Zobrata materiāla izvēles rokasgrāmata: 45 tērauds pret 20CrMnTi pret nerūsējošo tēraudu (un kad katru izmantot)

Raksta Dereks|Hansheng automatizācija

Lielākā daļa pārnesumu kļūmju nesākas ražošanas telpā -, tās sākas materiālu atlases posmā.

Tā ir biežāka kļūda, nekā gaida lielākā daļa inženieru. Daži noklusējuma tērauds ir 45 tērauds ieraduma dēļ, nevis tāpēc, ka lietojumprogramma to pieprasa. Citi norāda, ka nerūsējošais tērauds ir "tikai drošībā", lai konstatētu, ka tas ir zemāks par nodilumizturību un palielina izmaksas par 3–5 reizēm, bez reālas priekšrocības.

Patiesība ir tāda, ka nav "labākā" zobratu tērauda materiāla. Ir tikai piemērots materiāls jūsu konkrētajai slodzei, ātrumam, videi un precizitātes prasībām.

Šajā rakstā tiks izskaidroti trīs plaši izmantotie zobratu materiāli -45 tērauds, 20CrMnTi un nerūsējošais tērauds (304/316), kā arī sīkāk aprakstītas to attiecīgās priekšrocības un trūkumi, cerot palīdzēt jums izvēlēties materiālu.

Ja jums ir pieredzējis rīku piegādātājs, iespējams, jums nav pārāk jāuztraucas par zobrata materiāla izvēli, jo jūsu piegādātājs to var izdarīt jūsu vietā. Tomēr patiesībā materiāla izvēle ir ļoti svarīga. Bez pieredzējuša piegādātāja padoma ātra lēmuma pieņemšana par to, kuru materiālu izmantot, bieži vien rada potenciālus riskus.

No iepriekšminētajiem diviem scenārijiem nepareiza materiāla izvēle rada ne tikai izmaksu problēmas, bet arī problēmas, kas saistītas ar termisko apstrādi, precīzo apstrādi, piegādes termiņiem un tā tālāk.

Trīs materiāli, kas aptver lielāko daļu rūpniecisko pārnesumu lietojumu, ir tērauds 45, 20CrMnTi un nerūsējošais tērauds -, un katram no tiem ir skaidri noteikta josla.

Ja vispārējā rūpnieciskajā ražošanā ir noklusējuma pārnesuma materiāls, tas ir 45 tērauds. Starptautiski pazīstams kāAISI 1045 (ASV), S45C (Japāna), vaiC45 (Eiropa), šis vidējais-oglekļa tērauds ir bijis izvēlēts- jau vairākus gadu desmitus.

Kāpēc tas darbojas labi

Ar aptuveni 0,45% oglekļa saturu 45 tērauds atrodas praktiskā vietā: pietiekami ciets, lai izturētu mērenas slodzes, pietiekami izturīgs, lai nesaplaisātu trieciena rezultātā, un pietiekami mīksts iepriekš-apstrādātā stāvoklī, lai apstrādātu tīri un efektīvi. Pēc dzesēšanas-un -temperatūras apstrādes virsmas cietība sasniedz HRC 28–35, kas nodrošina atbilstošu nodilumizturību zema{8}}līdz-vidēja slodzes cikliem.

Izmaksas ir vēl viens svarīgs faktors. Salīdzinot ar leģētajiem zobratu tēraudiem, 45 tēraudam ir viszemākās materiālu izmaksas, īsākais izpildes laiks un visplašākā pieejamība visās globālajās piegādes ķēdēs. Projektiem, kuriem svarīgs ir budžets un piegādes-ātrums-, bieži vien tas ir vienīgais loģiskais sākumpunkts.

Tas ierobežo

Apstrāde ar slāpēšanas-un-temperatūru rada izmērāmus termiskos kropļojumus, kas ierobežo sasniedzamo precizitāti līdz aptuveni ISO 7.–8. pakāpei. Pēc-termiskās-apstrādes slīpēšana var atgūt zināmu precizitāti, bet palielina izmaksas un procesa darbības, kas sāk mazināt materiāla ekonomiskās priekšrocības.

Vēl svarīgāk ir tas, ka 45 tēraudu nevar karburizēt, lai sasniegtu korpusa-rūdītas virsmas, kas nepieciešamas augsta-cikla,-kontakta-stresa apstākļos. Ja jūsu pārnesums darbojas nepārtraukti, pārraida ievērojamu griezes momentu vai darbojas precīzijas reduktora iekšpusē, HRC 28–35 virsmas cietības griesti kļūst par reālu ierobežojumu -, nevis teorētisku.

Vispiemērotākais priekš:Vispārējas rūpnieciskās piedziņas, konveijeru sistēmas, lauksaimniecības iekārtas, zema -ātruma vidējas-slodzes transmisijas un jebkurš lietojums, kurā ir pieņemama ISO 7.–8. klases precizitāte.

Nav piemērots:Precīzi reduktori, robotu savienojumu izpildmehānismi, ātrgaitas nepārtrauktas-piedziņas vai jebkura lietojumprogramma, kurai nepieciešama ISO 6. klase vai labāka.

Ja zobratu pielietojuma scenārijs pārsniedz 45 tērauda piedāvātās veiktspējas robežas, ir vēl viena salīdzinoši piemērota izvēle-20CrMnTi tērauds. Šis materiāls tiek plaši izmantots automašīnu transmisijās, planētu reduktoros un augstas precizitātes rūpnieciskās piedziņas ierīcēs Ķīnā. Tajā pašā cenu līmenī 20CrMnTi tērauds uzrāda augstu veiktspēju attiecībā uz virsmas cietību, serdes stingrību un izmēru stabilitāti pēc termiskās apstrādes.

Ar ko 20CrMnTi atšķiras

20CrMnTi ir zema-oglekļa leģētais tērauds ar oglekļa saturu tikai 0,17–0,23%. Ar to vien nepietiek oglekļa, lai sasniegtu nozīmīgu virsmas cietību. Zema oglekļa satura kodols paliek izturīgs un triecienizturīgs-pat pēc termiskās apstrādes - tas ir karburizācijas process, kas pārveido zoba virsmu.

Pēc karburizācijas un rūdīšanas korpusa cietība sasniedz HRC 58–62, savukārt serde saglabā cietību HB 220–260. Šī cietā-ārpusējā, izturīgā-iekšējā struktūra ļauj 20CrMnTi zobratiem izturēt lielu kontakta spriegumu pie zoba virsmas, nekļūstot trausliem pie saknes -, kur parasti sākas lieces noguruma lūzumi.

Titāna saturs spēlē lomu, kuru ir viegli nepamanīt: tas uzlabo graudu struktūru karburēšanas temperatūrā, kas tieši ierobežo termiskos kropļojumus termiskās apstrādes laikā. Mazāki izkropļojumi nozīmē, ka zobrata ģeometrija procesa laikā saglabājas neskarta, un tādas cietas apdares darbības kā cieta slīpēšana vai zobratu skūšana var konsekventi panākt, lai detaļas atbilstu ISO 5. klasei–6 - 45. līmeņa tērauds vienkārši nevar sasniegt to pašu procesa ķēdi.

Starptautiski 20CrMnTi ir vistuvāk līdzvērtīgsSAE 8620 (ASV)un20MnCr5 (Eiropa),lai gan tas nav precīzs aizstājējs - kodolspēka profili atšķiras. Ja zobratus iegādājaties no Ķīnas ražotāja un jūsu zīmējumā ir norādīts 8620, 20CrMnTi var apspriest kā līdzvērtīgu alternatīvu risinājumu.

Izmaksas kontekstā

Materiālu izmaksas ir aptuveni 1,5–2 reizes lielākas par 45 tēraudu, un visa procesa ķēde - karburēšana, rūdīšana, rūdīšana un cietā apdare - palielina daļu kopējās izmaksas. Bet tā veiktspēja tiks ievērojami uzlabota.

Vispiemērotākais priekš: Planētu reduktora gredzenveida zobrati, robotu savienojuma zobrati,tabakas mašīnu piedziņas, automobiļu transmisijas pārnesumiem un jebkuram lietojumam, kur nepieciešama ISO 5.–6. pakāpes precizitāte un ilgs kalpošanas laiks cikliskas slodzes apstākļos.

 

Nav piemērots:Kodīga vide, pārtikas apstrādes iekārtas vai medicīnas lietojumi, kur materiāla saskarei ar produktu plūsmām ir nepieciešama izturība pret koroziju - 20CrMnTi nav raksturīgas rūsas aizsardzības.

Vispirms pievērsīsimies izplatītajam nepareizajam priekšstatam: nerūsējošā tērauda zobrati nav labāki zobrati. Tie ir piemēroti pārnesumi konkrētai problēmai - kodīgai videi - un nepareizi pārnesumi gandrīz visam pārējam.

304 pret. 316: atšķirības izpratne

Abas kategorijas ir austenīta nerūsējošais tērauds, kas nozīmē, ka to izturību pret koroziju nodrošina hroms, kas uz virsmas veido pasīvo oksīda slāni. Galvenā atšķirība starp abām kategorijām ir saistīta ar molibdēnu: 316 satur 2–3% molibdēna, kas ievērojami palielina izturību pret hlorīda punktveida koroziju un plaisu koroziju. Zhygear - uzbrukuma veids, kas notiek sālsūdenī, jūras vidē un ķīmiskās apstrādes plūsmās. 304 labi iztur vispārējo mitrumu un vieglu rūpniecisko iedarbību. Ja attēlā ir hlorīdi, 316 ir pareizā izvēle.

Kāpēc nerūsējošais tērauds nedarbojas kā zobratu materiāls?

Lūk, ko vairums specifikāciju lapu jums nestāsta: 304 un 316 ir austenīta kategorijas, kas nozīmē, ka tās nevar sacietēt, izmantojot parasto termisko apstrādi. Nav karbonizācijas maršruta, rūdīšanas-un-temperatūras cikla, kas nozīmīgi paaugstina to virsmas cietību. Praksē nerūsējošā tērauda zobrati darbojas cietības līmeņos, kas ir daudz zemāki par tiem, kas sasniedzami ar 20CrMnTi vai pat 45 tēraudu pēc dzēšanas -, kas tieši nozīmē zemāku nodilumizturību, lielāku jutību pret virsmas nogurumu un praktiskiem precīziem griestiem, kas atbilst ISO 7. klasei.

Apstrādājamība sarežģī izmaksu problēmu. Abas pakāpes griešanas laikā{1}}strauji sacietē, paātrinot instrumenta nodilumu un pieprasot lēnāku padevi. Gatavo detaļu izmaksas ir ievērojami augstākas nekā leģētā tērauda ar līdzvērtīgu ģeometriju - nevis tāpēc, ka pats materiāls ir ievērojami dārgāks, bet gan tāpēc, ka apstrādes process ir prasīgāks.

Kad nerūsējošais tērauds ir pareizā atbilde

Pārtikas apstrādes iekārtās, medicīnas ierīcēs, kuģu piedziņās un ķīmisko vielu apstrādes sistēmās jautājums par aprīkojuma materiāliem nav saistīts ar veiktspējas optimizēšanu -, bet gan par atbilstību normatīvajiem aktiem, piesārņojuma risku un korozijas izraisītu kļūmi{1}}. Šajos kontekstos nerūsējošais tērauds nav viena no iespējām. Tā ir vienīgā reālā iespēja.

Izmantojiet 304 vispārējai higiēniskai un viegli kodīgai videi. Norādiet 316, kur hlorīda iedarbība, skābes skalošana vai saskare ar sālsūdeni ir daļa no darbības realitātes.

Vispiemērotākais priekš:Pārtikas apstrādes mašīnas, farmaceitiskās iekārtas, jūras vides piedziņas, ķīmisko rūpnīcu konveijeri un jebkurš lietojums, kurā saskare ar produktu plūsmām vai agresīviem tīrīšanas līdzekļiem padara izturību pret koroziju par neapspriežamu prasību.

Nav piemērots:Augstas-cikla precizitātes piedziņas, robotu izpildmehānismi, lielas-slodzes transmisijas vai jebkurš lietojums, kur zobu nodilumizturība un ilgs noguruma kalpošanas laiks saskares spriedzes apstākļos ir galvenie konstrukcijas ierobežojumi. Ja jūsu lietojumprogramma nav saistīta ar patiesiem korozijas draudiem, nerūsējošais tērauds vienlaikus palielina izmaksas un samazina veiktspēju -.

Trīs iepriekš minētās sadaļas aptver katra materiāla pamatojumu. Ja jums nepieciešama ātra uzziņa - vai vēlaties kaut ko kopīgot ar savu komandu pirms specifikācijas pabeigšanas -, šajā tabulā ir apkopoti galvenie lēmuma pieņemšanas faktori vienuviet.

Trīs iepriekš minētie materiāli aptver lielāko daļu rūpniecisko pārnesumu lietojumu. Bet ir vērts īsi pieminēt divas papildu kategorijas, kas attiecas uz malām.

42CrMo

Ja slodze pārsniedz to, ko spēj izturēt 20CrMnTi, 42CrMo parasti ir nākamais solis uz augšu. Šis hroma-molibdēna sakausējuma tērauds nodrošina augstāku stiepes izturību un izcilu rūdīšanu, padarot to par izvēlētu materiālu lieliem-moduļu zobratiem kalnrūpniecības iekārtās, lieljaudas-pārnesumkārbām un liela-griezes momenta rūpnieciskajām piedziņām. Tas nav vispārējs -nolūks jauninājums -, papildu spēks ir saistīts ar lielākām apstrādes grūtībām un augstākām izmaksām -, taču patiesi prasīgos slodzes apstākļos tas ir pareizais aicinājums.

Inženierplastmasa (POM/neilons/PEEK)

Lietojot vieglas-slodzes, zemu-trokšņu vai bez eļļošanas-, inženiertehniskā plastmasa piedāvā pārliecinošu alternatīvu pilnībā metāla zobratiem. POM (Delrin) nodrošina labu izmēru stabilitāti un zemu berzi biroja automatizācijai un patērētāju ierīcēm. Neilons absorbē triecienus un klusi darbojas zema -ātruma piedziņās. PEEK tiek galā ar paaugstinātu temperatūru un ķīmisko iedarbību, ja standarta plastmasa sabojājas. Neviens no tiem neatbilst tēraudam kravnesības ziņā -, taču pareizajā kontekstā tas nav nepieciešams.

Materiāls nav jāpabeidz pirms sazināšanās. Patiesībā, ja jūs joprojām sverat iespējas, tas ir tieši īstais posms, lai mūs iesaistītu.

Iesniedzot zīmējumu vai piedāvājuma piedāvājumu, vienkārši pastāstiet mums darbības nosacījumus, kas ir vissvarīgākie jūsu pieteikumam:

Slodzes veids un lielums - ir nepārtraukts, trieciens vai ciklisks? Viegla, vidēja vai liela slodze?

Darbības ātruma - maza ātruma-piedziņām un liela-ātruma vārpstām ir ļoti atšķirīgi virsmas noguruma profili

Vide - standarta rūpnieciska, mitra, kodīga, saskare ar pārtiku-vai augsta{2}}temperatūra?

Precizitātes prasība - vai jums ir mērķa ISO klase vai pretdarbība/pārsūtīšanas kļūdu pielaide?

Apjoms un budžets - materiālu izvēle bieži mainās, mainoties ražošanas daudzumam

Izmantojot šo informāciju, mūsu inženieru komanda var ieteikt vispiemērotāko zobratu tērauda materiālu - un atzīmēt, ja jūsu specifikācijā norādītais termiskās apstrādes vai apdares process rada nevajadzīgas izmaksas jūsu faktiskajam lietošanas gadījumam.

Ja jūsu zīmējumā jau ir norādīts materiāls, mēs pie tā strādāsim. Ja tas saka "vai ekvivalents", mēs jums pateiksim, ko līdzvērtīgs nozīmē praksē.

Vai neesat pārliecināts, kurš materiāls atbilst jūsu pielietojumam?

Kā profesionālisprecīzo pārnesumu ražotājs, mēs varam nodrošināt profesionālu un uzticamu materiālu izvēli. Neatkarīgi no tā, vai strādājat ar pabeigtu zīmējumu vai joprojām esat sākotnējā projektēšanas stadijā, mūsu komanda var pārskatīt jūsu prasības un ieteikt pareizo materiālu, termiskās apstrādes veidu un precizitātes pakāpi jūsu konkrētajam pielietojumam -, nepārspīlējot un negriežot stūrus.

Saņemiet citātu

Nosūtiet mums savu zīmējumu vai aprakstiet savu pieteikumu -, mēs atgriezīsimies ar materiālu ieteikumu un apstrādes plānu.