چرخ‌دنده‌سازی

چرخ دنده‌ها را می‌توان با روش‌های مختلفی تولید کرد. معمولاً چرخ دنده‌های خام ابتدا توسط فرایندهایی خشن تراشی شده و سپس توسط فرایندهای دیگری پرداخت و تکمیل می‌گردند. چرخ دنده‌هایی که توسط ماشینکاری ساخته شده و سپس پرداخت می‌شوند نسبت به سایر روش‌های تولید، از بالاترین سطوح کیفی و تلرانسی موجود در انجمن تولیدکنندگان چرخ دنده آمریکا برخوردار هستند. تقریباً ۶۰٪ هزینه‌های ساخت چرخ دنده‌ها مربوط به فرایندهای ماشین کاری و تکمیل و پرداخت می‌باشد. (سایر هزینه‌ها شامل هزینه مواد (۱۰٪) و هزینه عملیات حرارتی (۳۰٪) می‌باشد)

روش‌های براده برداری

خانکشی

خانکشی روشی است که در آن چرخ دنده‌ها با حرکت محوری یک ابزار برشی به نام بروچ (broach) به سرعت ساخته می‌شوند. بروچ ابزاری سیخی شکل و بلند است که دارای دندانه‌هایی است. دندانه‌های براده بردار ابتدایی کوتاه‌تر بوده و به تدریج تا انتهای ابزار خانکشی بلندتر می‌شوند. بروچ‌ها را می‌توان به اشکال مختلفی ساخت. معمولاً دندانه‌های انتهایی بروچ براده کمی برداشته و فقط شکل دنده‌ها را تکمیل می‌کنند. از بروچینگ معمولاً برای ساخت دندانه‌های چرخ دنده‌های داخلی و چرخ شانه‌ها استفاده می‌شود.

سنگ زنی

سنگ زنی فرایندی است که در آن سطح دندانه‌ها با عبور یک چرخ سنباده دورانی، شکل داده می‌شود. سنگ زنی فرایند مناسبی برای حذف حجم زیادی از فلز نیست، به همین دلیل بیشتر از آن برای ساخت چرخ دنده‌هایی با گام ریز استفاده می‌شود. در چرخ دنده‌های بزرگ که بر روی آنها عملیات حرارتی سختکاری کامل انجام شده‌است نیز، برای حذف تغییر شکل ایجاد شده از فرایند سنگ زنی استفاده می‌شود. در تولید چرخ دنده‌ها فرایندهای سنگ زنی بسیار متنوعی استفاده می‌شود.

هابینگ

هابینگ نوعی فرایند ساخت چرخ دنده به روش برشکاری است که در آن از ابزاری به شکل یک چرخ دنده مارپیچ استفاده می‌شود. این ابزار برشی که هاب نامیده می‌شود، دارای دندانه‌هایی برشی است که به صورت مارپیچی قرار گرفته‌اند. در یک هاب تک-گام، یک دندانه‌ها با یک دور چرخش هاب، دقیقاً یک گام پیش روی می‌کنند. با داشتن فقط یک ابزار هاب، امکان برش انواع چرخ دنده با یک گام مشخص و با هر تعداد دندانه که ماشین هابینگ توان آن را داشته باشد، وجود دارد.

هونینگ

هونینگ (به انگلیسی: Gear honing) فرایند پرداخت و تکمیل سرعت پایینی است که در اصل برای ایجاد دقت ابعادی بالا و یکنواخت و هم چنین یک پرداخت تمیز استفاده می‌شود. در هونینگ با حرکت رفت و برگشتی همزمان یک سنگ سنباده که بر روی سطح فشرده می‌شود، میزان بسیار کمی براده برداری انجام می‌شود.

لپینگ

فرایند لپینگ نوعی فرایند پولیش کاری است که در آن از خمیر سنباده برای پرداخت سطوح و دندانه‌های چرخ دنده استفاده می‌شود.

فرزکاری

فرزکاری (به انگلیسی: Gear Milling) نوعی فرایند ماشینکاری است که در آن با عبور یک چرخ کاتر دورانی از میان چرخ دنده خام، دندانه‌های چرخ دنده شکل داده می‌شود.

شیپینگ

فرایند شیپینگ (به انگلیسی: Shaping) نوعی فرایند برشکاری چرخ دنده است که در آن ابزار برش دهنده به شکل یک پینیون می‌باشد. شیپر که همان ابزار برش دهنده می‌باشد، با حرکت رفت و برگشتی براده برداری کرده و به مرور به سمت داخل پیشروی می‌کند. قطعه خام نیز به صورت پیوسته و با سرعتی مشخص دوران می‌کند.

شیوینگ

شیوینگ (به انگلیسی: Shaving) فرایندی برای پرداخت چرخ دنده هاست که در آن یک ابزار برشی چرخ دنده-شکل یا چرخ شانه-شکل، با چرخ دنده و با زاویه ای مشخص جفت می‌شود و مقدار بسیار کمی براده برداری می‌کند.

اسکایوینگ

فرایند اسکایوینگ (به انگلیسی: Skiving) نوعی فرایند برشی است که در آن برش توسط یک ابزار شکل دار انجام می‌شود. در این فرایند صورت ابزار طوری زاویه داده می‌شود که لبه برش دهنده با باردهی مماس ابزار در طول قطعه دورانی، لبه برش دهنده از یک انتهای چرخ دنده خام به انتهای دیگر آن می‌رسد.

روش‌های ریخته‌گری، آهنگری، شکل دهی

ریخته‌گری

مهرزنی

نورد

متالورژی پودر

تزریق پلاستیک

فورجینگ

روش‌های غیرسنتی

برش با لیزر

وایرکات یا EDM

برش با واترجت

بازرسی فرایندی جدایی ناپذیر از تولید چرخ دنده هاست. برای اطمینان از انطباق با مشخصات فنی، چرخ دنده‌ها نیز مانند همه محصولات تولیدی دیگر، باید بررسی و بازرسی گردند. به دلیل شکل غیر معمول چرخ دنده‌ها و تعداد زیاد عواملی که باید اندازه گرفته شوند، این بازرسی نسبتاً دشوار است. ابعاد خطی دندانه‌ها (ضخامت، فاضله بندی، عمق و …) پروفیل دندانه‌ها، زبری سطح و نویز و سر و صدا برخی از مواردی هستند که باید بررسی شوند.

برای اندازه‌گیری ضخامت دندانه چرخ دنده بر روی دایره گام می‌توان از کولیس‌های ورنیه ای مخصوص دندانه چرخ دنده استفاده کرد. اما با این حال، بازرسی چرخ دنده‌ها معمولاً توسط دستگاه‌های مخصوصی انجام می‌شود که در یک یا سلسله ای از مراحل چندین عامل را بررسی می‌کنند. برخی از این عوامل عبارتند از: غیرمرکز بودن، تغییرات در گام دایره ای، تغییرات در زاویه فشار، تداخل گرده (Fillet interference) و نداشتن عمل پیوسته.

معمولاً چرخ دنده‌های ساخته شده را با یک چرخ دنده دقیق که چرخ دنده مَستر یا اصلی نامیده می‌شود جفت کرده و تماس و عملکرد آن را بررسی می‌کنند. لرزش چرخ دنده مستر توسط دستگاه تقویت شده و بر روی یک چارت متحرک ثبت می‌شود.

در بسیاری از کاربردها سطح نویز و لرزش و سر و صدا بسیار اهمیت دارد. این اهمیت نه تنها به دلیل سر و صدای مزاحم است، بلکه نویز اضافی نشانگری از عمر کوتاه چرخ دنده خواهد بود. به همین دلیل استفاده از دستگاه‌های لرزش سنج چرخ دنده‌ها بسیار متداول است و گاهی این تجهیزات حتی مستقیماً در خطوط تولید بر روی گیربکس‌ها نصب می‌شوند.

عملیات حرارتی یکی از مهم‌ترین مراحل در ساخت چرخ دنده‌های دقیق است. عملیات حرارتی اهمیت فراوانی در کنترل هزینه، دوام، و قابلیت اطمینان دارد. ۳۰ درصد از هزینه‌های مرتبط با ساخت چرخ دنده مربوط به عملیات حرارتی است. اگر اهمیت آن به درستی درک نشده و در نتیجه به صورت دقیق کنترل نشود، می‌تواند تأثیر به سزایی بر روی تمام جنبه‌های ساخت چرخ دنده بگذارد. برخی از عملیات‌های حرارتی متداول که بر روی چرخ دنده ها انجام می‌شود عبارتند از: پیش سختکاری، سختکاری پوسته و سخت کاری کامل، سختکاری انرژی اعمال شده (Applied energy Hardening)، و فرایندهای پس از سختکاری.

فرایند پیش سختکاری

در طول فرایند سختکاری چرخ دنده‌ها معمولاً چندین عملیات حرارتی مختلف بر روی آنها انجام می‌شود. این فرایندها در ساخت چرخ دنده‌های با کیفیت بسیار اهمیت دارند.

بازپخت

فرایند پازپخت یا آنیل کردن شامل گرم کردن قطعه تا یک دمای مشخص و نگه داشتن قطعه در آن دما برای زمانی معین و سپس خنک سازی قطعه با نرخی مشخص می‌باشد. هدف از این کار نرم کردن قطعه خام و بهبود قابلیت ماشین کاری آن می‌باشد. بازپخت کامل یا فوق بحرانی شامل گرم کردن قطعه تا بیش از حد بالای دمای بحرانی (Ac₃)، یعنی دمایی که در آن آستنیت با خنک شدن قطعه شروع به تبدیل به فریت می‌کند، و سپس خنک کاری آرام قطعه در داخل کوره تا دمایی در حدود ۳۱۵ درجه سلسیوس می‌باشد. بازپخت بین بحرانی شامل گرمایش قطعه به دمایی بالای دمای تبدیل نهایی (Ac₁) می‌شود، یعنی دمایی که در آن آستنیت شروع به شکل‌گیری می‌کند. در بازپخت زیر بحرانی قطعه تا دمای زیر دمای Ac₁ گرم شده و سپس به آرامی در کوره خنک می‌شود. نرخ نرم شدن با نزدیک شدن دمای بازپخت به نقطه Ac₁ به شدت افزایش می‌یابد.