기어 가공 공정, 절삭 매개변수 및 기어가 너무 단단해서 회전하기 어렵고 가공 효율성을 개선해야 하는 경우의 도구 요구 사항

기어는 자동차 산업의 주요 기본 변속 요소입니다. 일반적으로 자동차 한 대에는 18~30개의 기어가 있습니다. 기어의 품질은 자동차의 소음, 안정성 및 수명에 직접적인 영향을 미칩니다. 기어 가공 공작 기계는 복잡한 공작 기계 시스템이며 자동차 산업의 핵심 장비입니다. 미국, 독일, 일본 등 세계 자동차 생산 강국 또한 기어 가공 공작 기계 제조 강국입니다. 통계에 따르면 중국 자동차 기어의 80% 이상이 국산 기어 제조 장비를 통해 가공됩니다. 동시에 자동차 산업은 기어 가공 공작 기계의 60% 이상을 소비하며, 자동차 산업은 앞으로도 공작 기계 소비의 주요 부문이 될 것입니다.

기어 가공 기술

1. 주조 및 블랭크 제작

열간 단조는 자동차 기어 부품 제작에 널리 사용되는 블랭크 주조 공정입니다. 최근 샤프트 가공에서 크로스 웨지 롤링 기술이 널리 활용되고 있습니다. 이 기술은 특히 복잡한 도어 샤프트용 빌릿 제작에 적합합니다. 높은 정밀도와 적은 후속 가공 여유를 제공할 뿐만 아니라 생산 효율도 높습니다.

2. 정규화

이 공정의 목적은 후속 기어 절삭에 적합한 경도를 얻고 최종 열처리를 위한 미세 조직을 준비하여 열처리 변형을 효과적으로 줄이는 것입니다. 사용되는 기어강의 재질은 일반적으로 20CrMnTi입니다. 인력, 장비 및 환경의 영향이 크기 때문에 공작물의 냉각 속도와 냉각 균일도를 제어하기 어렵고, 이로 인해 경도 분산이 크고 금속 조직이 불균일해집니다. 이는 금속 절삭 및 최종 열처리에 직접적인 영향을 미쳐 크고 불규칙한 열 변형과 제어 불가능한 부품 품질을 초래합니다. 따라서 등온 노멀라이징 공정을 채택합니다. 실제 적용을 통해 등온 노멀라이징은 일반 노멀라이징의 단점을 효과적으로 개선하고 제품 품질을 안정적이고 신뢰할 수 있게 유지할 수 있음이 입증되었습니다.

3. 돌리다

고정밀 기어 가공의 위치 결정 요건을 충족하기 위해, 기어 블랭크는 모두 CNC 선반으로 가공되며, 선삭 공구를 재연삭하지 않고 기계적으로 클램핑됩니다. 구멍 직경, 단면, 외경 가공은 한 번의 클램핑으로 동시에 완료됩니다. 이를 통해 내경과 단면의 수직도 요건을 충족할 뿐만 아니라, 기어 블랭크의 미세한 크기 분산도 확보할 수 있습니다. 이를 통해 기어 블랭크의 정밀도가 향상되고 후속 기어의 가공 품질이 보장됩니다. 또한, NC 선반 가공의 높은 효율은 장비 수를 크게 줄이고 경제성을 향상시킵니다.

4. 호빙 및 기어 성형

일반 기어 호빙 머신과 기어 셰이퍼는 기어 가공에 여전히 널리 사용되고 있습니다. 조정 및 유지 보수가 편리하지만 생산 효율이 낮습니다. 대용량으로 생산할 경우 여러 대의 기계를 동시에 생산해야 합니다. 코팅 기술의 발전으로 연삭 후 호브와 플런저를 재코팅하는 것이 매우 편리해졌습니다. 코팅된 공구의 수명을 일반적으로 90% 이상 크게 향상시킬 수 있으며, 공구 교체 횟수와 연삭 시간을 효과적으로 줄여 상당한 이점을 제공합니다.

5. 면도

레이디얼 기어 셰이빙 기술은 높은 효율과 설계된 치형 및 치방향의 수정 요건을 쉽게 충족할 수 있다는 장점으로 자동차 기어 대량 생산에 널리 사용됩니다. 당사는 1995년 기술 혁신을 위해 이탈리아 회사의 특수 레이디얼 기어 셰이빙 머신을 도입한 이후, 이 기술 적용 분야에서 성숙 단계에 접어들었으며, 가공 품질은 안정적이고 신뢰할 수 있습니다.

6. 열처리

자동차 기어는 우수한 기계적 성질을 보장하기 위해 침탄 및 담금질 공정이 필요합니다. 열처리 후 기어 연삭이 더 이상 발생하지 않는 제품에는 안정적이고 신뢰할 수 있는 열처리 장비가 필수적입니다. 당사는 독일 로이드의 연속 침탄 및 담금질 생산 라인을 도입하여 만족스러운 열처리 결과를 달성했습니다.

7. 갈기

주로 열처리된 기어의 내부 구멍, 단면, 샤프트 외경 등의 부품을 마무리하여 치수 정확도를 높이고 기하학적 허용 오차를 줄이는 데 사용됩니다.

기어 가공은 위치 결정 및 클램핑을 위해 피치 원 고정구를 채택하여 치아의 가공 정확도와 설치 기준을 효과적으로 보장하고 만족스러운 제품 품질을 얻을 수 있습니다.

8. 마무리

변속기 및 구동축 기어 부품의 조립 전, 요철 및 버(burr)를 점검 및 청소하여 조립 후 발생하는 소음 및 이상 소음을 제거하는 작업입니다. 싱글 페어 결합을 통해 소리를 청취하거나 종합 테스터를 통해 결합 편차를 관찰합니다. 제조사에서 생산하는 변속기 하우징 부품에는 클러치 하우징, 변속기 하우징, 차동 장치 하우징이 포함됩니다. 클러치 하우징과 변속기 하우징은 하중 지지 부품으로, 일반적으로 특수 다이캐스팅을 통해 알루미늄 합금으로 다이캐스팅됩니다. 형상은 불규칙하고 복잡합니다. 일반적인 공정 흐름은 접합면 밀링 → 가공 구멍 및 연결 구멍 가공 → 베어링 황삭 보링 구멍 → 베어링 미세 보링 구멍 및 위치 결정 핀 구멍 → 세척 → 누설 검사 및 검출 순서입니다.

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 외경의 선삭에는 적합한 공구가 없었습니다. "Valin superhard"에서 개발한 bn-h20 공구는 담금질된 강의 강력한 단속 선삭을 위해 침탄 및 담금질된 기어 외경의 내경과 단면의 변형을 보정하고 적합한 단속 절삭 공구를 찾아냈습니다. 이는 초경 공구를 이용한 단속 절삭 분야에서 세계적인 돌파구를 마련했습니다.

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 계수, 깊은 침탄층, 긴 침탄 시간 및 자중으로 인해 침탄 및 담금질 후 변형이 증가합니다. 대형 기어 축의 변형 법칙: 추가 원의 외경은 뚜렷한 수축 경향을 보이지만 기어 축의 톱니 폭 방향으로는 중간이 줄어들고 두 끝이 약간 확장됩니다. 기어 링의 변형 법칙: 침탄 및 담금질 후 대형 기어 링의 외경은 팽창합니다. 톱니 폭이 다를 경우 톱니 폭 방향은 원뿔형 또는 허리 드럼형이 됩니다.

침탄 및 담금질 후 기어 선삭: 기어 링의 침탄 및 담금질 변형은 어느 정도 제어하고 줄일 수 있지만 완전히 피할 수는 없습니다. 침탄 및 담금질 후 변형 수정에 대해 아래에서는 침탄 및 담금질 후 선삭 및 절삭 공구의 실행 가능성에 대해 간략하게 설명합니다.

침탄 및 담금질 후 외측 원, 내측 구멍 및 단면 선삭: 선삭은 침탄 및 담금질된 링 기어의 외측 원과 내측 구멍의 변형을 수정하는 가장 간단한 방법입니다. 이전에는 외국의 초경 공구를 포함한 어떤 공구도 담금질된 기어의 외측 원을 강하게 간헐적으로 절삭하는 문제를 해결할 수 없었습니다. Valin superhard는 공구 연구 개발을 수행하도록 초대되었습니다. "경화강의 간헐적 절삭은 항상 어려운 문제였으며, 약 HRC60의 경화강은 말할 것도 없고 변형 허용치가 큽니다. 경화강을 고속으로 선삭할 때 공작물에 간헐적 절삭이 있는 경우 공구는 경화강을 절삭할 때 분당 100회 이상의 충격으로 가공을 완료하게 되며 이는 공구의 내충격성에 큰 도전입니다." 중국 칼 협회 전문가들은 그렇게 말합니다. 1년간의 반복 테스트 끝에 Valin superhard는 강한 불연속성을 가진 경화강 선삭용 초경 절삭 공구 브랜드를 출시했습니다. 기어의 외측 원에 대한 선삭 실험은 탄소처리 및 담금질 후 수행됩니다.

탄소침탄 및 담금질 후 원통기어 회전 실험

대형 기어(링 기어)는 침탄 및 담금질 후 심각하게 변형되었습니다. 기어 링 기어의 외경 변형은 최대 2mm에 달했고, 담금질 후 경도는 HRC60-65였습니다. 당시 고객사는 대구경 연삭기를 구하기 어려웠고, 가공 여유가 컸으며, 연삭 효율이 너무 낮았습니다. 결국 침탄 및 담금질된 기어를 선삭했습니다.

절단선속도: 50~70m/min, 절단깊이: 1.5~2mm, 절단거리: 0.15~0.2mm/회전(조도요구에 따라 조정)

담금질된 기어 원을 회전시키면 가공이 한 번에 완료됩니다. 수입된 세라믹 공구는 변형을 줄이기 위해 여러 번 가공해야 합니다. 게다가 날의 파손이 심각하고 공구 사용 비용도 매우 높습니다.

공구 시험 결과: 기존 수입 실리콘 질화 세라믹 공구보다 내충격성이 뛰어나며, 절삭 깊이를 3배 늘렸을 때 수명이 실리콘 질화 세라믹 공구의 6배에 달합니다! 절삭 효율도 3배 향상되었습니다(기존에는 절삭 깊이의 3배였지만, 현재는 1배로 완료). 가공물 표면 조도 또한 사용자의 요구 사항을 충족합니다. 가장 중요한 점은 공구의 최종 파손 형태가 걱정스러운 날 부러짐이 아니라 정상적인 후면 마모라는 것입니다. 이 간헐 터닝 담금질 기어 원형 실험은 업계의 초경 공구로는 경화강의 강력한 간헐 터닝에 사용할 수 없다는 통념을 깨뜨렸습니다! 절삭 공구 학계에 큰 반향을 불러일으켰습니다!

급냉 후 기어 내부 구멍의 경질 선삭 표면 마무리

오일 그루브가 있는 기어 내부 구멍의 단속 절삭을 예로 들어 보겠습니다. 시험 절삭 공구의 수명은 8,000m 이상이며, 표면 조도는 Ra0.8 이내입니다. 연마 날을 가진 초경 공구를 사용하면 경화강의 선삭 표면 조도는 약 Ra0.4에 도달할 수 있으며, 양호한 공구 수명을 얻을 수 있습니다.

탄소침탄 및 담금질 후 기어 단면 가공

"연삭 대신 선삭"의 전형적인 적용 분야로서, 입방정 질화붕소 블레이드는 열처리 후 기어 단면의 경질 선삭 가공에 널리 사용되고 있습니다. 연삭과 비교했을 때, 경질 선삭은 작업 효율을 크게 향상시킵니다.

침탄 및 담금질 기어의 경우, 커터에 대한 요구 조건이 매우 높습니다. 첫째, 단속 절삭에는 높은 경도, 내충격성, 인성, 내마모성, 표면 조도 및 기타 공구 특성이 요구됩니다.

개요:

침탄 및 담금질 후 선삭 및 단면 선삭에는 일반적인 용접 복합 입방정 질화붕소 공구가 널리 사용되었습니다. 그러나 침탄 및 담금질된 대형 기어링의 외경 및 내경 치수 변형의 경우, 큰 변형량을 제거하는 것은 항상 어려운 문제였습니다. Valin 초경 BN-H20 입방정 질화붕소 공구를 이용한 담금질 강의 단속 선삭은 공구 산업에 큰 진전을 이루었으며, 기어 산업에서 "연삭 대신 선삭" 공정의 광범위한 보급에 기여했습니다. 또한 오랫동안 난제로 남아 있던 경화 기어 원통 선삭 공구 문제에 대한 해답을 제시했습니다. 기어링의 제조 주기를 단축하고 생산 비용을 절감하는 데에도 매우 중요합니다. BN-H20 시리즈 커터는 업계에서 담금질 강의 강력한 단속 선삭의 세계적 모델로 알려져 있습니다.