기어 가공이 너무 어려워 가공 효율을 높여야 할 경우, 기어 가공 공정, 절삭 매개변수 및 공구 요구 사항에 대한 설명

기어는 자동차 산업에서 가장 기본적인 동력 전달 요소입니다. 일반적으로 자동차에는 18~30개의 톱니가 있습니다. 기어의 품질은 자동차의 소음, 안정성 및 수명에 직접적인 영향을 미칩니다. 기어 가공 공작기계는 복잡한 공작기계 시스템이자 자동차 산업의 핵심 장비입니다. 미국, 독일, 일본과 같은 세계적인 자동차 제조 강국들은 기어 가공 공작기계 제조 강국이기도 합니다. 통계에 따르면 중국에서 생산되는 자동차 기어의 80% 이상이 국내산 기어 제조 설비를 통해 가공됩니다. 또한 자동차 산업은 기어 가공 공작기계 소비량의 60% 이상을 차지하며, 앞으로도 공작기계 소비의 주요 주체로 남을 것입니다.

기어 가공 기술

1. 주조 및 블랭크 제작

열간 다이 단조는 자동차 기어 부품에 여전히 널리 사용되는 블랭크 주조 공정입니다. 최근에는 샤프트 가공 분야에서 크로스 웨지 롤링 기술이 널리 보급되고 있습니다. 이 기술은 특히 복잡한 도어 샤프트용 빌릿 제작에 적합하며, 높은 정밀도, 작은 후가공 여유, 그리고 높은 생산 효율을 자랑합니다.

2. 정규화

이 공정의 목적은 후속 기어 절삭에 적합한 경도를 얻고 최종 열처리를 위한 미세 구조를 준비하여 열처리 변형을 효과적으로 줄이는 것입니다. 사용되는 기어 강재는 일반적으로 20CrMnTi입니다. 작업자, 장비 및 환경의 영향이 크기 때문에 공작물의 냉각 속도와 냉각 균일성을 제어하기 어렵고, 이로 인해 경도 편차가 크고 금속 조직이 불균일해져 금속 절삭 및 최종 열처리에 직접적인 영향을 미치고, 크고 불규칙적인 열 변형과 제어 불가능한 부품 품질을 초래합니다. 따라서 등온 노멀라이징 공정이 채택됩니다. 실제 적용 결과, 등온 노멀라이징은 일반 노멀라이징의 단점을 효과적으로 개선하고 제품 품질을 안정적이고 신뢰할 수 있게 해주는 것으로 입증되었습니다.

3. 회전

고정밀 기어 가공의 위치 요구 사항을 충족하기 위해 모든 기어 블랭크는 CNC 선반으로 가공되며, 선삭 공구를 재연삭할 필요 없이 기계적으로 클램핑됩니다. 홀 직경, 단면 및 외경 가공이 한 번의 클램핑으로 동시에 완료되므로 내경 및 단면의 수직도 요구 사항을 충족할 뿐만 아니라 기어 블랭크의 질량 분산을 최소화할 수 있습니다. 따라서 기어 블랭크의 정밀도가 향상되고 후속 기어의 가공 품질이 보장됩니다. 또한 NC 선반 가공의 높은 효율성은 장비 수를 크게 줄여 경제성을 높입니다.

4. 호빙 및 기어 성형

일반적인 기어 호빙 머신과 기어 셰이퍼는 여전히 기어 가공에 널리 사용되고 있습니다. 조정 및 유지 보수가 편리하다는 장점이 있지만 생산 효율이 낮습니다. 대량 생산을 위해서는 여러 대의 기계를 동시에 가동해야 합니다. 코팅 기술의 발전으로 연삭 후 호빙 공구와 플런저에 재코팅하는 것이 매우 간편해졌습니다. 코팅된 공구의 수명은 일반적으로 90% 이상 크게 향상되어 공구 교체 횟수와 연삭 시간을 효과적으로 줄여 상당한 이점을 제공합니다.

5. 면도

레이디얼 기어 셰이빙 기술은 높은 효율성과 설계된 치형 및 치방향의 수정 요구 사항을 쉽게 구현할 수 있다는 장점 때문에 자동차 기어 대량 생산에 널리 사용됩니다. 당사는 1995년 이탈리아 회사에서 특수 레이디얼 기어 셰이빙 기계를 도입하여 기술 개조를 거친 이후, 이 기술의 적용에 있어 성숙 단계에 접어들어 가공 품질이 안정적이고 신뢰할 수 있게 되었습니다.

6. 열처리

자동차 기어는 우수한 기계적 특성을 확보하기 위해 침탄 및 담금질 처리가 필수적입니다. 열처리 후 기어 연삭 작업이 필요 없는 제품에는 안정적이고 신뢰할 수 있는 열처리 설비가 필수적입니다. 당사는 독일 로이드 사의 연속 침탄 및 담금질 생산 라인을 도입하여 만족스러운 열처리 결과를 얻고 있습니다.

7. 분쇄

이 공정은 주로 열처리된 기어의 내경, 단면, 축 외경 등의 부품을 마무리 가공하여 치수 정확도를 향상시키고 기하 공차를 줄이는 데 사용됩니다.

기어 가공에는 피치 원형 고정 장치를 사용하여 위치 지정 및 고정을 수행하므로, 치형의 가공 정확도와 설치 기준을 효과적으로 확보하여 만족스러운 제품 품질을 얻을 수 있습니다.

8. 마무리

이는 조립 전에 변속기 및 구동축의 기어 부품에 있는 돌출부와 버를 점검하고 제거하여 조립 후 발생하는 소음 및 이상 소음을 제거하기 위한 것입니다. 단일 기어 쌍 맞물림을 통해 소리를 청취하거나 종합 시험기를 사용하여 맞물림 편차를 관찰합니다. 제조 회사에서 생산하는 변속기 하우징 부품에는 클러치 하우징, 변속기 하우징 및 차동 장치 하우징이 포함됩니다. 클러치 하우징과 변속기 하우징은 하중을 지탱하는 부품으로, 일반적으로 특수 다이캐스팅을 통해 알루미늄 합금 다이캐스팅으로 제작됩니다. 형상은 불규칙하고 복잡합니다. 일반적인 공정 흐름은 접합면 밀링 → 가공 구멍 및 연결 구멍 → 베어링 구멍 황삭 보링 → 베어링 구멍 및 위치 결정 핀 구멍 정삭 보링 → 세척 → 누출 테스트 및 검사입니다.

기어 절삭 공구의 매개변수 및 요구 사항

기어는 침탄 및 담금질 후 심하게 변형됩니다. 특히 대형 기어의 경우, 침탄 및 담금질된 외경과 내경의 치수 변형이 일반적으로 매우 큽니다. 그러나 침탄 및 담금질된 기어 외경을 가공하는 데 적합한 공구가 지금까지 없었습니다. "발린 슈퍼하드"에서 개발한 담금질강의 고강도 단속 가공용 BN-H20 공구는 침탄 및 담금질된 기어 외경, 내경 및 단면의 변형을 보정하고 적합한 단속 절삭 공구를 찾아냈습니다. 이는 초경 공구를 이용한 단속 절삭 분야에서 세계적인 혁신을 가져왔습니다.

기어 침탄 및 담금질 변형: 기어 침탄 및 담금질 변형은 주로 가공 중 발생하는 잔류 응력, 열처리 중 발생하는 열 응력 및 구조 응력, 그리고 공작물의 자중 변형이 복합적으로 작용하여 발생합니다. 특히 대형 기어 링과 기어의 경우, 대형 기어 링은 큰 탄성 계수, 깊은 침탄층, 긴 침탄 시간, 그리고 자중으로 인해 침탄 및 담금질 후 변형이 더욱 증가합니다. 대형 기어 축의 변형 양상: 애더넘 원의 외경은 뚜렷한 수축 경향을 보이지만, 기어 축의 치폭 방향으로는 중앙부가 수축하고 양 끝단은 약간 팽창합니다. 기어 링의 변형 양상: 침탄 및 담금질 후, 대형 기어 링의 외경은 팽창합니다. 치폭이 다른 경우, 치폭 방향으로 원추형 또는 드럼형 변형이 나타납니다.

침탄 및 담금질 후 기어 선삭: 기어 링의 침탄 및 담금질 변형은 어느 정도 제어 및 감소시킬 수 있지만 완전히 방지할 수는 없습니다. 침탄 및 담금질 후 변형 보정에 대해서는 침탄 및 담금질 후 선삭 및 절삭 공구의 실현 가능성에 대해 간략히 설명하겠습니다.

침탄 및 담금질 후 외경, 내경 및 단면 선삭: 선삭은 침탄 및 담금질 처리된 링기어의 외경과 내경의 변형을 수정하는 가장 간단한 방법입니다. 이전에는 해외 초경 공구를 포함한 어떤 공구도 담금질된 기어의 외경에서 발생하는 심한 단속 절삭 문제를 해결할 수 없었습니다. 발린 초경은 이러한 문제를 해결하기 위한 공구 연구 개발을 의뢰받았습니다. 중국 칼 협회 전문가는 "경화강의 단속 절삭은 항상 어려운 문제였으며, 특히 HRC60 정도의 경도를 가진 경화강의 경우 변형 여유가 크기 때문에 더욱 그렇습니다. 고속으로 경화강을 선삭할 때 공작물에 단속 절삭이 발생하면 공구는 분당 100회 이상의 충격을 받으며 가공을 완료하게 되는데, 이는 공구의 내충격성에 큰 부담을 줍니다."라고 설명했습니다. 1년간의 반복적인 테스트 끝에 발린 초경은 심한 단속 절삭이 발생하는 경화강 선삭용 초경 절삭 공구 브랜드를 개발했습니다. 선삭 실험은 침탄 및 담금질 처리 후 기어의 외측 원에 대해 수행됩니다.

침탄 및 담금질 후 원통형 기어를 선삭하는 실험

대형 기어(링 기어)는 침탄 및 담금질 후 심하게 변형되었습니다. 링 기어의 외경 변형은 최대 2mm에 달했고, 담금질 후 경도는 HRC 60~65였습니다. 당시 고객은 대구경 연삭기를 구하기 어려워 가공 여유가 크고 연삭 효율이 너무 낮았습니다. 결국 침탄 및 담금질된 기어를 선삭 가공했습니다.

절삭 속도: 50~70m/min, 절삭 깊이: 1.5~2mm, 절삭 간격: 0.15~0.2mm/회전 (표면 조도 요구 사항에 따라 조정)

담금질된 기어의 외경을 선삭 가공할 때, 가공은 한 번에 완료됩니다. 기존의 수입 세라믹 공구는 변형을 제거하기 위해 여러 번 가공해야 했으며, 모서리 파손이 심각하여 공구 사용 비용이 매우 높았습니다.

공구 시험 결과: 기존 수입산 질화규소 세라믹 공구보다 충격 저항성이 뛰어나며, 절삭 깊이를 세 배로 늘렸을 때 수명은 질화규소 세라믹 공구의 6배에 달합니다! 절삭 효율 또한 3배 향상되었습니다(기존에는 3배의 절삭량이 이제는 1배로 줄었습니다). 가공물의 표면 조도 역시 사용자의 요구 조건을 충족합니다. 가장 주목할 만한 점은 공구의 최종 파손 형태가 우려스러운 날끝 파손이 아니라 정상적인 뒷면 마모라는 것입니다. 이 간헐 선삭 담금질 기어 외회전 실험은 업계에서 초경질 공구는 고강도 간헐 선삭 경화강에 사용할 수 없다는 통념을 깨뜨렸습니다! 이는 절삭 공구 분야 학계에 큰 반향을 일으켰습니다!

담금질 후 기어의 경질 선삭 내부 구멍의 표면 마감

오일 홈이 있는 기어 내측 구멍의 간헐적 절삭을 예로 들면, 시험 절삭 공구의 수명은 8000미터 이상에 달하고 표면 조도는 Ra0.8 이내입니다. 연마날을 가진 초경질 공구를 사용하면 경화강의 선삭 조도는 약 Ra0.4까지 도달할 수 있으며, 공구 수명도 우수합니다.

침탄 및 담금질 후 기어의 단면 가공

"연삭 대신 선삭"의 대표적인 적용 사례로, 입방정 질화붕소 블레이드는 열처리 후 기어 단면의 경질 선삭 가공 생산 현장에서 널리 사용되고 있습니다. 연삭 가공과 비교했을 때, 경질 선삭은 작업 효율을 크게 향상시킵니다.

침탄 및 담금질 처리된 기어의 경우, 절삭 공구에 대한 요구 조건이 매우 높습니다. 첫째, 간헐적 절삭으로 인해 공구는 높은 경도, 내충격성, 인성, 내마모성, 표면 조도 및 기타 특성을 가져야 합니다.

개요:

침탄 및 담금질 처리 후 선삭 가공과 단면 선삭 가공에는 일반적으로 용접 복합 입방정 질화붕소 공구가 널리 사용되어 왔습니다. 그러나 침탄 및 담금질 처리된 대형 기어 링의 외경 및 내경 구멍의 치수 변형은 큰 변형량을 선삭 가공하는 데 있어 항상 어려운 문제였습니다. 발린(Valin) 초경질 BN-H2O 입방정 질화붕소 공구를 사용한 담금질강의 단속 선삭 가공은 공구 산업에 있어 획기적인 발전이며, 기어 산업에서 "연삭 대신 선삭" 공정의 확산에 기여하고, 오랫동안 난제였던 경화 기어 원통형 선삭 공구 문제를 해결합니다. 또한 기어 링의 제조 주기를 단축하고 생산 비용을 절감하는 데에도 큰 의미가 있습니다. BN-H2O 시리즈 커터는 업계에서 담금질강 단속 선삭 가공의 세계적인 표준으로 인정받고 있습니다.