Tandhjul er de lydløse, uundværlige helte i den moderne verden. Fra de indviklede funktioner i et køretøjs transmission til den kolossale kraft i en vindmølle er disse tandede komponenter grundlæggende for mekanisk kraftoverførsel. I århundreder har fremstillingen af ​​tandhjul været en stræben efter præcision og effektivitet, domineret af etablerede processer som fræsning, formning og rømning. Imidlertid har de uophørlige krav fra den moderne industri - til højere produktionsvolumener, større omkostningseffektivitet og tættere komponentintegration - ansporet udviklingen af ​​en transformerende teknologi:Power Skiving.

Bearbejdningsprincippet for Power Skiving

I sin kerne er power skiving en kontinuerlig generativ skæreproces, der synergistisk kombinerer højhastighedsrotationen fra fræsning med værktøj-emne-arrangementet fra tandhjulsformning. Det er en kompleks "valsnings-" eller "høvlnings"-proces, hvor en specialiseret, flertandet fræser og tandhjulsemnet roterer i en præcist synkroniseret, indgribende bevægelse.

Det definerende kendetegn ved power skiving eraksens skæringsvinkel (Σ)I modsætning til fræsning (hvor værktøjets og emneakserne er i en 90-graders vinkel, forskudt af spiralvinklen) eller formning (hvor akserne er parallelle), fungerer power skiving med værktøjets og emneakserne indstillet i en specifik, ikke-parallel og ikke-skærende vinkel. Denne vinkel er den vigtigste faktor i processen.

Denne omhyggeligt beregnede vinkel skaber en specifik relativ hastighed (slip) mellem værktøjets skærekanter og emnets flanker. Når værktøjet og emnet roterer med høje hastigheder, genererer denne sliphastighed skærefunktionen. Skæreværktøjet, der ligner en shaper, men har en spiralvinkel, "afskraber" eller "skræller" effektivt materiale fra emnet med hver passage af en skærkant, hvilket kontinuerligt genererer den evolvente tandprofil, når begge komponenter roterer.

Værktøj: Processens hjerte

Fræseren til power skiving er et meget komplekst og specialiseret værktøj. Det er typisk lavet af massivt belagt hårdmetal for maksimal stivhed og slidstyrke eller af højtydende pulvermetallurgisk (PM) hurtigstål (HSS). Værktøjets design - inklusive dets spiralvinkel, spånvinkel og profil - beregnes specifikt til maskinens kinematiske model og den nøjagtige geometri af målgearet. Denne værktøjsspecifikke kompleksitet er en væsentlig faktor i de samlede omkostninger og opsætning af processen.

Fordele og ulemper ved Power Skiving

Som enhver fremstillingsproces tilbyder power skiving et unikt sæt af afvejninger.

Fordele:

Ekstrem produktivitet: Det er betydeligt hurtigere (3-10 gange) end tandhjulsformning og yderst konkurrencedygtigt med fræsning. For indvendige tandhjul er det ofte den mest produktive metode, der er tilgængelig.

Uovertruffen fleksibilitet: Processen kan bearbejde både indvendige og udvendige tandhjul samt nothjul, spiralformede tandhjul og cylindriske tandhjul på en enkelt maskine.

"Færdigbearbejdning i én"-funktion: Den kan udføre skrubdrejning, semi-sletbearbejdning og sletbearbejdning i en enkelt opsætning. Den er også i stand til hård afskrabning eller bearbejdning af tandhjul efter varmebehandling, hvilket kan eliminere behovet for efterfølgende slibeoperationer.

Høj kvalitet: Når power skiving udføres på en stiv, moderne maskine, kan det producere meget præcise tandhjul (f.eks. AGMA 10-11, DIN 6-7) med fremragende overfladefinish.

Løser vanskelige geometrier: Den er ideel til dele med begrænset værktøjsfrigang, såsom tandhjul med en skulder eller flange, hvor en hob ikke kan løbe ud. Dette er en almindelig udfordring i kompakte transmissionsdesign.

Ulemper:

Høje maskinkapitalomkostninger: Processen kræver en meget avanceret, stiv og termisk stabil 5-akset (eller flere) CNC-maskine med perfekt elektronisk synkronisering, hvilket repræsenterer en betydelig investering.

Kompleks proces og værktøj: Kinematikken er usædvanlig kompleks. Procesplanlægning kræver sofistikeret simuleringssoftware til at beregne værktøjsbaner og undgå kollisioner. Værktøjerne i sig selv er dyre og applikationsspecifikke.

Opsætningsfølsomhed: Processen er meget følsom over for korrekt opsætning, især aksernes skæringsvinkel. Enhver forkert justering kan drastisk påvirke værktøjets levetid og emnekvaliteten.

Spånhåndtering: Højhastighedsfjernelse af store mængder materiale kan skabe udfordringer med spånkontrollen, især ved bearbejdning af dybe indvendige tandhjul, hvor spåner kan blive pakket.

Applikationsscenarier

Power skiving er ikke en universel erstatning for alle andre gearprocesser, men det er en dominerende løsning inden for specifikke områder med høj værdi, primært drevet af masseproduktion.

Bilindustrien: Dette er den største bruger. Processen bruges i vid udstrækning til fremstilling af interne transmissionskomponenter som ringgear, planetgear og notkoblinger. Dens evne til at fremstille interne gear og komplekse noter hurtigt og med høj præcision er uvurderlig for moderne, kompakte automatgear og elbiltransmissioner.

Luftfart: Anvendes til produktion af splines og aktueringssystemer, hvor høj pålidelighed og komplekse, lette designs er altafgørende.

Industrimaskiner: Ideel til fremstilling af komponenter som pumpegear, koblinger og andre notaksler, hvor produktivitet og præcision er nøglen.

Den ideelle kandidat til power skiving er en komponent med mellemstor til stor volumen, især et indvendigt tandhjul eller et tandhjul med forstyrrende skuldre, hvor besparelserne i cyklustiden kan retfærdiggøre den høje initiale investering i maskiner og værktøj.

Konklusion

Power skiving har med succes taget springet fra et 100 år gammelt teoretisk koncept til et moderne produktionskraftværk. Ved at kombinere hastigheden ved fræsning med fleksibiliteten ved formning har det fundamentalt bygget bro over et kritisk hul i tandhjulsproduktion. Det tilbyder en uovertruffen løsning til storproduktion af indvendige tandhjul og komplekse notkomponenter, hvilket øger effektiviteten og muliggør den næste generation af kompakte, krafttætte mekaniske systemer. I takt med at maskinværktøjsteknologi, simuleringssoftware og skæreværktøjsdesign fortsætter med at udvikle sig, forventes anvendelsen af ​​power skiving at udvide sig, hvilket yderligere cementerer dets rolle som en revolutionerende kraft inden for tandhjulsfremstilling.