Зъбните колела са тихите, незаменими герои на съвременния свят. От сложните механизми на трансмисията на превозното средство до колосалната мощност на вятърната турбина, тези зъбни компоненти са фундаментални за механичното предаване на енергия. В продължение на векове производството на зъбни колела е било стремеж към прецизност и ефективност, доминирани от установени процеси като фрезоване, формоване и протягане. Въпреки това, неумолимите изисквания на съвременната индустрия – за по-големи обеми на производство, по-голяма икономическа ефективност и по-тясна интеграция на компонентите – са стимулирали развитието на трансформативна технология:Пауър ски.

Принципът на машинната обработка на Power Skiving

В основата си, силовото скавингиране е непрекъснат генеративен процес на рязане, който синергично комбинира високоскоростното въртене на фрезоване с подредбата инструмент-детайл при зъбоображдане. Това е сложен процес на „валцоване“ или „рендосване“, при който специализиран многозъб режещ инструмент и заготовката на зъбното колело се въртят в прецизно синхронизирано, подобно на зацепване движение.

Определящата характеристика на power skiving еъгъл на пресичане на осите (Σ)За разлика от фрезоването (където осите на инструмента и детайла са под ъгъл от 90 градуса, изместен от ъгъла на спиралата) или оформянето (където осите са успоредни), машинното шлифоване работи с оси на инструмента и детайла, зададени под специфичен, непаралелен и непресичащ се ъгъл. Този ъгъл е ключовият фактор за процеса.

Този внимателно изчислен ъгъл създава специфична относителна скорост (плъзгане) между режещите ръбове на инструмента и страничните страни на детайла. Тъй като инструментът и заготовката се въртят с високи скорости, тази скорост на плъзгане генерира режещото действие. Режещият инструмент, който наподобява фреза, но има ъгъл на спирала, ефективно „отстранява“ или „отлепва“ материал от заготовката с всяко преминаване на режещия ръб, непрекъснато генерирайки еволвентен профил на зъба, докато и двата компонента се въртят.

Инструментална екипировка: Сърцето на процеса

Режещият инструмент за мощно шлифоване е изключително сложен и специализиран инструмент. Обикновено е изработен от твърдо покрит карбид за максимална твърдост и износоустойчивост или от високоефективна прахово-металургична (PM) бързорежеща стомана (HSS). Дизайнът на инструмента – включително ъгълът на спиралата, ъгълът на наклона и профилът му – се изчислява специално за кинематичния модел на машината и точната геометрия на целевото зъбно колело. Тази специфична за инструмента сложност е значителен фактор за общата цена и настройката на процеса.

Предимства и недостатъци на пауър скивинга

Както всеки производствен процес, силовото скивингиране предлага уникален набор от компромиси.

Предимства:

Изключителна производителност: Значително по-бърза (3-10 пъти) от зъбоображдането и е силно конкурентна на фрезоването. За вътрешни зъбни колела, това често е най-продуктивният наличен метод.

Несравнима гъвкавост: Процесът може да обработва както вътрешни, така и външни зъбни колела, както и шлицови, спирални и цилиндрични зъбни колела на една машина.

Възможност „Готово в едно“: Може да извършва груба, получистова и чистова обработка с една настройка. Също така е способен да обработва твърдо шкурка или зъбни колела след термична обработка, което може да елиминира необходимостта от последващи шлифовъчни операции.

Високо качество: Когато се извършва на твърда, модерна машина, машинното шлифоване може да доведе до високоточни зъбни колела (напр. AGMA 10-11, DIN 6-7) с отлична повърхностна обработка.

Решава трудни геометрии: Идеален е за части с ограничен хлабина на инструмента, като например зъбни колела с рамо или фланец, където фрезата не може да се изтече. Това е често срещано предизвикателство при компактните конструкции на трансмисии.

Недостатъци:

Високи капиталови разходи за машина: Процесът изисква високотехнологична, твърда и термично стабилна 5-осна (или повече) CNC машина с перфектна електронна синхронизация, което представлява значителна инвестиция.

Сложен процес и инструментална екипировка: Кинематиката е изключително сложна. Планирането на процесите изисква сложен симулационен софтуер за изчисляване на траекториите на инструментите и избягване на колизии. Самите инструменти са скъпи и специфични за приложението.

Чувствителност на настройката: Процесът е силно чувствителен към правилната настройка, особено ъгъла на пресичане на осите. Всяко несъответствие може драстично да повлияе на живота на инструмента и качеството на детайла.

Управление на стружките: Високоскоростното отстраняване на големи обеми материал може да създаде предизвикателства при контрола на стружките, особено при обработка на дълбоки вътрешни зъбни колела, където стружките могат да се натрупат.

Сценарии на приложение

Силовото скавингиране не е универсален заместител на всички други процеси за зъбни колела, но е доминиращо решение в специфични, висококачествени области, главно обусловени от масовото производство.

Автомобилна индустрия: Това е най-големият потребител. Процесът се използва широко за производство на вътрешни трансмисионни компоненти, като зъбни венци, планетарни зъбни колела и шлицови корпуси на съединители. Способността му да създава вътрешни зъбни колела и сложни шлицове бързо и с висока прецизност е безценна за съвременните, компактни автоматични и електрически трансмисии (EV).

Аерокосмическа промишленост: Използва се за производство на шлицове и зъбни колела за задвижващи системи, където високата надеждност и сложните, леки конструкции са от първостепенно значение.

Индустриални машини: Идеални за производство на компоненти като зъбни колела на помпи, съединители и други шлицови валове, където производителността и прецизността са ключови.

Идеалният кандидат за мощно шлифоване е компонент със среден до голям обем, особено вътрешно зъбно колело или зъбно колело с преплитащи се рамена, където спестяванията на време за цикъл могат да оправдаят високата първоначална инвестиция в машини и инструменти.

Заключение

Силовото скафиране успешно направи скока от 100-годишна теоретична концепция до съвременна производствена сила. Чрез съчетаване на скоростта на фрезоване с гъвкавостта на формообразуването, то фундаментално преодоля критична празнина в производството на зъбни колела. То предлага несравнимо решение за високосерийно производство на вътрешни зъбни колела и сложни шлицови компоненти, повишавайки ефективността и давайки възможност за следващото поколение компактни, енергийно плътни механични системи. С развитието на технологиите за машинни инструменти, софтуера за симулация и дизайна на режещите инструменти, прилагането на силово скафиране ще се разшири, допълнително затвърждавайки ролята му на революционна сила в производството на зъбни колела.