Quy trình sản xuất rèn hộp số là gì?

Quá trình sản xuất cho rèn hộp số tuân theo sáu giai đoạn cốt lõi: cắt và gia nhiệt phôi, rèn thô, xử lý nhiệt, gia công thô, gia công hoàn thiện chính xác và kiểm tra lần cuối. Các bộ phận hộp số được rèn thường đạt được các kiểu dòng hạt theo đường viền của bộ phận , giúp cải thiện đáng kể khả năng chống mỏi so với các bộ phận được gia công trực tiếp từ vật liệu đúc hoặc thanh. Sự căn chỉnh hạt này là một trong những lý do chính khiến việc rèn được ưa thích hơn so với việc đúc các bộ phận hộp số tải trọng cao được sử dụng trong các ứng dụng máy móc hàng hải, công nghiệp và cảng.

Mỗi giai đoạn trong quy trình này ảnh hưởng trực tiếp đến các đặc tính cơ học của bộ phận cuối cùng và việc bỏ qua hoặc gấp rút bất kỳ bước nào, đặc biệt là xử lý nhiệt, có thể làm giảm độ bền và độ bền mà bộ phận hộp số cần để chịu được mô-men xoắn duy trì và tải trọng theo chu kỳ khi vận hành.

Lựa chọn nguyên liệu thô và chuẩn bị phôi

Quá trình bắt đầu bằng việc chọn loại thép thích hợp dựa trên ứng dụng hộp số, điển hình là thép hợp kim như 42CrMo4 hoặc các loại tương tự được chọn vì độ bền và độ dẻo dai sau khi xử lý nhiệt. Phôi thô được kiểm tra các khuyết tật bên trong bằng cách sử dụng thử nghiệm siêu âm trước khi được cắt theo chiều dài chính xác để rèn cụ thể.

Kiểm tra chính trong quá trình chuẩn bị nguyên liệu

• Xác minh thành phần hóa học so với loại thép được chỉ định
• Kiểm tra siêu âm để phát hiện các lỗ rỗng hoặc tạp chất bên trong trước khi rèn
• Cắt phôi chính xác để giảm thiểu lãng phí vật liệu trong bước rèn

Bất kỳ khiếm khuyết bên trong nào xuất hiện trong phôi thô ở giai đoạn này sẽ được chuyển sang quá trình rèn thành phẩm, vì vậy bước kiểm tra này được coi là bước kiểm tra chất lượng bắt buộc thay vì kiểm tra tùy chọn bởi hầu hết các cơ sở rèn tuân theo các biện pháp quản lý chất lượng ISO 9001.

Gia nhiệt và rèn thô

Phôi được nung nóng trong lò đến một phạm vi nhiệt độ rèn cụ thể, thường là từ 1100 đến 1250 độ C đối với các bộ phận hộp số bằng thép hợp kim, tùy thuộc vào loại thép chính xác được sử dụng. Ở nhiệt độ này, kim loại trở nên đủ dẻo để có thể tạo hình mà không bị nứt, trong khi vẫn đủ nguội để tránh sự phát triển quá mức của hạt.

Các phương pháp rèn phổ biến được sử dụng cho các bộ phận hộp số

Trong quá trình rèn khuôn kín, phôi gia nhiệt được ép giữa các khuôn được định hình theo hình dạng phần thô, buộc cấu trúc hạt bên trong của kim loại chảy dọc theo đường viền của bộ phận thay vì bị cắt ngang, đây là cơ sở cơ học để cải thiện độ bền mỏi của các bộ phận rèn được biết đến.

Xử lý nhiệt cho sức mạnh và độ dẻo dai

Sau khi rèn, bộ phận này trải qua quá trình xử lý nhiệt có kiểm soát để đạt được sự cân bằng về độ cứng và độ dẻo dai cần thiết. Điều này thường liên quan đến việc chuẩn hóa để tinh chỉnh cấu trúc hạt, sau đó là quá trình làm nguội và ủ để đạt được các tính chất cơ học mục tiêu được chỉ định cho ứng dụng hộp số.

Trình tự xử lý nhiệt điển hình

1. Bình thường hóa để giảm bớt căng thẳng bên trong từ quá trình rèn
2. Làm nguội trong dầu hoặc nước để đạt được độ cứng mong muốn
3. Ủ để giảm độ giòn trong khi vẫn duy trì độ bền
4. Kiểm tra độ cứng để xác nhận bộ phận đáp ứng thông số kỹ thuật, thường nằm trong khoảng từ 220 đến 280 HB để rèn hộp số

Thực hiện đúng giai đoạn này là rất quan trọng, vì việc làm nguội không đúng cách có thể gây ra vết nứt hoặc ứng suất dư quá mức, trong khi việc ủ không đủ sẽ khiến bộ phận trở nên quá giòn đối với các điều kiện tải tuần hoàn điển hình trong vận hành hộp số.

Gia công thô và giảm căng thẳng

Sau khi được xử lý nhiệt, quá trình rèn sẽ chuyển sang gia công thô, trong đó vật liệu dư thừa được loại bỏ để đưa bộ phận đó đến gần hơn với kích thước cuối cùng của nó trong khi vẫn để lại dung lượng cho phép gia công hoàn thiện. Bước này thường bao gồm việc xử lý giảm ứng suất bổ sung nếu vật liệu quan trọng đã bị loại bỏ, vì bản thân quá trình gia công có thể tạo ra các ứng suất bên trong mới.

Để lại dung sai gia công thích hợp, thường là 3 đến 5 mm trên các bề mặt quan trọng , đảm bảo rằng mọi quá trình khử cacbon trên bề mặt do xử lý nhiệt đều được loại bỏ hoàn toàn trong quá trình gia công tinh, bảo toàn độ cứng thiết kế của vật liệu cho đến bề mặt cuối cùng.

Gia công hoàn thiện chính xác

Gia công hoàn thiện giúp việc rèn hộp số đạt đến dung sai kích thước cuối cùng của nó, bao gồm cắt răng bánh răng nếu có, hoàn thiện ổ trục và mài cổ trục. Giai đoạn này thường sử dụng các trung tâm gia công CNC để đạt được dung sai chặt chẽ mà các thành phần hộp số yêu cầu để chia lưới và lắp ổ trục thích hợp.

Các kích thước quan trọng được kiểm tra trong quá trình gia công tinh

• Đường kính lỗ và độ tròn của bề mặt tựa ổ trục
• Độ chính xác của biên dạng răng bánh răng để tạo lưới thích hợp với các bộ phận ăn khớp
• Chất lượng hoàn thiện bề mặt trên các bề mặt tiếp xúc chịu lực
• Độ đồng tâm tổng thể giữa các trục quay

Các nhà sản xuất sản xuất rèn hộp số , chẳng hạn như các sản phẩm do Ace Process sản xuất cho các ứng dụng máy móc tàu và cảng, dựa vào thiết bị CNC chính xác ở giai đoạn này để duy trì dung sai phù hợp cho cụm hộp số hàng hải tải trọng cao.

Kiểm tra cuối cùng và kiểm tra chất lượng

Trước khi hộp số rèn rời khỏi nhà máy, nó phải trải qua một vòng kiểm tra đầy đủ để xác nhận cả độ chính xác về kích thước và tính toàn vẹn của vật liệu bên trong. Điều này thường bao gồm kiểm tra kích thước so với bản vẽ kỹ thuật, xác minh độ cứng và thử nghiệm không phá hủy để xác nhận không có vết nứt hoặc lỗ rỗng bên trong.

Chỉ những bộ phận vượt qua mọi giai đoạn của trình tự kiểm tra này mới được xuất xưởng vì các bộ phận của hộp số hoạt động dưới tải trọng chu kỳ liên tục mà ngay cả một sai sót nhỏ bên trong cũng có thể dẫn đến hỏng hóc sớm khi sử dụng.

Tại sao rèn lại tốt hơn đúc cho các thành phần hộp số

Các bộ phận của hộp số đúc có thể được sản xuất nhanh hơn và với chi phí ban đầu thấp hơn, nhưng nhìn chung chúng không thể sánh được với độ bền mỏi của một bộ phận được rèn đúng cách. Quá trình đúc tạo ra cấu trúc hạt bên trong ngẫu nhiên hơn, trong khi quá trình rèn sẽ căn chỉnh dòng hạt dọc theo các đường ứng suất mà bộ phận sẽ trải qua khi vận hành.

Đối với các ứng dụng hộp số trong máy móc hàng hải và cảng, nơi các bộ phận phải đối mặt với sự đảo chiều mô-men xoắn liên tục và tải theo chu kỳ nặng, sự khác biệt về tuổi thọ mỏi này khiến các bộ phận rèn trở thành lựa chọn tiêu chuẩn cho các bộ phận truyền động quan trọng, ngay cả với chi phí sản xuất ban đầu cao hơn.