmiotu obrabianego. Jego główne cele są dwojakie: po pierwsze, eliminacja miejsc koncentracji naprężeń, a po drugie, zapobieganie skaleczeniom operatorów ostrymi krawędziami podczas montażu i użytkowania. Ponadto zaokrąglone krawędzie poprawiają estetykę przedmiotu, nadając mu bardziej przyjazny i wyrafinowany wygląd.
Ważne jest, aby odróżnić fazowanie od zaokrąglania: choć oba procesy wiążą się z zaokrągleniem, fazowanie dotyczy krawędzi przedmiotu, podczas gdy zaokrąglanie skupia się na narożnikach. W praktycznych zastosowaniach niezaokrąglone narożniki stanowią większe ryzyko urazu dla użytkowników w porównaniu do niefazowanych krawędzi.

II. Fazowanie profilu zęba koła zębatego: Klasyfikacja i typy

Wraz z rozwojem przemysłu motoryzacyjnego wymagania dotyczące estetyki i wydajności kół zębatych stają się coraz bardziej rygorystyczne, co przesuwa fazowanie technologiczne do centrum uwagi w kontekście precyzyjnej kontroli.

1. Podstawowe kategorie fazowania profilu zęba koła zębatego

Fazowanie profilu zęba koła zębatego dzieli się głównie na trzy typy ze względu na położenie:

Fazowanie końcówki zęba: fazowanie stosowane na końcówce zęba koła zębatego.
Fazowanie końca zęba: fazowanie wykonywane na powierzchni czołowej zęba koła zębatego.
Fazowanie profilu zęba: fazowanie wzdłuż roboczego profilu zęba (główny temat tego artykułu).

2. Klasyfikacja techniczna fazowania profilu zęba

Fazowanie profilu zęba jest powszechnie dzielone na trzy typy techniczne, które dodatkowo różnią się zastosowaniem jednostronnym lub dwustronnym:

Typ techniczny Cechy jednostronne Cechy dwustronne
Fazowanie stożkowe (kończy się przy podcięciu u podstawy) Niesymetryczne fazowanie; brak fazowania zaokrąglenia u podstawy. Symetryczne fazowanie z obu stron; brak fazowania zaokrąglenia u podstawy.
Fazowanie stożkowe (kończy się przy pełnym zaokrągleniu u podstawy) Niesymetryczne fazowanie; częściowe fazowanie zaokrąglenia u podstawy. Niesymetryczne fazowanie z obu stron; częściowe fazowanie zaokrąglenia u podstawy.
Fazowanie jednostajne (kończy się przy pełnym zaokrągleniu u podstawy) Symetryczne fazowanie; jednostajne fazowanie zaokrąglenia u podstawy. Symetryczne fazowanie z obu stron; jednostajne fazowanie zaokrąglenia u podstawy.

III. Powszechne metody obróbki fazowania profilu zęba

Do fazowania profilu zęba dostępnych jest wiele procesów, z których każdy charakteryzuje się unikalnymi zasadami, zaletami i ograniczeniami.

A. Fazowanie przez szlifowanie

Zasada działania: Wykorzystuje wirujący wrzeciono i pływający kamień szlifierski do usuwania zadziorów i ostrych krawędzi z profilu zęba.
Ograniczenia: Wielkość fazki zmienia się w zależności od takich czynników jak średnica kamienia szlifierskiego, kąt pochylenia zęba, moduł i liczba zębów. Często powoduje uszkodzenie powierzchni stóp zębów oraz tworzy chropowate krawędzie fazowane.
Zastosowanie: Szeroko stosowane w tradycyjnych branżach, takich jak energetyka wiatrowa i pojazdy użytkowe, dla kół zębatych o dużym module.

B. Fazowanie przez wytłaczanie

Zasada działania: Zastosowanie dwóch specjalnych tarcz wytłaczających z pasującymi "zębami śrubowymi", które współdziałają z kołem zębatym. Wysokoprędkościowe współbieżne obracanie "ścina" zadziory i ostre krawędzie pozostawione po frezowaniu hobowym.
Ograniczenia: Twarde wytłaczanie powoduje mikrowystępy na powierzchni zęba (utrudniające późniejsze szlifowanie/honorowanie), wymaga dodatkowych skraplaczy do kontrolowania wypukłości na powierzchni czołowej, tworzy chropowate krawędzie, wydłuża czas cyklu obróbki i jest nieskuteczne dla wielotarczowych kół zębatych.

C. Proces frezowanie-fazowanie-frezowanie

Zasada: Podczas frezowania obwiedniowego pozostawiana jest niewielka warstwa przeznaczona na docisk. Po wycofaniu freza, narzędzia do wytłaczania i skrawania przetwarzają fazę, po czym wykonuje się końcowe przejście frezowania w celu osiągnięcia precyzji.
Ograniczenia: Integracja narzędzi do maszyny do frezowania obwiedniowego zwiększa czas cyklu; ustawienie narzędzi jest skomplikowane, a ponadto przenosi ograniczenia związane z fazowaniem przez wytłaczanie.

D. Fazowanie frezowe 1 (frez radialny do fazy)

Zalety:

Odpowiednie dla przedmiotów w kształcie wału oraz tych o konturach powodujących interferencję.
Elastyczna integracja z maszynami do frezowania obwiedniowego lub możliwość użycia jako samodzielne urządzenie.
Szeroko stosowane na rynku.

E. Fazowanie frezowe 2 (zintegrowana maszyna do frezowania obwiedniowego)

Stan obecny: Niektóre marki frezarek obwiedniowych (np. Gleason) oferują modele wyposażone w wbudowane fazowanie końców zębów (frezy toczone lub fazowanie frezem obwiedniowym).
Zalety: Łączy frezowanie obwiedniowe i fazowanie w jednym etapie; eliminuje uszkodzenia spowodowane ręcznym ponownym mocowaniem.
Ograniczenia: Wysoki koszt sprzętu (specjalne frezy do fazy są drogie); nadaje się wyłącznie do kół talerzowych (problemy z interferencją przy kołach uzębionych na wale).

IV. Wybór procesów fazowania

Wybór procesu fazowania zależy od scenariusza zastosowania koła zębatego i powinien być ustalony we współpracy z klientem:

Rekomendacja dla wałów zębatych w pojazdach napędzanych energią elektryczną: należy preferować fazowanie frezowane, ponieważ technologia i wyposażenie do tego procesu są dojrzałe.
Wielkość fazy: zazwyczaj 0,3–0,8 mm dla faz na profilu zęba.
Kąt fazy: należy współpracować z projektantami, aby określić kąty zależnie od typu napędu silnika (o osiach równoległych lub współosiowych), przy czym typowe zakresy to np. 150°±10° oraz 125°±10°.

V. Zalety fazowania

Zwiększenie bezpieczeństwa: zmniejsza ryzyko urazów podczas obsługi i przetwarzania.
Poprawa estetyki: poprawia ogólny wygląd koła zębatego, co zwiększa satysfakcję klientów.
Redukcja naprężeń: zmniejsza koncentrację naprężeń na ostrych końcach zębów po obróbce cieplnej.
Zapobieganie uszkodzeniom: zmniejsza ryzyko łamania się zębów w wyniku uderzeń podczas obróbki cieplnej i kolejnych procesów.
Zachowanie jakości: Zapobiega utlenianiu i dekarboryzacji na końcach zębów podczas carburyzacji.
Optymalizacja wydajności: Zmniejsza ryzyko kruszenia i łuskania końców zębów, gdy zaangażowana jest częściowa szerokość zęba.
Ułatwienie montażu: Odpowiednia wielkość i kąt fazowania upraszczają montaż przekładni.

Vi. wniosek

Mimo udowodnionych korzyści, fazowanie było niedoceniane w niektórych obszarach krajowej branży przekładniowej, gdzie niektórzy producenci nadal stawiają funkcjonalność ponad ten kluczowy proces. Jednak wraz z postępem technologii motoryzacyjnej i rosnącymi wymaganiami jakościowymi, fazowanie stało się nieodzownym etapem w produkcji precyzyjnych przekładni. Przyjmowanie i doskonalenie procesów fazowania jest niezbędne dla poprawy jakości produktów i wzmocnienia konkurencyjności na rynku.
W świecie przekładni małe zębatki napędzają wielkie innowacje — a staranne fazowanie jest fundamentem tej precyzji.