Hvad er Gear Blank Manufacturing Processes? Støbning vs. smedning vs. bearbejdning

Den øvre grænse for kvaliteten af ​​gearprodukter afhænger af materialets fundament. Selv hvis du har det bedste tandprofildesign eller den mest avancerede varmebehandlingsløsning, hvis der er defekter i den grundlæggende gearemne-fremstillingsproces, er dine gear bestemt til ikke at køre i lang tid.

Gearemner er de afgørende faktorer for den strukturelle integritet, udmattelseslevetid og fremstillingsomkostninger for de endelige komponenter. Hvis du vælger den forkerte fremstillingsproces, kan det resultere i katastrofalt gearbrud under-drift på stedet eller øge vedligeholdelsesomkostningerne i produktionsprocessen.

Så hvordan vælger du fremstillingsprocessen? Skal du vælge støbning, smedning eller direkte bearbejdning fra stanglager?

Støbning er en af ​​de ældste metalbearbejdningsteknikker, som mennesker mestrer, og for specifikke anvendelsesscenarier er det fortsat en yderst konkurrencedygtigfremstillingsproces for gearemne. Princippet er at sprøjte smeltet metal ind i støbeformens hulrum og derved definere emnets form.

Håndværk og materialer
Inden for gear refererer vi normalt til sandstøbning eller investeringsstøbning, og almindeligt anvendte materialer omfatter gråt støbejern, duktilt jern eller støbestål. Efter at det smeltede metal er afkølet og størknet, danner det en form, der stemmer overens med formen.

fordele og ulemper
Den største fordel ved støbning er graden af ​​frihed i geometrisk form. Hvis du designer kæmpe gear til minedrift med kuglemøller eller skibsfremdrivningssystemer - er dem med en diameter på flere meter - ofte den eneste mulige løsning. Det giver dig mulighed for direkte at støbe komplekse strukturer såsom eger og vægtreducerende huller i emnet, hvorved mængden af ​​fjernet materiale reduceres betydeligt i fremtiden.

Men casting har sine iboende svagheder. Størkningsprocessen kan let føre til indre defekter som f.eksporøsitet og krympehulrum. Derudover er kornstrukturen i støbegods sædvanligvis tilfældig og grov. Det betyder, at sammenlignet med smedegods er trækstyrken og slagstyrken for støbte tandhjul normalt lavere.

De anvendelige scenarier er generelt gear i store-størrelser, ekstremt komplekse geometriske strukturer, applikationer med lav til medium belastning og situationer, der kræver støbejerns fremragende stødabsorberende ydeevne.

Opmærksomhed:Pas på interne skjulte defekter, der først vil blive afsløret efter starten af ​​gearskæring.

Når høj bæreevne-, slagfasthed og lang udmattelseslevetid bliver kompromisløse krav,smedninger uden tvivl en overlegen fremstillingsproces for gearemne. Smedning involverer opvarmning af en metalstang og påføring af et enormt tryk ved hjælp af en kæmpe hammer eller presse for at få den til at gennemgå plastisk deformation.

Hemmeligt våben:Korn flow
Hvorfor er smedede tandhjul stærkere end støbte eller skårne tandhjul? Svaret ligger imetal korn flow.
Forestil dig træ. At flække træ langs dets tekstur er meget lettere end at skære det vandret. Metaller har også lignende "teksturer" eller fibrøse strukturer.

I støbning: der er ingen strømline linjer, strukturen er isotrop, men relativt løs.
Skæring:Du har skåret strømlinjen af, og de blottede fiberender kan blive udgangspunktet for revner.
I smedning, tvinger plastisk deformation metalstrømningslinjer til at følge emnets kontur.

Denne kontinuerlige metalstrømlinje danner et "skelet" inde i delen, der er i overensstemmelse med kraftretningen på gearet, hvilket væsentligt forbedrer træthedsstyrke og slagfasthed.

To hovedformer

Åben formsmedning:Anvendes til større og enklere emner. Det kan effektivt komprimere midten af ​​stålbarren og lukke de indre porer.
Lukket formsmedning:Dette er den mest almindelige fremstillingsproces for tandhjulsemner til automotive og industrielle gear. Metal presses ind i præcisionsforme for at producere "nær netformede" emner med minimal efterfølgende bearbejdning.

Økonomiske overvejelser
Smedning kræver dyre forme og tungt udstyr. Hvis det er en enkelt prototype, er det ikke omkostningseffektivt-. Men for partier på over 1000 styk er smedning ofte den billigste løsning på grund af minimalt råmaterialespild og væsentligt reduceret behandlingstid. Velegnet til automotive gearkasser, luftfartsgear, tunge-industrigearkasser og stor-produktion.

Den tredje almindelige fremstillingsproces for gearemne er skæring direkte fra stangen. Her vælger du et massivt rundstål (såsom 45 # stål, 42CrMo, 20CrMnTi osv.) og bruger en CNC drejebænk eller savmaskine til at skære det i størrelsen som et tandhjulsemne.

Vejen med mindst modstand
Dette er en 'materiale reduktion' proces. Du holder et større stykke materiale og skærer alle de dele af, der ikke ligner tandhjul.

Den største fordel her er smidighed. Du behøver ikke vente i 8 uger på fremstilling af støbe- eller smedeforme. Du kan bestille en stålstang i dag og få det forarbejdede gear blankt i morgen. Til prototyping, udskiftning af reservedele eller produktion af små partier (såsom 10 til 50 styk) er dette normalt den foretrukne standardmetode.

Gå på kompromis med teknik
Ulempen ligger i den strukturelle ydeevne. Som nævnt tidligere, når du drejer tandhjul fra stangmateriale, forstyrrer du materialets fiberstrømningslinjer. Ved at skære den langsgående tekstur af det valsede stangmateriale afslørede du kornenderne på tandhjulets overflade.

Selvom kvaliteten af ​​moderne stål er høj nok til at gøre denne metode acceptabel til mange generelle anvendelser, er udmattelseslevetiden for skårne gear normalt lavere end for smedede tandhjul med samme materiale og størrelse.

Derudover er materialeudnyttelsesforholdet i denne fremstillingsproces for gearemne det laveste. Hvis du ønsker at bearbejde et stort gear med et hjulnav, vil du forvandle det meste af det dyre legerede stål til spåner (affald), hvilket direkte vil øge materialeprisen pr. stk.

Dens fordel er, at der ikke er behov for formgebyrer (NRE), og leveringscyklussen er meget hurtig. Velegnet til prototypemaskiner, små batchforsøg, nødreparationsdele og gear med let til medium belastning.

For at hjælpe dig med at forstå forskellene intuitivt sammenlignede Hansheng disse tre fremstillingsprocesser for gearemne sammen.

 

 

 

 

 

Brudpunkt for "omkostning vs. output"
En af de mest kritiske faktorer, når du vælger en fremstillingsproces for tandemne, er 'udbyttekurven'.

Har du brug for 10 gear, er stangskæring et passende valg. Selvom materialespildet er betydeligt, er de samlede omkostninger stadig lavere end omkostningerne ved at åbne et sæt smedeforme (som kan nå titusindvis af yuan).

Hvis du har brug for 5000 gear, er smedning den ubestridte vinder. De oprindelige formomkostninger er spredt over tusindvis af dele, og stigningen i enkelt stykomkostninger er minimal. Samtidig vil besparelserne i råmaterialer og reduktionen i bearbejdningstid (da råemnet er næsten nettoformet) give enorme fortjenstmargener.

Hansheng giver dig en tjekliste til fremstillingsprocessen for tandhjulsblanket.

Vurder belastning og sikkerhedsfaktor
Hvilket scenarie bruges dette gear til? Hvis applikationen involverer stødbelastning, cyklisk stress eller sikkerhedskritiske funktioner, kan støbning tages særligt i betragtning.

Analyser geometriske former
Har gear store maveplader, komplekse vægtreducerende huller eller integrerede skaller? Hvis formen er for kompleks til at smede, eller drejning er for spild af materialer, kan støbning være din eneste geometriske løsning.

Beregn samlede ejeromkostninger (TCO)
Se ikke kun på tilbuddet af råvaren, se på prisen på det færdige produkt.
Støbeemner kan være billige at købe, men hvis der er hårde pletter (kolde zoner), er det ikke venligt for CNC-rekvisitter og vil øge forarbejdningsomkostningerne.
Selvom smedning af emner kræver høje initiale investeringer, kan deres ensartede overfladeglathed og fejlfrie egenskaber accelerere hastigheden af ​​gear-hobbing og slibning, og derved forkorte cyklustiden for hele gearemne-fremstillingsprocessen.

Overvej virkningen af ​​varmebehandling
Smedede materialer har typisk en tættere og mere ensartet struktur, hvilket gør deres reaktioner på varmebehandlinger såsom karburering og nitrering mere forudsigelige. Støbegods lider undertiden uforudsigelig deformation under bratkøling på grund af interne uoverensstemmelser.

Baseret på Hanshengs omfattende erfaring er vores forslag, at der ikke er nogen absolut "bedste" fremstillingsproces for gearemne, kun den proces, der bedst opfylder dit projekts output, budget og ydeevnestandarder.

Casting:til ultra stor skala og komplekse geometriske strukturer.
Smedning:Til kritisk ydeevne, holdbarhed og masseproduktion.
Stangskæring:for hastighed, fleksibilitet og små batchordrer.

Hansheng er en professionel gearproducent, der leverer-et-stop præcisionstransmissionsløsninger. Hvis du har noget udstyrsrelaterede behov, bedes du kontakte vores ingeniørteam med det samme eller besøge vores side med gearfremstillingskapaciteter for at gennemse. Vi kan give dig en omfattende DFM-analyse (Design for Manufacturability) og detaljerede omkostningssammenligninger for at hjælpe dig med at optimere dit geardesign. Lad os bygge holdbare produkter sammen.

Kan alle gear smedes?
Nej. Smedning har begrænsninger i formen. Hvis gear har meget komplekse indre hulrum, underskæringer eller ekstremt store diametre (såsom marinegear på over 2-3 meter), kan smedning være teknisk upraktisk eller dyrt. I dette tilfælde er støbning normalt det bedre valg til fremstillingsprocessen for gearemne.

Hvad er den specifikke påvirkning af "metalstrømline" på gearets levetid?
Påvirkningen er betydelig. Ifølge industridata, vi har erfaret, under samme materiale- og varmebehandlingsforhold, har smedede tandhjul med kontinuerlige metalstrømningslinjer typisk en 20 % til 30 % højere udmattelsesstyrke end tandhjul fremstillet ved skæring. For transmissionsgear, der tåler høje stødbelastninger, bestemmer dette ofte gearenes levetid.

Hvad er den hurtigste proces, hvis jeg har akut brug for et nyt gear?
Bearbejdning fra Bar Stock. Du behøver ikke vente på fremstilling af skimmelsvampe (som normalt tager 4-8 uger). Ved hjælp af beholdning af rundstål kan dygtige bearbejdningsværksteder producere nødudskiftningsdele til dig inden for 24-48 timer. Selvom det er lidt svagere end smedegods, er det den hurtigste løsning til at løse nedlukningsproblemet.

Hvilken proces er bedst egnet til store bronze-snekkegear?
Til bronzesnekkegear er centrifugalstøbning normalt den foretrukne proces.
Selvom bronze også kan smedes, giver centrifugalstøbning fremragende materialetæthed og slidstyrke og er yderst omkostningseffektivt-, hvilket gør det til standardfremstillingsprocessen for tandhjulsemner til store tandhjul af ikke--jernholdigt metal.

ANSI/AGMA 2001-D04 (Genbekræftet 2016)

Fundamentale vurderingsfaktorer og beregningsmetoder for involut spore og spiralformede tandhjul.

ISO 6336-5:2016

Beregning af belastningskapacitet for cylindriske og skrueformede tandhjul - Del 5: Materialers styrke og kvalitet.

AGMA 923-B05

Metallurgiske specifikationer for stålgearing.

Dudley's Handbook of Practical Gear Design and Manufacture (4. udgave)

Stephen P. Radzevich, CRC Press.