روش هاي توليد چرخ دنده ها

روش هاي توليد چرخ دنده ها
- ريخته گري1 : • مناسب براي سرعت هاي پايين و دقت ابعادي مورد نياز پايين
- فرم دادن2 : • قطعات با تغيير شكل پلاستيك مواد توليد مي شوند، روش هايي مانند : o اكستروژن (چرخ دنده هاي آلومينيمي يا مسي) o تزريق پلاستيك (چرخ دنده هاي ترموپلاستيكي مثل نايلونو پلي كربنيد) • مناسب براي دقت هاي ابعادي متوسط و توليد انبوه
- متالورژي پودر3 : • ممزوج شدن ذرات پودرهاي فلزات تحت درجه حرارت بالا و فشار داخل قالب
• مناسب براي چرخ دنده هاي فلزي كوچك و توليد انبوه
- ماشين كاري4
• براده برداري از يك قطعه خام استوانه اي شكل به منظور ايجاد شكل دندانه
• مناسب براي انتقال قدرت، سرعت هاي بالاتر، بارهاي بيشتر و دقت هاي بالا در انتقال حركت
روش فرزكاري
• حركت دوراني يك ابزار برش و حركت چرخ دنده خام در جهت عرض دندانه براي ايجاد هر دندانه. • دندانه ها يكي يكي ايجاد مي شوند. در فرم تراشي يا فرزكاري فرم، از نوعي ابزار به شكل فضاي مورد نظر بين دو دندانه ي مجاور، استفاده مي شود. در بيش تر موارد، ابزار تراش چند دندانه به كار گرفته مي شود. براي ايجاد عمق دندانه به اندازه ي مورد نظر، ابزار تراش را در جهت شعاعي به طرف مركز چرخ دنده خام تغذيه كرده و براي به وجود آوردن پهناي دندانه به اندازه ي مطلوب، آن را در جهت عرض دندانه حركت مي دهند. پس از تكميل يك دندانه، ابزار را از دندانه خارج كرده و چرخ دنده ي خام را به اندازه ي لازم مي چرخانند و تراش كاري فضاي دندانه اي بعدي آغاز مي شود. به طور كلي، فرم تراشي يك روش ساده و انعطاف پذير براي ماشين كاري چرخ دنده است. وسائل و ابزار مورد نياز نسبتاً ساده هستند، و غالبا از ماشين هاي ابزار استاندارد (ماشين فرز) استفاده مي شود. با اين وجود، اين روش در بيش تر موارد كند است و از آن گذشته، مسئول دستگاه بايد دقت زيادي به خرج دهد. بدين جهت، از اين روش بيشتر در مواردي كه توليد تنها يك يا چند چرخ دنده مورد نظر باشد، استفاده مي شود. براي چرخ دنده سازي به روش فرم تراشي، تيغچه فرز فرم بر روي ميل ماشين فرز و چرخ دنده خام بر روي ميله اي كه بين دو مرغك سر تقسيم كننده قرار گرفته است، بسته مي شود. براي تراشيدن چرخ دنده ي مارپيچ بايد ميز ماشين تحت زاويه ي مارپيچ دندانه ي چرخ بسته و سرتقسيم كننده را از طريق جعبه دنده به پيچ طولي ميز متصل كرد، تا چرخ دنده ي خام در حين حركت طولي بچرخد. معمولا براي فرم تراشي چرخ دنده به وسيله ي ماشين فرز از تيغچه هاي فرز استاندارد استفاده مي شود. در ايالات متحده براي هر گام قطري هشت اندازه تيغچه وجود دارد كه مي توانند چرخ دنده هايي با تعداد دندانه هاي مشخص را بتراشند. از نظر تئوري هيچ تيغچه اي نمي تواند در تمام محدوده ي اندازه ي طراحي شده، دندانه هايي با مقطع كامل و بدون نقص بتراشد. ليكن، تغييرات مقطع دندانه در سرتاسر محدوده ي كار هر تيغچه بسيار مختصر است و در بيشتر موارد عملي نتايج مطلوب حاصل مي شود. در شرايطي كه به دقت بيشتري نياز باشد، مي توان از تيغچه هاي با شماره ي نيم (مثل 5/3) استفاده كرد. تيغچه براي كليه ي اندازه هاي گام قطري معمولي با زاويه هاي فشار 5/14 درجه و 20 درجه وجود دارد. اگر مقدار فلزي كه بايد براي ايجاد فاصله ي دندانه برداشته شود زياد باشد، از تيغچه ي خشن تراش استفاده مي شود. كناره هاي پله اي تيغچه ي خشن تراش قسمت عمده ي فلز را برمي دارد و فقط مقدار كمي از آن براي پرداخت كاري به وسيله ي تيغچه فرم معمولي باقي مي ماند. چرخ دنده ي مخروطي با دندانه ي مستقيم را مي توان به وسيله ي ماشين فرز تراشيد، ولي اين كار به ندرت صورت مي گيرد. از آنجا كه شكل مقطع دندانه از يك سر، تا سر ديگر دندانه تغيير مي كند، پس از تراشيدن انتهاي كوچك تر دندانه با مقطع مناسب، لازم است رابطه بين تيغچه و چرخ دندانه ي خام تغيير داده شود. پس از آن، براي ايجاد شكل مقطع درست در سرتاسر طول دندانه، تراشه برداري هاي ظريف ديگري از كناره هاي دندانه صورت مي گيرند. اگرچه فرم تراشي چرخ دنده به وسيله ي ماشين فرز فرايندي انعطاف پذير است و براي توليد چرخ دنده هايي كه قرار نيست در سرعت هاي زياد كار كنند يا لازم نيست فوق العاده ساكت باشند مناسب است. ليكن فرايندي كند بوده و به كارگر ماهر نياز دارد. از ماشين هاي نيمه خودكار كه با فرم تراشي چرخ دنده مي سازند، استفاده فراوان مي شود. روش كار اساساً شبيه فرم تراشي با ماشين فرز است، با اين تفاوت كه پس از تنظيم ماشين، بقيه ي كارها به صورت خودكار انجام مي شود. چرخ دنده هايي كه به وسيله ي ماشين خود كار توليد مي شوند دقيق تر از آنهايي نيستند كه با ماشين فرز تراشيده مي شوند، ولي احتمال خطا در آنها كمتر است و به خاطر نياز به نيروي انساني كمتر، بسيار ارزان تر هستند البته براي توليد زياد، از فرم تراشي استفاده نمي شود. خان كشي1 و ماشينهاي آن
• دندانه هاي ابزار برش روي يك سطح مخروطي شكل قرار دارند و با حركت در امتداد طول چرخ دنده خام، فرم دندانه ها را به تدريج ايجاد مي كنند. • اين روش بيشتر براي توليد دندانه هاي داخلي استفاده مي شود. خان كشي يك نوع عمليات براده برداري است كه در اين روش از وسيله اي بنام سوزن خان كشي كه داراي لبه هاي برنده متقاطع و يا مركب مي باشد استفاده مي گردد. وسيله برنده روي يك سطح و يا از ميان سوراخهاي مورد خان كشي بوسيله فشار و كشش عبور كرده و براده برداري صورت مي گيرد. عمليات خان كشي در صنايع ماشين سازي كاربرد وسيعي در عمل داشته زيرا كه هر دو عمل خشن كاري و پرداخت كاري در يك مرحله عبور سوزن انجام مي گيرد. در اين صورت سرعت عمل در خان كشي نسبت به ساير ماشينها در سطح بالايي است. دقت ابعادي بالا، نرمي و پرداختي سطوح و دقت زياد اين روش از ديگر مزاياي خان كشي است. عمليات خان كشي
براي انجام عمليات خان كشي از وسيله اي بنام سوزن خان كشي استفاده مي گردد كه بصور مختلف طراحي و براي شكل دادن قطعات دستگاههاي صنعتي بكار مي برند روي محيط سوزن خان كشي دندانه ها بطريقي تعبيه شده اند كه قادرند در يك مرحله فرم دلخواه را بدست آورند. خان كشي چرخ دنده هاي ساده
ماشين تندبر ميشيكان تولز در حداقل زمان قادر است چرخ دنده هاي ساده استوانه اي از مدول 12-2 ميلي متر با قطر مرجع 500-25 ميلي متر و عرض دندانه تا دندانه تا 150 ميلي متر را توليد كند. از اين روش در توليد انبوه چرخ دنده هاي ساده خارجي با دقت محدود و توليد قطعاتي مشابه چرخ دنده ها با هر پروفيل دندانه يا فاصله نامنظم بين دندانه اي، استفاده مي شود. در موارد خاص نيز از اين فرايند براي توليد چرخ دنده هاي ساده داخلي نيز استفاده مي شود. فرايند
قطعه كاري كه زير كلگي ابزار در حالت عمودي محكم گرفته مي شود، باعث حركت خانكش مي شود كه سيستم آن هيدروليكي است. تيغه هاي تندبري فرم دار و سنگ خورده را بايد در حالت شعاعي روي ابزارگير سوار كرده تا در تمام فواصل آن به طور همزمان قرار گيرند. موقعيت شعاعي تيغه ها را يك واحد مخروطي دو پله تعيين مي كند كه هدايت زبانه تيغه ها را به عهده دارد. بعد از هر پاس، واحد مخروطي به طرف بالا يك حركت كوچك مي كند تا در طي پاس برگشت روبه پايين چرخ دنده، ابزار برش آزاد شود، البته با كمك پوسته خارجي مخروط داخلي. بعد از هر پاس برگشت چرخ دنده، واحد مخروطي به طرف پايين حركت مي كند تا خلاصي را از بين ببرد تا باز به تمام تيغه ها مقداري ديگر بار دهد و به سوي سايز پرداخت قطر ريشه چرخ دنده پيش برود البته با كمك پوسته داخلي مخروط بيروني. ديسكهاي خانكش
قسمت پرداخت خانكشها
هنگام توليد چرخ دنده هاي داخلي با روش خانكش از قسمتهاي پرداخت كه اعضاي آنها به عنوان ديسك سنگ خورده خانكش عمل مي كنند، جهت پرداخت كاري استفاده مي شود. بدين ترتيب از فرايند خانكشي جهت توليد چرخ دنده هاي داخلي با دقت مورد نياز صنايع چرخ دنده سازي استفاده مي شود. كله زني
• حركت رفت و برگشتي يك ابزار برش به شكل شانه دنده يا چرخ دنده معمولي، در جهت عرض دندانه چرخ دنده خام
شكل واقعي روش شكل دادن و ابزار برش پنيون برنده
در ماشين كله زني، ابزار برشي و قطعه خام چرخ دنده در يك حركت غلتشي متناسب با نسبت چرخ دنده دو چرخ دنده استوانه اي با محورهاي موازي، با هم درگير مي شوند. ابزار برشي در عين حال در امتداد محور خود نوسان پيدا كرده و بر عمل برش اثر مي گذارد. طي پاسهاي برگشت ابزار، ابزار برشي يا چرخ دنده آزاد شده تا بازگشت آزاد ابزار برشي تضمين گردد. در فرايند كله زني، از ابزارهاي برشي نوع پينيون استفاده مي شود: چرخ دنده هاي استوانه اي مارپيچي و ساده داخلي و خارجي و راكهاي دندانه راست و مارپيچي، تيغه هاي چرخ دنده، چرخ دنده هاي شانه اي، هزار خاريهاي اينولوت داخلي و خارجي، هزار خاريهاي وجوه موازي، چرخكهاي زنجير غلتكي، چرخكهاي زنجيري بي صدا و هر پروفيل خاصي از چرخ دنده هاي استوانه اي كه امكان توليد آن در يك فرايند كله زني وجود داشته باشد. تمام چرخ دنده هاي ساده اينولوت با پروفيل دندانه راك مبناي يكسان تنها به يك ابزار برشي براي هر تعدادي از دندانه در فرايند توليد نياز دارند. فرايند كله زني هم در توليد انبوه و هم در توليد محصول تكي كاربرد دارد. انواع ابزارهاي برشي و دقت آنها
نحوه نصب ابزار برشي بر روي ابزارگير1 و شكل چرخ دنده، فرم مبناي ابزار برشي را تعيين مي كند: a) ابزارهاي كله زني نوع ديسكي براي چرخ دنده هاي داخلي و خارجي بزرگ. b) ابزارهاي كله زني نوع هاب (براي تراش چرخ دنده هايي كه شكل آنها به خاطر تداخل ناشي از اتصال پيچ و مهره اجازه استفاده از ابزارهاي برشي نوع ديسكي را نمي دهد). c) ابزارهاي برشي كله زني ساقه دار با ساقه مخروطي براي چرخ دنده هاي داخلي با قطر مرجع كوچك.
d) ابزارهاي برشي كله زني داخلي نوع هاب براي توليد هزار خاريهاي داخلي كه به خاطر شكل خاص آنها نمي توان آنها را با ابزارهاي برشي خارجي توليد كرد. از آنجا كه ابزارهاي برشي نوع هاب پيچ دار و با ساقه استوانه اي تحت شرايط كاري و توليد، مركزيت مطلوبي را تضمين نمي كنند، تنها در موارد استثنايي توليد مي شوند. در بسياري از حالات مي توان به جاي آنها از ابزارهاي برشي نوع هاب يا نوع با ساقه مخروطي استفاده كرد. انواع ابزارهاي برشي مورد نياز بر حسب روش تراش به شرح زير مي باشد: ابزارهاي برشي پرداخت، ابزارهاي خشن تراشي، ابزارهاي برشي پيش از سنگ زني، ابزارهاي برشي قبل از (شاب زني)، ابزارهاي برشي تاپينگ. شرايط كاري
مفروضات در مورد دقت دندانه چرخ دنده : غلتش واقعي بدون سر خوردن در دواير مولد و شكل دقيق هندسي ابزار برشي، و براي حداكثر براده برداري و به دست آوردن بهترين كيفيت سطح : پيشروي مماسي (دوراني) و تعداد پاسها براده برداري ابزار برش و مقرون به صرفه بودن طول عمر ابزار. الزامات : بازرسي دوره اي ماشين ابزار، نگهداري مناسب از ابزار برشي، انتخاب درست تعداد دوران و پيشروي، استفاده از مايع خنك كننده مناسب، دقت كافي در تيز كردن ابزار برشي و بازرسي اندازه هاي چرخ دنده. دقت زياد قابل دسترسي در چرخ دنده در فرايند كله زني به دلايل زير است: تعداد پاسها را مي توان بدون وابستگي به پيشروي مماسي كنترل كرد. كه در اين جا مقدار برش براي دندانه هاي هاب زياد مي شود. كنترل اتوماتيك پرداخت- كنترل اتوماتيك ابزارهاي خشن تراشي و پرداختكاري كله زني سرعت برش پرداخت را تا دو برابر افزايش مي دهد و مي توان پيشروي دوراني تا حد مورد دلخواه كاهش و تعداد پاسهاي برش را نيز تا دو برابر نمود و به اين ترتيب سطح پرداخت خوبي به دست مي آيد. دنده چرخ دنده تنها با برشهاي يك دنده از ابزار برشي به وجود مي آيد. ابزار داراي شكل ساده اي است، به آساني مي توان آن را ساخت و با دقت كافي اندازه گيري كرد. نصب ابزار برشي ماشين كله زني بايد نيازهاي لنگي محوري و شعاعي را برآورده كند: انحراف قابل قبول 0.005mm‌ يا با بالاترين دقت يعني 0.003mm. براي انجام اين فرايند، بايد ابزار و چرخ دنده خام، محكم بر روي محورهاي مربوط به خود بسته و دو محور با چرخ دنده هاي مناسب به يكديگر مربوط شوند تا ابزار و چرخ دنده ي خام با سرعت هاي گام خطي مساوي، نسبت به يكديگر بچرخند. براي شروع عمليات تراش، ابزار حركت رفت و آمدي مي كند و در فاصله هر رفت و برگشت قدري در جهت شعاعي بطرف چرخ دنده ي خا م تغذيه مي شود. پس از ايجاد دندانه با عمق كافي، در فاصله ي هر ضربه، ابزار و چرخ دنده خام را مختصري مي چرخانند. چرخ دنده خام بر روي يك محور چرخنده قائم و ابزار در انتهاي پايين يك محور قائم ديگر كه حركت رفت و آمدي نيز دارد، نصب مي شود. دو محور چرخنده از طريق جعبه دنده به هم متصل هستند، به طوري كه مي توان چرخ دنده هاي خام و ابزار را با سرعت هاي گام خطي يكسان چرخانيد. در پاره اي از ماشين ها، عمل تراش در هنگام حركت رو به بالا و در برخي ديگر هنگام حركت رو به پايين صورت مي گيرد. در انتهاي هر مسير تراش، محوري كه چرخ دنده ي خام بر روي آن بسته شده است قدري عقب مي آيد تا فضاي آزاد بين ابزار در مسير برگشت و چرخ دنده ي خام ايجاد شود. ابزار معمولي از جنس فولاد تندبر است كه ممكن است به منظور افزايش مقاومت در مقابل سايش با لايه اي از نيتريد تيتانيم (TiN) فوق سخت به روش بخار نشاني فيزيكي (PVD) پوشانده شده باشد. اخيرا ابزارهاي بشقابي شكل دورانداختني (يك بار مصرف) براي توليد چرخ دنده به بازار آمده اند كه نياز به سنگ زني و پوشش دادن مجدد ابزارهاي معمولي را از ميان برمي دارند. سنگ زني مجدد يك ابزار ، مستلزم دو عمل تنظيم روي ماشين است. از آنجا كه ابزارهاي دورانداختني همه به يك اندازه هستند، تنظيم مجدد ماشين پس از تعويض ابزار ضروري نيست. براي شروع عمل تراش پيش از هر مسير تراش، ابزار در حالي كه همراه چرخ دنده ي خام مي چرخد، شروع به تغذيه به طرف داخل مي كند. پس از ايجاد عمق مناسب، تغذيه به داخل متوقف شده و ابزار چرخ دنده و خام به چرخش خود ادامه مي دهند تا تمام دندانه ها طي فرايند توليد ايجاد شوند. با اين نوع ماشين ها مي توان چرخ دنده با دندانه هاي مستقيم يا مارپيچ تراشيد. براي تراشيدن دندانه هاي مارپيچ، ابزار و چرخ دنده و خام در هر مسير رفت و برگشت ابزار، حركت نوساني- دوراني دارند. جهت چرخش در مسير تراش، عكس جهت چرخش در مسير بازگشت است. به خاطر آن كه تنظيم پايان مسير چرخش در هر نقطه اي دلخواه امكان پذير است، از ماشين هاي صفحه تراش چرخ دنده مشخصاً در تراشيدن چرخ دنده هاي خوشه اي استفاده مي شود. برخي ماشين هاي صفحه تراش چرخ دنده را مي توان به دو چرخ دنده ي تراشنده (معمولا با قطرهاي متفاوت) مجهز ساخت. از اين ماشين ها مي توان براي تراش چرخ دنده هاي داخلي نيز استفاده كرد. راهنماي مارپيچ و زاويه مارپيچ چرخ دنده
حركت مارپيچي رفت و برگشت محور ابزار توسط يك راهنماي مارپيچي صورت مي گيرد، كه به جاي راهنماي ساده (در چرخ دنده هاي ساده) روي ياتاق محور نصب شده است و مي توان آنها را در تمام ماشينهاي كله زني به كار برد. در حالي كه ماشينهاي كله زني قديمي داراي راهنماهاي مارپيچي از نوع ياتاقان كشويي معمولي بودند، ماشينهاي كله زني پر سرعت جديد مجهز به راهنما و ياتاقانهاي هيدرواستاتيك هستند. از مزاياي اين ماشينها مي توان به نداشتن فرسودگي، راحت كار كردن آنها به نداشتن اصطكاك مكانيكي و تعادل كامل جرم روي محور ابزارگير، اشاره كرد. اين كيفيتها شرايط براده برداري را بهتر مي كنند به ويژه اگر زاويه مارپيچ بزرگ، تعداد پاسهاي براده برداري زياد و نيروي برش بالا باشد. تراش چرخ دنده هاي مارپيچي دوبله (جناغي) به روش كله زني
چرخ دنده هاي مارپيچي دوبله را كه داراي دندانه هاي پيوسته هستند، تنها مي توان با ابزارهاي برشي نوع پينيون و با استفاده از ماشينهاي كله زني مارپيچي دوبله توليد كرد. ابزارهاي كله زني جفت با روش تيز كاري ويژه و لبه هاي برش روبه رو، روي ابزارگيرهاي هم محور، حين حركت غلتشي با چرخ دنده، حركت مارپيچي نوساني ديگري به آنها اضافه مي شود كه اين حركت با دو راهنماي مارپيچي با جهت مارپيچ مخالف و ليد يكسان هدايت مي شود. بدين ترتيب قسمتهاي چپ و راست چرخ دنده مارپيچي به صورت دوبله تراش مي خورد. انواع ماشين هاي صفحه تراش چرخ دنده مخصوص انبوه سازي ساخته شده اند. ماشين صفحه تراش چرخ دنده ي گردان، در واقع ده واحد صفحه تراش نصب شده بر روي يك پايه ي گردان با مكانيزم حركت مشترك است. در هر لحظه، نُه چرخ دنده در حال تراشيده شدن هستند و در واحد دهم، چرخ دنده تمام شده از ماشين باز و يا چرخ دنده ي خام به ماشين بسته مي شود. در ماشين صفحه تراش چرخ دنده اقماري، شش چرخ دنده ي خام با حركت اقماري دور يك چرخ دنده ي تراشنده ي بزرگ مركزي مي چرخند. يك قسمت از چرخ دنده بدون دندانه است تا بتوان از آنجا چرخ دنده ي ساخته شده را برداشت و چرخ دنده ي خام را روي محور خالي شده بست. ماشين هاي صفحه تراش چرخ دنده با كنترل عددي كامپيوتري امروزي (CNC) مجهز به سيستمهاي رفت و آمدي هيدرومكانيكي هستند كه در آنها سرعت برش در حين تراش در مسير برگشت، يكنواخت نگاه داشته مي شود. سرعت اين ماشين ها بين 500 تا 1700 دور بر دقيقه است و در آنها از ابزار تراش با پوشش TiN استفاده مي شود. اين ابزارها عمر مفيد زيادتري دارند. ماشين هاي چرخ دنده تراش با ابزار مارپيچ (هاب1)
• دندانه هاي ابزار برش مانند يك حلزون2 حول يك استوانه قرار دارند و چرخ دنده خام مثل يك چرخ حلزون با آن تماس پيدا كرده و شكل مي گيرد. • سه نوع حركت پيشروي3 در هاب زدن وجود دارد. شكل شماتيك روش هاب
شكل واقعي روش هاب
ابزار هاب
در پشت هر يك از سطح هاي تراش مارپيچ، خلاصي ايجاد شده است. مقطع دندانه در سطح عمود بر خط مارپيچ، شبيه دندانه ي سطح دندانه دار است. (ابزار تراش مارپيچ را مي توان يك پيچ حلزوني بريده بريده نيز فرض كرد.)
طرز كار ابزار تراش مارپيچ هنگام تراش كاري چرخ دنده ي صاف در شكل مربوطه نمايش داده شده است. براي تراشيدن چرخ دنده ي صاف، محور ابزار تراش بايد تحت زاويه ي مارپيچ ابزار نسبت به محور چرخ دنده خام بسته شود. در تراش كاري چرخ دنده هاي مارپيچ، زاويه ي مارپيچ چرخ دنده به انحراف محور تراش افزوده مي شود. تراش كاري چرخ دنده با ابزار تراش مارپيچ يك عمل پيوسته است كه در آن ابزار تراش مارپيچ و چرخ دنده ي خام به وسيله ي جعبه دنده به هم مربوط شده اند. براي شروع عمل تراش، ابزار تراش را طوري تنظيم مي كنند كه از چرخ دنده ي خام جدا باشد و سپس آن را آن قدر بطرف داخل حركت مي دهند تا عمق مطلوب دندانه ايجاد شود. سپس ابزار تراش مارپيچ به موازات محور چرخش چرخ دنده ي خام، تغذيه مي شود. با چرخش چرخ دنده ي خام، دندانه ها توليد مي شوند و تغذيه ي ابزار در پهناي چرخ دنده ي خام، پهناي مناسب به دندانه مي دهد. از آن جا كه چرخ دنده تراشي با ابزار مارپيچ، يك عمل پيوسته با ابزار چند لبه است، سريع و اقتصادي مي باشد و تعداد بيشتري چرخ دنده توسط اين فرايند نسبت به ساير فرايندها توليد مي شود. كيفيت چرخ دنده هاي توليدي با اين فرايند بسيار خوب است و تهيه محورهاي خارخور و هزارخار نيز با اين روش ميسر است. ابزارتراش ممكن است تك راهه، دو راهه يا سه راهه باشد. ابزارهاي تراش چند راهه آهنگ توليد را بالا مي برند ولي دقت كار آنها به اندازه ي دقت كار ابزارهاي چرخ دنده تراش مارپيچ يك راهه نيست. ماشين هاي چرخ دنده تراش با ابزار مارپيچ در اندازه هاي گوناگون ساخته مي شوند. ماشين هايي كه براي تراش چرخ دنده هاي بزرگ و دقيق به كار مي روند، معمولا در اتاق هاي مخصوص با دماي كنترل شده نصب مي شوند. دماي سيال تراش كاري به دقت كنترل مي شود تا از تغيير ابعاد و عدم دقت حاصل از تغييرات دما جلوگيري شود. تراش چرخ دنده هاي داخلي
چند سالي است كه از فرايند حلزون تراش در تراش چرخ دنده هاي داخلي مارپيچي و ساده مورد استفاده قرار مي گيرد. ماشين حلزون تراش شبيه ماشين چرخ دنده زني هاب است كه به جاي كلگي هاب داراي كلگي تراش است. ابزار تراش يك ابزار كله زني مارپيچي تيز شده يا يك ابزار كله زني ساده مي باشد. شرايط درگيري آن با چرخ دنده داخلي مثل شرايط درگيري هاب و چرخ دنده داخلي است كه تعداد استارتهاي آن با تعداد دندانه هاي ابزار برابر است اما تنها يك دندانه در هر استارت. ابزار تراش مثل يك تيغه فرز تك دندانه در ابزارگير تراش نصب مي شود كه روي محورهاي ظاهري با چرخ دنده داخلي درگير مي شود. اين شرايط نياز به اين دارد كه تنها چرخ دنده هاي داخلي با قطرهاي مرجع كاملا بزرگ (تقريبا 300mm به بالا) و با عرض دندانه محدود (بسته به طرح كلگي تراش و نصب ابزار) با اين فرايند توليد شوند. توليد چرخ دنده به روش شكل دادن غلتكي سرد
در سال هاي اخير، روش شكل دادن غلتكي سرد توسعه ي فراوان يافته و امروزه مقادير بسيار زيادي چرخ دنده با اين روش ساخته مي شوند. همان طور كه در شكل مربوطه مشاهده مي شود، اين فرايند اساساً همانند شكل دادن غلتكي رزوه است، با اين تفاوت كه در بيشتر موارد امكان شكل دادن دندانه ها طي يك دور چرخش چرخ دنده ي خام وجود ندارد و غلتك ها طي چند دور چرخش، به تدريج در جهت طول قطعه تغذيه مي شوند. همان گونه كه در شكل مشاهده مي شود، به خاطر سيلان فلز كه در سطوح طرفين هر دندانه صورت مي گيرد، سطوح فوقاني دندانه هاي توليدي با اين روش، صاف نبوده و از نظر شكل درست نيستند (يك خط فرو رفته بين دو برآمدگي در شكل). ليكن از آنجا كه سطح فوقاني دندانه دخالتي در امر درگيري دو چرخ دنده ندارد، اين امر اشكالي توليد نمي كند، البته به شرط اين كه فضاي آزاد بين دندانه چرخ دنده جفت شونده با آن كافي باشد. در صورت لزوم مي توان با يك تراش كاري سبك سطح فوقاني را صاف و قطر قسمت بالاي دندانه را تصحيح كرد. غلتك هاي شكل دهنده ي سخت شده بسيار دقيق ساخته مي شوند و در نتيجه، چرخ دنده هاي توليدي به روش شكل دادن غلتكي غالبا از دقت بسيار خوبي برخوردارند. علاوه بر اين، كار سرد شديد موجب ايجاد دندانه هايي با سطوح بسيار صاف و سخت تر از چرخ دنده هاي ماشين كاري شده ي معمولي مي شود. در نتيجه اين چرخ دنده ها به ندرت نياز به عمليات سخت كردن يا پرداخت اضافي دارند و مشخصه هاي سايشي آنها بسيار خوب است. به علت سرعت زياد اين فرايند (تا 50 برابر سرعت تراش چرخ دنده) و سادگي مكانيزه كردن آن، و اين حقيقت كه تراشه اي توليد نمي شود و لذا در مصرف ماده خام صرفه جويي صورت مي گيرد، و به دليل اين كه نياز به كارگر ورزيده ندارد، براي چرخ دنده هاي كوچك غالبا يك قطعه ي بلند را نورد كرده و سپس چرخ دنده را با ضخامت دلخواه از آن مي برند. غالباً از فولاد نرم با محدوده ي قطري 4 تا 5 اينچ، با حداقل شش دندانه، گام قطري خشن تر از 12 و زاويه ي فشار كوچك تر يا مساوي 20 درجه استفاده مي شود. در واقع نياز به دقت و ظرفيت تحمل بار چرخ دنده ها از گسترش چنين روشهايي تا حدي كه مورد نياز صنايع باشد، جلوگيري كرده است. اما يك فرايند تركيبي (فلزتراشي + شكل دهي بدون براده) جهت توليد چرخ دنده هاي دقيق در صنايع چرخ دنده اتومبيل موفقيت خود را نشان داده است. از فرايندهاي بدون براده برداري در توليد چرخ دنده هايي كه دقت كمي دارند و نيازي به ظرفيت تحمل بار زيادي نيست، استفاده مي شود.
ديگر فرايندهاي چرخ دنده سازي
با استفاده از فرايند گرد فلزكاري مي توان چرخ دنده هاي مرغوب از نظر دقت ابعاد و كيفيت سطح تهيه كرد. معمولا اين روش براي توليد چرخ دنده هاي كوچك به كار گرفته مي شود. البته امروزه چرخ دنده هاي بزرگ تر و با كيفيت بسيار خوب را با روش آهنگري پودر با استفاده از قطعات پيش شكل داده شده ي گرد فلزكاري تهيه مي كنند. فراورده هاي اين روش بسيار محكمتر و فشرده تر از محصولات روش هاي معمولي گرد فلزكاري هستند. چنين چرخ دنده هايي با هزينه كم تر، كارايي فوق العاده خوب دارند. غالبا چرخ دنده هاي تهيه شده با اين روش نياز به پرداخت نداشته يا فقط مختصري پرداخت مي شوند. ابزارهاي فرم براي متالورژي پودر
فرايند
در توليد قطعات زينتر شده اعمال زير انجام مي شود: پرسكاري
(تف جوشي1) (سايز كردن2) با عمليات پرسكاري قطعات قالب گيري شده حاوي پودر فلزي تحت فشار زياد 40-80MN/cm2 مي توان قطعات ترد، دقيق و فشرده اي را توليد كرد كه استحكام لازم در حالت جامد را براي حمل و انتقال دارا مي باشند. مواد به كار رفته پودرهاي فلزي آلياژ شده هستند كه بسته به كاربرد قطعه داراي مواد غيرفلزي بوده و يا فاقد آن مي باشند. مخلوط پودري گرافيت نيز اضافه مي شود تا در طي قالب گيري به عنوان يك روانكار عمل كند تا يكنواختي زيادي در ساختار قطعه پرس شده به دست آيد و به قسمتهاي پرداخت شده خواص روانكاري داده شود. در فرايند تف جوشي، خشتها را تحت گاز محافظ تا دماي زير نقطه ذوب عنصر اصلي پودر فلزي حرارت مي دهند. بدين ترتيب فرايند زينتر سازي و تف جوشي صورت مي گيرد. خواص فيزيكي قطعه زينتر شده از نظر استحكام تنشي، چكش خواري يا سختي به مقاديري مي رسند كه به خواص مواد ذوب شده با تركيبات مشابه، شباهت دارد و كاربرد فني آن را تضمين مي كند. قطعه فولادي زينتر شده را مي توان با روشهاي معمولي سخت كرده و تمپر نمود. قطعه چدني زينتر شده كم كربن را مي توان با فرايندهاي معمولي سخت كرد و كربن دهي نمود. تغيير متالورژي ساختار حاصل از فرايند تف جوشي، تغييرات ابعادي را در پي خواهد داشت. بسته به تركيبات فلزي تا اندازه 3% در ابعاد قطعه انقباض يا انبساط صورت مي گيرد. اين مسئله را بايد هنگام طراحي قالب در نظر داشت. از طرف ديگر بايد در نظر داشت كه اين تغيير در ابعاد تا حد زيادي دقت قطعه زينتر شده را تحت تاثير قرار مي دهد. چرخ دنده هاي زينتر شده دقتهاي بالاي پروفيل و تنظيم دندانه را برآورده نمي كنند. فرايند كاليبراسيون، سايز كردن يا فشرده كاري براي چرخ دنده هاي زينتر شده حتما لازم است. بسته به دقت ابزار و خواص مواد، فرايند كاليبراسيون دقت لازم را مجددا ايجاد مي كند. با اين حال اين فرايند محدوديتهايي نيز دارد. بعد از بهبود دقت حاصل از تغيير شكل پلاستيكي فرايند سايز كردن تغيير شكل الاستيكي ديگري روي قطعه كار و ابزار ايجاد مي شود كه تحت فشار زياد سايز كردن صورت مي گيرد. هنگام طراحي شكل و ابعاد ابزار بايد تغيير شكلهاي پلاستيك و الاستيك را در نظر گرفت. تاثير مواد را بايد به وسيله آزمايش مشخص و با اقدامات مناسب يكنواختي آن را حفظ كرد. ابزارها را بايد با دقت خيلي زيادي ماشينكاري كرد تا با حداكثر لقي در حد 0.01mm% در مركز قرار بگيرد. در فرايند زينترسازي ابزار را طوري نصب و هدايت مي كنند كه فلز پودر شده به طور يكنواخت فشرده شود و مركزيت ابزار حتي در فشارهاي زياد و مدت زمان طولاني توليد نيز حفظ شود. چرخ دنده را مي توان طي فرايندهاي مختلف ريخته گري نيز توليد كرد. چرخ دنده هاي ريختگي در ماسه سطوح ناصاف دارند، و از نظر ابعاد دقيق نيستند. از اين چرخ دنده ها فقط براي كارهايي استفاده مي شود كه سرعت چرخ دنده كم است و صداي توليد شده و عدم دقت اهميت ندارد. چرخ دنده هايي كه به روش ريخته گري حديده اي توليد مي شوند داراي دقت نسبتا خوب و پرداخت قابل قبول هستند. از اين چرخ دنده ها مي توان در انتقال بارهاي سبك در سرعت هاي ميانه استفاده كرد. چرخ دنده هاي ريخته شده در قالب هاي با مدل ذوب شدني مي توانند مشخصه هاي پرداخت سطح خوب داشته و دقيق باشند. اين چرخ دنده ها را مي توان از مواد محكم ريخت و آنها را براي انتقال بارهاي سنگين مورد استفاده قرار داد. چرخ دنده ي خام بسياري از چرخ دنده هاي كامل شده به روش هاي ماشين كاري، ريختگي هستند. در چرخ دنده هاي بزرگ تر براي كاهش مقدار ماشين كاري، شكل دندانه ي قطعه ي ريختگي نزديك به شكل نهايي آن است. مقادير زيادي چرخ دنده به روش بريدن با قالب نر و ماده توسط پرس تهيه مي شوند. غالبا ضخامت اين گونه چرخ دنده ها بيش از 5/1 ميلي متر نيست. با پرداخت كاري لبه ي اين چرخ دنده ها پس از بريدن با قالب، دقت ابعاد بسيار خوب حاصل مي شود. از اين چرخ دنده ها در ساعت هاي بزرگ، ساعت هاي مچي، انواع درجه ها و سنجه ها و ماشين هاي حساب استفاده مي شود. با روش بريدن با قالب نر و ماده ظريف نيز مي توان چرخ دنده هاي مسطح و كم ضخامت با كيفيت مناسب توليد كرد. مقادير زيادي چرخ دنده ي پلاستيكي به روش قالب گيري پلاستيك توليد مي شوند. كيفيت اين چرخ دنده ها فقط در حد قابل قبول است و صرفا براي بارهاي سبك مناسب هستند. معمولا چرخ دنده هاي دقيق و مناسب براي كارهاي سنگين را به وسيله ي ماشين كاري پلاستيك هاي لايه اي تهيه مي كنند. چنانچه اين چرخ دنده با چرخ دنده هاي فلزي جفت شوند، صداي بسيار كمي توليد مي كنند. چرخ دنده هاي كوچك بسيار دقيق را مي توان طي فرايند حديده كاري توليد كرد. براي اين منظور ميله هاي بلند با قطر مساوي قطر چرخ دنده ي مورد نظر را حديده كاري مي كنند، سپس آن را ورقه ورقه مي برند. از ميان مواد مختلف فقط برنج، برنز، آلياژهاي آلومينيم و منيزيم براي اين كار مناسب هستند. از فرايند ماشين كاري شعله اي (بريدن با شعله ي اكسي استيلن) مي توان براي توليد چرخ دنده هايي استفاده كرد كه در سرعت هاي پايين كار مي كنند و دقت آنها مطرح نيست. تعداد كمي چرخ دنده به روش شكل دادن غلتكي گرم تهيه مي شوند. در اين فرايند يك چرخ دنده ي اصلي سرد را همراه قطعه ي خام ديگري مي غلتانند. پرداخت چرخ دنده ها1
- در كاربردهايي كه عملكرد با كيفيت بالا براي چرخ دنده مورد نياز است (مانند سرعتهاي بالا يا بارهاي سنگين)، لازمست پس از ايجاد دندانه ها، عمليات پرداخت ظريفي روي دندانه ها انجام شود. - معمولا پرهزينه است و در جاهايي كه دقت بالا لازمست، پرداخت انجام مي شود. - دو الگوي كلي براي پرداخت دندانه ها : • براده برداري ظريف از روي دندانه ها
• فشردن سطح دندانه ها براي ايجاد يكنواختي در سطح
روش هاي پرداخت چرخ دنده ها
- پرداخت قبل از عمليات حرارتي : • تراشيدن دندانه1
• غلتك كاري دندانه2
- پرداخت بعد از عمليات حرارتي : • سنگ زدن دندانه3
• هونينگ دندانه4
منابع و مأخذ : 1- اي. پال دگارمو، جي. تي. بلك، ر.اي. كهسر، بي. اي. كلامسكي، مواد و فرايندهاي توليد، ترجمه دكتر علي حائريان اردكاني، جلد سوم. 2- مهندس ابراهيم صادقي، ماشينهاي افزار، جلد دوم. 3- Johan Clarenbach ، چرخ دنده تراشي مفاهيم و ابزارها، ترجمه مهندس مهرداد مرادي.