Care este procesul de fabricație pentru forjarea cutiei de viteze?

Procesul de fabricație pentru forjate cutie de viteze urmează șase etape de bază: tăierea și încălzirea țaglelor, forjarea brută, tratarea termică, prelucrarea brută, prelucrarea de finisare de precizie și inspecția finală. Componentele forjate ale cutiei de viteze obțin de obicei modele de curgere a cerealelor care urmează conturul piesei , ceea ce îmbunătățește semnificativ rezistența la oboseală în comparație cu componentele prelucrate direct din turnare sau bară. Această aliniere a cerealelor este unul dintre motivele principale pentru care forjarea este preferată față de turnare pentru piesele cutiei de viteze cu sarcină mare utilizate în aplicații de mașini marine, industriale și portuare.

Fiecare etapă a acestui proces afectează în mod direct proprietățile mecanice ale piesei finale, iar omiterea sau grăbirea oricărui pas, în special tratamentul termic, poate compromite rezistența și durabilitatea de care are nevoie componenta cutiei de viteze pentru a rezista cuplului susținut și sarcinilor ciclice în funcțiune.

Selecția materiei prime și pregătirea biletei

Procesul începe cu selectarea unei clase de oțel adecvate în funcție de aplicația cutiei de viteze, de obicei oțeluri aliate, cum ar fi 42CrMo4 sau clase similare alese pentru rezistența și tenacitatea lor după tratamentul termic. Tagla brută este inspectată pentru defecte interne prin testare cu ultrasunete înainte de a fi tăiată la lungimea corectă pentru forjarea specifică.

Verificări cheie în timpul pregătirii materialelor

• Verificarea compoziției chimice în raport cu clasa de oțel specificată
• Testare cu ultrasunete pentru a detecta goluri interne sau incluziuni înainte de forjare
• Tăiere precisă din țagle pentru a minimiza risipa de material în timpul etapei de forjare

Orice defect intern prezent în țaglele brute în această etapă va trece până la forjarea finită, astfel încât această etapă de inspecție este tratată ca o poartă de calitate obligatorie, mai degrabă decât o verificare opțională de către majoritatea unităților de forjare, urmând practicile de management al calității ISO 9001.

Încălzire și forjare brută

Tagla este încălzită într-un cuptor la un interval specific de temperatură de forjare, de obicei între 1100 și 1250 de grade Celsius pentru componentele cutiei de viteze din oțel aliat, în funcție de gradul exact de oțel utilizat. La această temperatură, metalul devine suficient de plastic pentru a fi modelat fără crăpare, în timp ce încă suficient de rece pentru a evita creșterea excesivă a granulelor.

Metode comune de forjare utilizate pentru componentele cutiei de viteze

În timpul forjarii cu matriță închisă, țagla încălzită este presată între matrițe modelate conform geometriei piesei brute, forțând structura granulară internă a metalului să curgă de-a lungul contururilor piesei, mai degrabă decât să fie tăiată, ceea ce este baza mecanică pentru rezistența la oboseală îmbunătățită a pieselor forjate.

Tratament termic pentru forță și tenacitate

După forjare, piesa este supusă unui tratament termic controlat pentru a atinge echilibrul necesar de duritate și tenacitate. Aceasta implică de obicei normalizarea pentru a rafina structura granulelor, urmată de călire și revenire pentru a atinge proprietățile mecanice țintă specificate pentru aplicația cutiei de viteze.

Secvență tipică de tratament termic

1. Normalizare pentru a elibera tensiunile interne din procesul de forjare
2. Călirea în ulei sau apă pentru a atinge nivelul de duritate dorit
3. Călirea pentru a reduce fragilitatea, menținând în același timp rezistența
4. Testarea durității pentru a confirma că piesa îndeplinește specificațiile, în mod obișnuit în intervalul de la 220 la 280 HB pentru forjarea cutiei de viteze

Realizarea corectă a acestei etape este critică, deoarece călirea necorespunzătoare poate introduce fisuri sau solicitări reziduale excesive, în timp ce revenirea inadecvată lasă piesa prea fragilă pentru condițiile de încărcare ciclică tipice în funcționarea cutiei de viteze.

Prelucrare brută și reducerea tensiunii

Odată tratată termic, forjarea trece la prelucrarea brută, unde materialul în exces este îndepărtat pentru a aduce piesa mai aproape de dimensiunile sale finale, lăsând în același timp permis pentru prelucrarea finală. Această etapă include adesea un tratament suplimentar de reducere a tensiunilor dacă materialul semnificativ a fost îndepărtat, deoarece prelucrarea în sine poate introduce noi solicitări interne.

Lăsând permisiunea de prelucrare adecvată, de obicei 3 până la 5 mm pe suprafețele critice , asigură că orice decarburare a suprafeței de la tratamentul termic este complet îndepărtată în timpul prelucrării de finisare, păstrând duritatea proiectată a materialului până la suprafața finală.

Prelucrare cu finisare de precizie

Prelucrarea de finisare aduce forjarea cutiei de viteze la toleranțele dimensionale finale, inclusiv tăierea dinților angrenajului, acolo unde este cazul, finisarea scaunului rulmentului și șlefuirea arborelui. Această etapă utilizează în mod obișnuit centre de prelucrare CNC pentru a atinge toleranțele strânse necesare componentelor cutiei de viteze pentru o fixare adecvată și o potrivire a rulmentului.

Dimensiuni critice verificate în timpul prelucrării de finisare

• Diametre ale alezajului și rotunjime pentru suprafețele de așezare a rulmentului
• Precizia profilului dinților angrenajului pentru o plasă adecvată cu componentele de împerechere
• Calitatea finisajului suprafeței pe suprafețele de contact portante
• Concentricitatea generală între axele de rotație

Producători care produc forjate cutie de viteze , cum ar fi cele realizate de Ace Process pentru aplicațiile de mașini de nave și port, se bazează pe echipamente CNC de precizie în această etapă pentru a menține toleranțe adecvate pentru ansamblurile cutiei de viteze marine cu sarcină mare.

Inspecția finală și testarea calității

Înainte ca forjarea cutiei de viteze să părăsească fabrica, aceasta trece printr-o rundă completă de inspecție pentru a confirma atât acuratețea dimensională, cât și integritatea materialului intern. Aceasta include de obicei verificări dimensionale în raport cu desenul de inginerie, verificarea durității și teste nedistructive pentru a confirma absența fisurilor sau golurilor interne.

Doar piesele care trec fiecare etapă a acestei secvențe de inspecție sunt eliberate pentru livrare, deoarece componentele cutiei de viteze funcționează sub sarcini ciclice susținute, unde chiar și un mic defect intern poate duce la defecțiuni premature la oboseală în funcționare.

De ce forjarea depășește performanța turnării pentru componentele cutiei de viteze

Componentele turnate ale cutiei de viteze pot fi produse mai rapid și la un cost inițial mai mic, dar în general nu pot egala rezistența la oboseală a unei piese forjate corespunzător. Turnarea produce o structură internă de cereale mai aleatorie, în timp ce forjarea aliniază fluxul de cereale de-a lungul căilor de stres pe care piesa le va experimenta în funcționare.

Pentru aplicațiile cutiei de viteze în mașinile maritime și portuare, în care componentele se confruntă cu inversări constante ale cuplului și încărcări ciclice grele, această diferență în durata de viață la oboseală face ca piesele forjate să fie alegerea standard pentru componentele critice ale transmisiei, chiar și la un cost inițial de producție mai mare.