A fogaskerekek a modern világ csendes, nélkülözhetetlen hősei. A járművek sebességváltójának bonyolult működésétől a szélturbinák kolosszális erejéig ezek a fogazott alkatrészek alapvető fontosságúak a mechanikus erőátvitelben. Évszázadok óta a fogaskerekek gyártása a precizitás és a hatékonyság törekvése volt, amelyet olyan bevett eljárások uraltak, mint a lefejtőmarás, az alakítás és a üregelőmarás. A modern ipar szüntelen igényei – a nagyobb termelési volumen, a nagyobb költséghatékonyság és a szorosabb alkatrész-integráció – azonban egy transzformatív technológia fejlesztését ösztönözték:Power Skiving.

A Power Skiving megmunkálási alapelve

A power skiving lényegében egy folyamatos generatív forgácsolási folyamat, amely szinergikusan ötvözi a lefejtőmarás nagysebességű forgását a fogaskerék-alakítás szerszám-munkadarab elrendezésével. Ez egy összetett „hengerlő” vagy „gyalulási” folyamat, ahol egy speciális, többfogú maró és a fogaskerék nyersdarabja pontosan szinkronizált, összekapcsolódó mozgásban forog.

A power skiving meghatározó jellemzője atengelymetszés szöge (Σ)A lefejtőmarással (ahol a szerszám és a munkadarab tengelyei 90 fokos szöget zárnak be egymással, a spirálszöggel eltolva) vagy az alakformálással (ahol a tengelyek párhuzamosak) ellentétben a power skiving (teljesítmény foghántolás) során a szerszám és a munkadarab tengelyei egy meghatározott, nem párhuzamos és nem metsző szögben helyezkednek el. Ez a szög a folyamat kulcsfontosságú tényezője.

Ez a gondosan kiszámított szög egy meghatározott relatív sebességet (csúszást) hoz létre a szerszám vágóélei és a munkadarab oldalai között. Mivel a szerszám és a nyersdarab nagy sebességgel forog, ez a csúszási sebesség generálja a vágási műveletet. A vágószerszám, amely egy marógéphez hasonlít, de spirálszöggel rendelkezik, minden egyes vágóél-menettel gyakorlatilag „lehasítja” vagy „lefejti” az anyagot a nyersdarabról, folyamatosan létrehozva az evolvens fogprofilt, miközben mindkét alkatrész forog.

Szerszámozás: A folyamat lelke

A nagy teljesítményű foghántáshoz használt marószerszám egy rendkívül összetett és speciális szerszám. Jellemzően tömör bevonatú keményfémből készül a maximális merevség és kopásállóság érdekében, vagy nagy teljesítményű porkohászati ​​(PM) gyorsacélból (HSS). A szerszám kialakítását – beleértve a spirálszöget, a homlokszöget és a profilt – kifejezetten a gép kinematikai modellje és a célkerék pontos geometriája alapján számítják ki. Ez a szerszámspecifikus komplexitás jelentős tényező a folyamat összköltségében és beállításában.

A power skiving előnyei és hátrányai

Mint minden gyártási folyamat, a nagy teljesítményű foghántolás is egyedi kompromisszumokat kínál.

Előnyök:

Rendkívüli termelékenység: Jelentősen gyorsabb (3-10-szer) a fogaskerék-megmunkálásnál, és rendkívül versenyképes a lefejtőmarással. Belső fogaskerekek esetében gyakran ez a legproduktívabb elérhető módszer.

Páratlan rugalmasság: Az eljárással egyetlen gépen megmunkálhatók belső és külső fogaskerekek, valamint bordás fogaskerekek, ferde fogaskerekek és homlokkerekek.

„Egyben elvégezhető” képesség: Egyetlen beállítással képes nagyolást, elősimítást és simítást végezni. Kemény fogaskerék-lemunkálásra vagy hőkezelés utáni fogaskerekek megmunkálására is képes, ami kiküszöbölheti a későbbi köszörülési műveletek szükségességét.

Kiváló minőség: Merev, modern gépeken végzett teljesítmény-hántolás esetén nagy pontosságú fogaskerekek (pl. AGMA 10-11, DIN 6-7) hozhatók létre kiváló felületi minőséggel.

Megoldja a bonyolult geometriákat: Ideális korlátozott szerszámhézagú alkatrészekhez, például vállal vagy peremmel ellátott fogaskerekekhez, ahol a maró nem tud kifutni. Ez gyakori kihívás a kompakt sebességváltó-kialakításoknál.

Hátrányok:

Magas gépi tőkeköltség: A folyamathoz egy rendkívül fejlett, merev és hőstabil, 5 (vagy több) tengelyes CNC gépre van szükség, tökéletes elektronikus szinkronizációval, ami jelentős beruházást jelent.

Komplex folyamatok és szerszámozás: A kinematika rendkívül összetett. A folyamattervezés kifinomult szimulációs szoftvert igényel a szerszámpályák kiszámításához és az ütközések elkerüléséhez. Maguk a szerszámok drágák és alkalmazásspecifikusak.

Beállítási érzékenység: A folyamat rendkívül érzékeny a helyes beállításra, különösen a tengelymetszés szögére. Bármilyen beállítási eltérés drasztikusan befolyásolhatja a szerszám élettartamát és az alkatrész minőségét.

Forgácskezelés: A nagy mennyiségű anyag nagy sebességű eltávolítása forgácskezelési kihívásokat okozhat, különösen mély belső fogaskerekek megmunkálásakor, ahol a forgácsok beragadhatnak.

Alkalmazási forgatókönyvek

A nagy teljesítményű foghántolás nem helyettesíti univerzálisan az összes többi fogaskerék-megmunkálási folyamatot, de domináns megoldás bizonyos, nagy értékű területeken, elsősorban a tömegtermelés által vezérelve.

Autóipar: Ez a legnagyobb alkalmazó. Az eljárást széles körben alkalmazzák belső sebességváltó alkatrészek, például tányérkerekek, bolygókerekek és bordás tengelykapcsoló-testek gyártására. A belső fogaskerekek és összetett bordák gyors és nagy pontosságú létrehozásának képessége felbecsülhetetlen értékű a modern, kompakt automata és elektromos járművek (EV) sebességváltóiban.

Repülőgépipar: Bordás tengelyek és működtető rendszerek fogaskerekeinek gyártásához használják, ahol a nagy megbízhatóság és az összetett, könnyű kialakítás kiemelkedő fontosságú.

Ipari gépek: Ideális olyan alkatrészek gyártásához, mint a szivattyú fogaskerekei, tengelykapcsolók és egyéb bordás tengelyek, ahol a termelékenység és a pontosság kulcsfontosságú.

A power skiving ideális jelöltjei a közepes és nagy volumenű alkatrészek, különösen a belső fogaskerekek vagy az ütköző vállal rendelkező fogaskerekek, ahol a ciklusidő-megtakarítás indokolhatja a gépekbe és szerszámokba történő magas kezdeti beruházást.

Következtetés

A power skiving sikeresen átlépett egy 100 éves elméleti koncepcióból egy modern gyártási erőművé. A lefejtő marás sebességének és az alakítás rugalmasságának ötvözésével alapvetően áthidalt egy kritikus szakadékot a fogaskerék-gyártásban. Páratlan megoldást kínál a belső fogaskerekek és összetett bordás alkatrészek nagy volumenű gyártására, növelve a hatékonyságot és lehetővé téve a kompakt, nagy teljesítményű mechanikus rendszerek következő generációját. Ahogy a szerszámgép-technológia, a szimulációs szoftverek és a forgácsolószerszám-tervek folyamatosan fejlődnek, a power skiving elterjedése várhatóan bővülni fog, tovább erősítve forradalmi szerepét a fogaskerék-gyártásban.