quy trình công nghệ Gia công bánh răng

quy trình công nghệ Gia công bánh răng

QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA

Bánh răng, bánh vít l những chi tiết dùng để truyền lực v chuyển μ μ

động nhờ ăn khớp m ta th ờng thấy trong các loại máy móc Sử dụng μ −bánh răng có thể truyền đ ợc chuyển động quay giữa các trục song song −nhau, chéo nhau hoặc vuông góc với nhau

1 Phân loại bánh răng:

1 Bánh răng trụ răng thẳng

Đặc điểm: Hai trục song

song với nhau

2 B¸nh r¨ng trô r¨ng nghiªng

§Æc ®iÓm: Hai trôc cã thÓ song

song hoÆc nghiªng mét gãc

3 B¸nh r¨ng c«n r¨ng th¼ng

§Æc ®iÓm: Hai trôc vu«ng gãc hoÆc nghiªng mét gãc

4 B¸nh r¨ng c«n r¨ng cong, xo¾n

§Æc ®iÓm: Hai trôc vu«ng gãc hoÆc nghiªng mét gãc

5 Trục vít-Bánh vít

Đặc điểm: Truyền động một chiều, hai

trục vuông góc với nhau

6 Bánh răng-Thanh răng

Đặc điểm: Biến chuyển động quay

thành chuyển động thăng và ngược lại

Sử dụng bánh răng trong hộ tốc độ

Gia công bánh răng l một công việc khó vì vừa phải đảm bảo cho μ

đ ợc các chỉ tiêu kỹ thuật vừa phải kinh tế Chọn ph ơng pháp gia công − −bánh răng phụ thuộc v o vật liệu, độ chính xác v kết cấu của bánh răng, μ μyêu cầu về khả năng truyền tải v các chỉ tiêu kinh tế μ

Có nhiều ph ơng pháp gia công bánh răng, bánh vít nh ng ở ch ơng − − −

n y chỉ trình b y ph ơng pháp gia công bánh răng bằng cắt gọt.μ μ −

Các thông số của bánh răng

1- Độ chính xác

Độ chính xác của bánh răng, bánh vít đ ợc đánh giá theo tiêu chuẩn −

Nh n ớc TCVN, tiêu chuẩn n y quy định 12 cấp chính xác khác nhau μ − μ

từ 1 ữ12, trong đó cấp 1 l chính xác nhất, cấp 12 l kém chính xác nhất μ μThông th ờng, trong thực tế chỉ dùng các cấp chính xác 3 − ữ 11

Độ chính xác của bánh răng, bánh vít đ ợc đặc tr ng bằng các chỉ tiêu − −sau đây:

- Độ chính xác động học: độ chính xác n y đ ợc đánh giá bằng sai số μ −góc quay của bánh răng, bánh vít sau một vòng Sai số n y l do sai số μ μcủa hệ thống công nghệ gây ra

Độ chính xác n y rất quan trọng đối với các truyền động có tính đến góc μquay nh truyền động phân độ của các máy cắt răng hoặc các cơ cấu đo −

đếm

- Độ ổn định khi l m việc: μ độ ổn định khi l m việc đ ợc đánh giá bằng μ −sai số chu kỳ tức l giá trị trung bình của sai số truyền động bằng tỷ số μgiữa sai lệch lớn nhất v số răng bánh răng.μ

Độ chính xác n y rất quan trọng đối với bộ truyền lực l m việc với tốc μ μ

độ lớn

- Độ chính xác tiếp xúc: độ chính xác tiếp xúc đ ợc đánh giá bằng vết −tiếp xúc (diện tích v hình dáng) của prôfin răng theo chiều d i, chiều μ μcao v đ ợc biểu diễn bằng % μ −

Độ chính xác n y rất quan trọng đối với các bộ truyền có tải trọng lớn μ

v tốc độ thấp μ

- Độ chính xác khe hở mặt bên: khe hở mặt bên l khe hở giữa các cạnh μrăng trong bộ truyền (bánh răng c ng lớn thì khe hở mặt bên c ng lớn) μ μKhe hở mặt bên đ ợc xác định không phải bằng mức độ chính xác của −

bộ truyền m bằng công dụng v điều kiện sử dụng của nó Ví dụ, với μ μcác bộ truyền có tính đến góc quay cần có khe hở mặt bên nhỏ, còn với các bánh răng trong các turbin tốc độ cao lại cần có khe hở mặt bên lớn Xuất phát từ đó, ng ời ta quy định 4 cấp khe hở mặt bên của bộ truyền −

3- Vật liệu chế tạo bánh răng

Việc chọn vật liệu để chế tạo bánh răng phụ thuộc v o điều kiện l m μ μviệc của chúng Mỗi một loại vật liệu đều thỏa mãn những yêu cầu riêng,

đặc biệt l dùng cho chế tạo ôtô, máy kéo, máy bay, các máy công cụ μ

- Các bánh răng truyền lực th ờng đ ợc chế tạo bằng thép hợp kim − −

Crôm nh 15Cr, 15CrA, 20CrA, 40Cr, 45Cr; Crôm - Niken v Crôm - − μMôlipden nh 40CrNi, 35CrMoA, 18CrMnTi −

- Các bánh răng chịu tải trọng trung bình v nhỏ đ ợc chế tạo bằng thép μ −

C chất l ợng tốt nh C40, C45 v gang − − μ

- Các bánh răng l m việc với tốc độ cao m không gây tiếng ồn đ ợc μ μ −

l m từ chất dẻo, vải ép, da ép μ

- Các bánh vít thường được làm bằng đồng hoặc hợp kim của đồng

- Với tiến bộ của ng nh luyện kim, ng y nay ng ời ta có thể chế tạo μ μ −bánh răng từ vật liệu bột kim loại

4 Ph ơng pháp chế tạo phôi −

Chọn ph ơng pháp chế tạo phôi phụ thuộc v o hình dáng v kích − μ μ

th ớc của chi tiết, vật liệu v công dụng của nó, sản l ợng h ng năm − μ − μcùng các yếu tố khác

- Trong sản xuất lớn, phôi bánh răng thép th ờng l phôi rèn − μ

- Trong sản xuất nhỏ, đơn chiếc ng ời ta th ờng dùng phôi thanh − −

- Bánh răng, bánh vít có kích th ớc quá lớn, phôi đ ợc chế tạo bằng − −

5- Nhiệt luyện

Do yêu cầu l m việc, μ răng bánh răng phải có độ cứng v độ bền cần μ thiết, không được phép có vết nứt, cháy, biến dạng nhiệt phải bé, cơ

tính phải ổn định, vì vậy cần phải có chế độ nhiệt luyện thích hợp

- Đối với nhóm bánh răng có độ rắn của mặt răng HB 350, việc gia ≤

công chính xác bánh răng sau khi đã nhiệt luyện vì độ rắn t ơng đối −

thấp Lúc n y không cần phải qua các nguyên công chỉnh sửa đắt tiền μ

nh m i, m i nghiền − μ μ

Chế độ nhiệt luyện th ờng l tôi cải thiện (thép C chất l ợng tốt, thép − μ −hợp kim); th ờng hoá (thép C chất l ợng th ờng CT51, CT61 hoặc − − −

thép C chất l ợng tốt) −

- Đối với nhóm bánh răng có độ rắn của mặt răng HB 350, bánh răng ≥

đ ợc gia công tr ớc rồi mới nhiệt luyện Lúc n y bánh răng có độ bền − − μcao, khả năng tải lớn nh ng − cần phải gia công lại sau nhiệt luyện để

khắc phục những biến dạng do nhiệt luyện gây ra

Với bánh răng có môđun v kích th ớc nhỏ th ờng đ ợc tôi thể tích μ − − −

Tuy nhiên, ph ơng pháp n y l m tăng độ bền nh ng lại l m giảm độ − μ μ − μdẻo, dai của lõi răng nên bây giờ th ờng dùng thấm than, thấm Ni, thấm −Cyanua thay cho tôi thể tích

Với bánh răng có môđun v kích th ớc lớn th ờng dùng tôi cao tần μ − −Tôi cao tần tức l dùng dòng điện có tần số cao (có thể lên đến 20.000 μHz) để đốt nóng bề mặt rồi l m nguội nhanh, lúc n y lõi bánh răng μ μ

ch a kịp nóng nên vẫn đảm bảo đ ợc độ dẻo, dai ban đầu còn bề mặt − −răng thì độ bền, độ cứng đ ợc tăng lên rất cao, độ bóng bề mặt không −giảm nhiều, biến dạng bé Tuy nhiên, tôi cao tần có giá th nh rất cao μ nên th ờng chỉ dùng trong sản xuất h ng loạt lớn, h ng khối − μ μ Ngo i ra, μ

ng ời ta còn dùng các ph ơng pháp gia công bề mặt răng bằng năng − −

l ợng cao nh tia laser, plasma, ngọn lửa hàn v.v − −

6- Yêu cầu kỹ thuật

Ngo i các yêu cầu về độ chính xác khi cắt răng, quy trình công nghệ μchế tạo bánh răng cần đảm bảo những yêu cầu kỹ thuật sau đây:

- Độ không đồng tâm giữa mặt lỗ v đ ờng tròn cơ sở (vòng chia) nằm μ −trong khoảng 0,05 ữ 0,1 mm

- Độ không vuông góc giữa mặt đầu v tâm lỗ nằm trong khoảng 0,01 μ ữ0,015 mm trên 100 mm đ ờng kính −

- Mặt lỗ v các cổ trục của trục răng đ ợc gia công đạt độ chính xác cấp μ −

7, độ nhám bề mặt Ra = 1,25 ữ 0,63

- Các bề mặt khác đ ợc gia công đạt cấp chính xác 8 − ữ 10, độ nhám bề mặt Rz = 40 ữ 10

- Sau nhiệt luyện đạt độ cứng 55 ữ 60 HRC, chiều sâu thấm C l 1 μ ữ 2 mm; các bề mặt không gia công độ cứng th ờng đạt 180 − ữ 280 HB

7- Tính công nghệ trong kết cấu

Khi thiết kế bánh răng phải chú ý đến kết cấu bề mặt nh : −

- Hình dáng lỗ phải đơn giản vì nếu phức tạp ta phải dùng máy Rơvônve

hoặc máy bán tự động để gia công, sẽ không kinh tế

- Mặt ngo i của bánh răng phải đơn giản, bánh răng có tính công nghệ μcao nhất l khi hình dáng mặt ngo i phẳng, không có mayơ μ μ

- Nếu bánh răng cần có mayơ thì nên để mayơ nằm về một phía lúc đó ta

có thể gá đ ợc hai chi tiết cùng một lúc để gia công, tăng đ ợc năng − −suất

- Bề d y của mặt bên phải đủ để tránh biến dạng khi nhiệt luyện μ

- Hình dáng, kích th ớc các rãnh (nếu có) phải thuận tiện cho việc thoát −dao

- Kết cấu bánh răng phải tạo điều kiện cho việc gia công bằng nhiều dao cùng một lúc

- Các bánh răng bậc nên có cùng một môđun để thuận tiện cho việc gia công, giảm đ ợc thời gian thay dao, tăng năng suất −

8- Chuẩn định vị

Tùy theo kết cấu, sản l ợng v độ chính xác yêu cầu m ta chọn chuẩn − μ μcho thích hợp:

- Khi gia công bánh răng có lỗ, dù l bánh răng trụ, côn, bánh vít thì μ

chuẩn tinh thống nhất l mặt lỗ μ Ngo i lỗ ra, ng ời ta còn chọn thêm μ −mặt đầu l m chuẩn, μ lúc đó mặt lỗ v mặt đầu phải gia công trong một lần μ gá để đảm bảo độ vuông góc giữa mặt đầu v tâm lỗ μ

Trong sản xuất đơn chiếc v loạt nhỏ, ở nguyên công đầu tiên ng ời ta μ −

th ờng dùng một mặt đầu v mặt ngo i của bánh răng l m chuẩn thô − μ μ μSau khi nhiệt luyện, khi cần m i lại lỗ ng ời ta phải dùng v nh răng để μ − μ

- Gia công tinh mặt ngo i μ

Ngo i ra, nếu cần còn có thêm các nguyên công nh khoan lỗ, phay μ −rãnh then, then hoa trên trục răng hoặc l m ren μ

- Khi sản l ợng nhỏ, việc gia công phôi tr ớc khi cắt răng đ ợc thực − − −hiện trên máy tiện Lỗ bánh răng cần phải doa vì yêu cầu phải có độ chính xác cao

- Trong sản xuất h ng loạt lớn v h ng khối, th ờng dùng ph ơng μ μ μ − −pháp chuốt để gia công lỗ, kể cả lỗ có rãnh then, then hoa Trong tr ờng −hợp n y, tr ớc khi chuốt th ờng đ ợc khoan hoặc khoét trên máy μ − − −khoan đứng; các nguyên công khác chỉ đ ợc gia công sau khi chuốt lỗ −bởi vì ph ơng pháp chuốt có thể đạt đ ợc độ chính xác kích th ớc rất − − −cao nh ng độ chính xác về vị trí t ơng quan của mặt lỗ với mặt khác lại − −khá thấp

Các mặt ngo i đ ợc gia công trên máy tiện bán tự động hoặc trên dây μ −chuyền tự động

- Trong sản xuất đơn chiếc v loạt nhỏ, th ờng gia công chuẩn bị tr ớc μ − −khi cắt răng trên các máy tiện v các máy rơvônve μ

- Các bánh răng có đ ờng kính > 500 mm th ờng đ ợc gia công chuẩn − − −

bị tr ớc khi cắt răng trên máy tiện đứng−

9.10- Các ph ơng pháp gia công răng −

Bánh răng l chi tiết quan trọng, có độ bền v tuổi thọ cao Thông μ μ

th ờng, răng của bánh răng có biên dạng l đ ờng thân khai − μ −

Về nguyên lý tạo răng, có thể chia th nh hai ph ơng pháp gia công l μ − μ

ph ơng pháp định hình v ph ơng pháp bao hình − μ −

- Ph ơng pháp định hình − l ph ơng pháp cắt răng m dụng cụ cắt có μ − μbiên dạng l ỡi cắt l rãnh răng Quá trình cắt răng không liên tục, khi − μcắt thì cắt từng rãnh răng một, sau đó phân độ để gia công tiếp rãnh răng khác

- Ph ơng pháp bao hình − l ph ơng pháp cắt răng m dụng cụ cắt μ − μ

không cần có biên dạng l ỡi cắt l rãnh răng Quá trình cắt răng diễn ra − μliên tục, khi cắt dụng cụ cắt sẽ lăn t ơng đối trên v nh của bánh răng − μgia công v khi đó quỹ tích các đ ờng bao của dụng cụ cắt l prôfin μ − μthân khai của răng bánh răng gia công

9.10.1- Gia công bánh răng trụ

a) Gia công theo ph ơng pháp định hình −

* Phay định hình

Phay răng bằng ph ơng pháp định hình đ ợc tiến h nh bằng dao phay − − μ

định hình m prôfin của nó phù hợp với prôfin của rãnh răng μ

* Răng thẳng:

Dao phay định hình dùng để gia công bánh răng l dao phay đĩa môđun μ(hình a) hoặc dao phay ngón môđun (hình b)

Cắt răng bằng phương pháp định hình

Dao phay đĩa mô đun

Cắt răng bằng dao phay đĩa mô đun

Bộ dao phay đĩa mô đun

Ph ơng pháp n y đ ợc sử dụng nhiều trên máy phay vạn năng có trang − μ −

bị dụng cụ phân độ Khi gia công, chi tiết đ ợc gá v o ụ phân độ, dao − μ

đ ợc gá sao cho đ ờng kính ngo i (dao phay đĩa môđun) hoặc mặt đầu − − μ

(dao phay ngón) trùng với đ ờng sinh cao nhất của chi tiết − Sau đó,

điều chỉnh dao ở độ cao sao cho rãnh răng có chiều sâu theo yêu cầu (tùy theo môđun răng gia công

Gia công xong một răng thì dùng đầu phân độ để quay chi tiết một góc 3600/z (với z l số răng cần gia công) rồi tiếp tục gia công răng tiếp theo, μ

cứ thế cho đến hết

Chi tiết gia công

Dao phay

Đầu phân độ

độ

Sơ đồ cắt răng nghiêng

Đặc điểm của phay định hình:

- Đạt độ chính xác thấp (cấp 7, 8); khó khăn trong việc điều chỉnh chính xác vị trí t ơng đối giữa dao v vật.− μ

- Dao phải có biên dạng rãnh răng, tuy nhiên rãnh răng lại thay đổi theo môđun v số răng Do vậy, để đảm bảo tính kinh tế, dao phay định hình μ

đ ợc sản xuất theo bộ 8, 15 hoặc 26 con với cùng môđun v góc ăn − μ

khớp Mỗi dao dùng để sản xuất một loại bánh răng trong phạm vi số

răng nhất định v μ có hình dáng răng gần đúng

* Chuốt định hình

Gia công bánh răng bằng ph ơng pháp chuốt định hình cho năng suất v − μ

độ chính xác cao, th ờng dùng ở dạng sản xuất h ng loạt lớn v h ng − μ μ μkhối Theo ph ơng pháp n y, dao chuốt có prôfin giống prôfin − μ

của rãnh răng Có thể chuốt một rãnh hoặc nhiều rãnh cùng một lúc Sau mỗi h nh trình của μ dao, một hoặc một số rãnh răng

đ ợc gia công, muốn gia công − các rãnh khác thì chi tiết đ ợc − quay đi một góc nhờ cơ cấu phân độ

Sơ đồ cắt răng khi chuốt

b) Gia c«ng theo ph ¬ng ph¸p bao h×nh −

1 Phay l¨n r¨ng

Phay l¨n r¨ng l ph ¬ng ph¸p phay b¸nh r¨ng theo nguyªn lý bao h×nh μ −

§©y l ph ¬ng ph¸p s¶n xuÊt r¨ng phæ biÕn nhÊt hiÖn nay, cho n¨ng suÊt μ −

Sự ăn dao của dao phay lăn l liên tục, tất cả các răng của bánh răng μ

đ ợc gia công đồng thời nên máy không cần thiết bị đổi chiều phức tạp, −không cần cơ cấu phân độ, do vậy tất cả thời gian phục vụ có liên quan

đến công việc đó bị loại trừ, nâng cao đ ợc năng suất −

Máy để gia công răng theo ph ơng pháp phay bao hình l máy phay lăn − μrăng trục thẳng đứng, trên đó dao với chi tiết thực hiện sự ăn khớp của bộ truyền trục vít

Máy phay lăn răng Truyền động trong máy phay lăn răng

* Răng thẳng:

Chuyển động bao hình đ ợc thực hiện dựa trên nguyên lý ăn khớp giữa −dao v phôi μ

Đó l các chuyển động quay của dao v phôi, đồng thời dao còn μ μ

có chuyển động tịnh tiến dọc trục của phôi nhằm cắt hết chiều

d y của bánh răng μ

Tr ớc khi cắt, dao phay lăn còn có chuyển động h ớng kính sao − −cho vòng lăn của dao tiếp xúc với vòng lăn của phôi, điều n y μnhằm để đạt đ ợc chiều sâu của rãnh răng cần cắt −

Mối liên hệ giữa vòng quay của dao v bánh răng gia công đ ợc μ −thực hiện nhờ các bánh răng thay thế của máy: khi phôi quay 1/z vòng thì dao quay 1/k vòng (z: số răng bánh răng cần cắt; k: số đầu mối của dao

Các chuyển động cắt trong khi phay

Khi phay bánh răng thẳng, trục dao phải đặt nghiêng so với trục chi tiết một góc đúng bằng góc nâng của đ ờng xoắn vít trên trục chia của dao −Dao phay đ ợc gá theo h ớng nghiêng phải hay trái tùy theo h ớng − − −nghiêng của răng dao

L ợng chạy dao của dao phay lăn theo ph ơng dọc trục của phôi sau − −một vòng quay của phôi phụ thuộc v o tốc độ cắt của dao μ

Cho đến nay, hầu hết các máy phay lăn đều l m việc bằng ph ơng μ −

pháp phay nghịch (a) vì cắt êm, ít gây va đập, ít l m gãy vỡ daoμ

Khi c¾t r¨ng, cã thÓ tiÕn dao theo hai c¸ch: tiÕn dao h íng trôc hoÆc −tiÕn dao theo h íng kÝnh råi míi tiÕn theo h íng trôc b¸nh r¨ng (cã thÓ − −rót ng¾n ® îc h nh tr×nh phô l) − μ

C¸c ph ¬ng ph¸p tiÕn dao khi phay l¨n r¨ng −

a) TiÕn dao h íng trôc; b) TiÕn dao h íng kÝnh v h íng − − μ −

trôc

* Răng nghiêng:

Bánh răng nghiêng phay bằng ph ơng pháp phay lăn t ơng tự nh − − −với răng thẳng Nh ng để đảm bảo cho đoạn xoắn vít của dao ở vùng cắt −trùng với ph ơng răng chi tiết gia công phải gá trục dao l m với mặt đầu − μchi tiết một góc sao cho:

ω β ± γ = 0 d

Trong đó: 0: góc nghiêng trên vòng chia của răng bánh răng gia công β d: góc nâng ở vòng chia của dao γ

“+ khi dao v chi tiết ng ợc chiều nghiêng ” μ −

“- khi dao v chi tiết cùng chiều nghiêng ” μ

Sơ đồ gá dao khi phay lăn răng nghiêng a) Bánh răng nghiêng phải, dao xoắn phải

b) Bánh răng nghiêng phải, dao xoắn trái

Một điểm cần hết sức chú ý rằng, vì h ớng chạy dao Sd song song với − trục của chi tiết nên khi phay lăn bánh răng nghiêng, phôi phải có chuyển

động quay bổ sung để h ớng của răng dao lăn trùng với h ớng răng gia − − công Chuyển động n y đ ợc thực hiện nhờ bộ truyền dẫn vi sai đã μ −

đ ợc thiết kế trong xích truyền động của máy −

Rõ r ng l , khi phay lăn bánh răng thẳng, dao tịnh tiến một đoạn Si sẽ μ μgia công đ ợc đoạn răng thẳng từ 1 2 Do đó, gia công bánh răng − →nghiêng thì ta phải cho phôi thêm một chuyển động quay sao cho với Si

đó dao sẽ cắt từ 1 2’ →

khi phay lăn răng nghiêng cần đảm bảo tỷ số truyền giữa dao v chi tiết μ

l : μ

Chế độ cắt khi phay lăn:

Khi phay lăn, cả răng thẳng v răng nghiêng phải chọn chế độ cắt thích μhợp để đảm bảo yêu cầu của sản phẩm:

- Tốc độ cắt V: Với dao phay lăn thép gió dùng cắt thép thì có thể dùng V

= 15 ữ30 m/ph; với dao hợp kim cứng cho phép cắt với V = 60 ữ 70 m/ph hoặc cao hơn

- L ợng chạy dao S − : L ợng chạy dao dọc trục có ảnh h ởng đến độ − −

nhám bề mặt Để nâng cao độ chính xác gia công có thể chọn l ợng −

chạy dao lớn khi gia công thô , th ờng khoảng S = 0,8 − ữ 1,8 mm/vg đối với thép v S = 1 μ ữ 2,3 mm/vg Khi gia công tinh cần chọn l ợng chạy −dao nhỏ (bị giới hạn bởi độ nhám v độ sóng bề mặt), khoảng S = 1 μ ữ 2 mm/vg đối với thép v S = 1,2 μ ữ 2,2 mm/vg đối với gang

Đặc điểm của phay lăn răng:

- Ph ơng pháp n y có tính vạn năng cao, sử dụng một dao để gia công − μnhiều loại bánh răng có số răng khác nhau

- Năng suất gia công cao

- Độ chính xác gia công thấp hơn so với xọc răng

- Cần khoảng thoát dao lớn nên không thể gia công các loại bánh răng bậc

- Dao phức tạp, khó chế tạo Chỉ gia công được bánh răng ngoài

Phay lăn răng

Bánh răng bậc

2 Xọc răng

Xọc răng l một ph ơng pháp cắt bao hình, dựa trên nguyên lý ăn khớp μ −của bánh răng với bánh răng hay bánh răng với thanh răng Do vậy, dao cắt răng ở đây là dao xọc có dạng bánh răng (hình chậu) hay dao có dạng thanh răng (hình l ợc) −

* Xọc răng bằng dao xọc dạng bánh răng:

Ph ơng pháp n y có thể gia công bánh răng thẳng, răng nghiêng, bánh − μrăng bậc m khoảng cách giữa các bậc nhỏ v đặc biệt để sản xuất bánh μ μrăng ăn khớp trong

Xọc bánh răng thẳng Xọc bánh răng nghiêng