Obrábění ozubených kol s vysokou přesností: technologie broušení hran

"Bez broušení hran není řemeslná dovednost truhláře úplná." Tato starobylá truhlářská přísloví nejen odráží moudrost tradičního řemesla, ale hluboce rezonuje i v moderní výrobě. Broušení hran, původně dřevařský termín, se vyvinulo v klíčový proces současné průmyslové výroby, zejména v oblasti výroby vysoce přesných ozubených kol.

I. Co je broušení hran?

Ve soudobé průmyslové terminologii znamená broušení hran proces mírného zkosení nebo zaoblení vnějších či vnitřních pravých úhlů obrobku. Hlavní cíle jsou dvojí: za prvé odstranit místa koncentrace napětí a za druhé zabránit tomu, aby ostré hrany poškrábaly obsluhu během montáže a používání. Kromě funkční bezpečnosti zaoblené hrany také zvyšují estetický vzhled obrobku, který tak působí přitažlivěji a jemněji.
Je důležité rozlišovat broušení hran od zaoblování: zatímco oba procesy zahrnují zaoblení, broušení hran se týká okrajů obrobku, zatímco zaoblování se zaměřuje na rohy. V praxi neprovedené zaoblení rohů představuje vyšší riziko zranění uživatelů ve srovnání s neopracovanými hranami.

II. Broušení profilu ozubení: Klasifikace a typy

S rozvojem automobilového průmyslu se požadavky na estetiku a výkon ozubení stávají stále přísnějšími, což posouvá technologii broušení hran do popředí přesné kontroly.

1. Základní kategorie broušení profilu ozubení

Broušení profilu ozubení se primárně dělí podle polohy na tři typy:

Broušení špiček zubů: Broušení aplikované na špičku zubu ozubení.
Broušení konců zubů: Broušení prováděné na čelní ploše zubu ozubení.
Broušení profilu zubu: Broušení podél pracovního profilu zubu (hlavní téma tohoto článku).

2. Technická klasifikace broušení profilu zubu

Zaoblení profilu zubu se běžně dělí na tři technické typy, které se dále rozlišují podle jednostranného nebo oboustranného použití:

Technický typ Charakteristiky jednostranného provedení Charakteristiky oboustranného provedení
Zkosený zaoblení (končí u kořenové drážky) Nesymetrické zkosení; bez zkosení kořenového zaoblení. Symetrické zkosení na obou stranách; bez zkosení kořenového zaoblení.
Zkosený zaoblení (končí u plného kořenového zaoblení) Nesymetrické zkosení; částečné zkosení kořenového zaoblení. Nesymetrické zkosení na obou stranách; částečné zkosení kořenového zaoblení.
Rovnoměrné zkosení (končí u plného kořenového zaoblení) Symetrické zkosení; rovnoměrné zkosení kořenového zaoblení. Symetrické zkosení na obou stranách; rovnoměrné zkosení kořenového zaoblení.

III. Běžné obráběcí metody pro zkosení profilu zubu

Pro zkosení profilu zubu je k dispozici řada procesů, z nichž každý má své vlastní principy, výhody a omezení.

A. Zkosení broušením

Princip: Využívá se rotujícího vřetena a plovoucího brousicího kotouče k odstranění otřepů a ostrých hran z profilu zubu.
Omezení: Velikost zkosení se mění v závislosti na faktorech, jako je průměr brousicího kotouče, úhel šroubovice, modul a počet zubů. Často dochází k poškození kořenové plochy a vznikají drsné zkosené hrany.
Aplikace: Široce používán v tradičních odvětvích, jako je větrná energie a nákladní vozidla, pro ozubená kola s velkým modulem.

B. Zkosení extruzí

Princip: Používají se dva speciální extruzní kotouče s odpovídajícími „šroubovitými zuby“, které zapadají do ozubeného kola. Rychlé rotační meshování „odřezává“ otřepy a ostré hrany zbylé po frézování hobem.
Omezení: Tvrdá extruze vytváří mikro-výběžky na povrchu zubu (což znemožňuje následné broušení/leštění), vyžaduje dodatečné stírací nástroje pro kontrolu výběžků na čele, vytváří drsné hrany, prodlužuje čas cyklu zpracování a není efektivní u víceplotýnkových kol.

C. Proces hobování-zkosení-hobování

Princip: Při frézování hranolů je ponechána malá přídavek na obrábění. Po vysunutí frézy jsou zkosení zpracována nástroji pro tvarování a stahování, následované finálním průběhem frézování pro dosažení přesnosti.
Omezení: Integrace nástrojů do frézky pro hranoly prodlužuje pracovní cyklus; nastavení nástrojů je složité a přebírá omezení postupu zkosení tvářením.

D. Frézování zkosení 1 (radiální fréza na zkosení)

Výhody:

Uplatnění u hřídelových obrobků a u obrobků s rušivými konturami.
Flexibilní integrace s frézkami pro hranoly nebo použití jako samostatné zařízení.
Široce rozšířeno na trhu.

E. Frézování zkosení 2 (integrovaná frézka pro hranoly)

Současný stav: Některé značky frézek (např. Gleason) nabízejí modely s integrovaným zkosením konců zubů (frézování nožem nebo frézováním hranolem).
Výhody: Kombinuje frézování hranolů a zkosení v jednom kroku; eliminuje poškození způsobené ručním přestavováním.
Omezení: Vysoké náklady na zařízení (speciální zkosené hranoly jsou drahé); použitelné pouze u talířových kol (problémy s rušením u hřídelových kol).

IV. Výběr broušení hran

Volba procesu broušení hran závisí na aplikačním scénáři ozubeného kola a měla by být stanovena ve těsné konzultaci s klienty:

Doporučení pro hřídele ozubených kol elektromobilů: upřednostněte frézování hran, protože technologie a zařízení pro tento proces jsou vyspělé.
Velikost zkosení: obvykle 0,3–0,8 mm u zkosení profilu zubu.
Úhel zkosení: spolupracujte s konstruktéry na určení úhlů na základě typu pohonu motoru (rovnoběžné osy vs. koaxiální), běžné rozsahy např. 150°±10° a 125°±10°.

V. Výhody zkosení hran

Zvýšení bezpečnosti: snižuje riziko zranění při manipulaci a zpracování.
Zlepšení estetiky: zvyšuje celkový vzhled ozubeného kola, čímž zvyšuje spokojenost zákazníků.
Snížení napětí: eliminuje soustředění napětí na ostrých koncích zubů po tepelném zpracování.
Prevence poškození: snižuje riziko odlomení zubu způsobené nárazy během tepelného zpracování a následných procesů.
Zachování kvality: Zabraňuje oxidaci a oduhlíkování na špičkách zubů během cementace.
Optimalizace výkonu: Snižuje riziko drcení a odlamování hrotů zubů, když je zapojena pouze částečná šířka zubu.
Usnadnění montáže: Správná velikost a úhel zkosení usnadňují montáž ozubených kol.

VI. Závěr

Navzdory prokázaným výhodám bylo zkosení nedoceněno v některých částech domácího odvětví výroby ozubených kol, kde někteří výrobci upřednostňují funkčnost před tímto kritickým procesem. S postupem automobilové technologie a rostoucími požadavky na kvalitu se však zkosení stalo nezbytným krokem ve výrobě vysoce přesných ozubených kol. Přijetí a zdokonalování procesů zkosení je klíčové pro zlepšení kvality produktů a posílení konkurenceschopnosti na trhu.
Ve světě převodovek malá ozubená kola pohánějí velké inovace – a pečlivé zkosení je základem této přesnosti.