Käigumaterjali valiku juhend: 45 teras vs 20CrMnTi vs roostevaba teras (ja millal neid kasutada)

Kirjutas Derek|Hanshengi automatiseerimine

Enamik käikude rikkeid ei alga tootmispõrandal -, need algavad materjali valiku etapis.

See on tavalisem viga, kui enamik insenere eeldab. Mõned kasutavad vaikimisi 45 terast harjumusest, mitte sellepärast, et rakendus seda nõuab. Teised määravad roostevaba terase "lihtsalt ohutuse huvides", vaid leiavad, et selle kulumiskindlus on halvem ja suurendab kulusid 3–5 korda ilma tegeliku kasuta.

Tõde on see, et pole olemas "parimat" hammasrattaterasest materjali. Seal on ainult teie konkreetse koormuse, kiiruse, keskkonna ja täpsusnõude jaoks õige materjal.

Selles artiklis selgitatakse kolme laialdaselt kasutatavat hammasrattamaterjali -45 terast, 20CrMnTi ja roostevaba terast (304/316) ning kirjeldatakse nende vastavaid eeliseid ja puudusi, lootes aidata teid materjalide valikul.

Kui teil on kogenud varustuse tarnija, ei pea te võib-olla varustuse materjali valiku pärast liiga palju muretsema, kuna teie tarnija saab sellega teie eest hakkama. Tegelikkuses on aga materjali valik väga oluline. Ilma kogenud tarnija nõuanneteta põhjustab kiire otsuse tegemine, millist materjali kasutada, sageli potentsiaalseid riske.

Ülaltoodud kahest stsenaariumist lähtudes toob vale materjali valimine kaasa mitte ainult kuluprobleeme, vaid ka probleeme, mis on seotud kuumtöötluse, täppistöötluse, tarnetähtaegadega jne.

Kolm materjali, mis katavad enamiku tööstuslike seadmete rakendustest, on 45 teras, 20CrMnTi ja roostevaba teras - ning igaühel neist on selgelt määratletud rada.

Kui üldises tööstuslikus tootmises on vaikimisi hammasratta materjal, on see 45 teras. Rahvusvaheliselt tuntud kuiAISI 1045 (USA), S45C (Jaapan), võiC45 (Euroopa), see keskmine{0}}süsinikteras on olnud valik- aastakümneid.

Miks see hästi töötab

Ligikaudu 0,45% süsinikusisaldusega teras 45 on praktilises magusas kohas: piisavalt kõva, et taluda mõõdukaid koormusi, piisavalt tugev, et põrutusel ei praguneks, ja piisavalt pehme, et oma eeltöödeldud olekus-puhtaks ja tõhusalt töödelda. Pärast jahutus-ja-temperatuuri töötlemist jõuab pinna kõvadus tasemele HRC 28–35, mis tagab piisava kulumiskindluse madalate -kuni -keskmiste töötsüklite jaoks.

Kulud on veel üks oluline tegur. Võrreldes legeeritud hammasrataste terastega on 45 terasel madalaim materjalikulu, lühim teostusaeg ja kõige laiem saadavus ülemaailmsetes tarneahelates. Projektide puhul, kus eelarve ja kohaletoimetamise kiirus--tähtsad, on see sageli ainus loogiline lähtepunkt.

See piirab

Jahutus-ja-temperatuur toob kaasa mõõdetavad termilised moonutused, mis piirab saavutatava täpsuse ligikaudu ISO 7.–8. Kuumtöötlemisjärgne-lihvimine{5}} võib küll täpsust taastada, kuid lisab kulusid ja protsessietappe, mis hakkavad materjali majanduslikku eelist vähendama.

Veelgi kriitilisem on see, et 45 terast ei saa karburiseerida, et saavutada ümbris-karastatud pindu, mida nõuavad suure-tsükli ja{3}}kontaktiga-koormusega rakendused. Kui teie käik töötab pidevalt, edastab märkimisväärset pöördemomenti või töötab täppisreduktoris, muutub HRC 28–35 pinna kõvaduse ülemmäär tõeliseks piiranguks -, mitte teoreetiliseks.

Parim:Üldised tööstuslikud ajamid, konveierisüsteemid, põllumajandusseadmed, väikese{0}}kiirusega keskmise-koormusega ülekanded ja kõik rakendused, mille puhul on vastuvõetav ISO klassi 7–8 täpsus.

Ei sobi:Täppisreduktorid, robotliigendi täiturmehhanismid, kiired{0}}pidevad-ajamid või mis tahes rakendused, mis nõuavad ISO klassi 6 või paremat.

Kui hammasrataste kasutusstsenaarium ületab terase 45 pakutavad jõudluspiirid, on veel üks suhteliselt sobiv valik-20CrMnTi teras. Seda materjali kasutatakse Hiinas laialdaselt autode käigukastides, planetaarreduktorites ja ülitäpsetes tööstuslikes ajamiseadmetes. Samal hinnatasemel on 20CrMnTi terasel pärast kuumtöötlust kõrge pinna kõvadus, südamiku sitkus ja mõõtmete stabiilsus.

Mille poolest 20CrMnTi erineb

20CrMnTi on madala süsinikusisaldusega legeerteras, mille süsinikusisaldus on vaid 0,17–0,23%. Ainuüksi sellest süsinikust ei piisa olulise pinna kareduse saavutamiseks. Madala süsinikusisaldusega südamik jääb sitkeks ja põrutuskindlaks-ka pärast kuumtöötlust, - see on süsivesikuprotsess, mis muudab hambapinna.

Pärast karburiseerimist ja kustutamist jõuab korpuse kõvadus HRC 58–62-ni, samas kui südamiku kõvadus on HB 220–260. See kõva-välispoolne, sitke{5}}sisemine struktuur võimaldab 20CrMnTi hammasratastel taluda suurt kontaktpinget hamba pinnal, muutumata hapraks juure juures -, kus tavaliselt algavad paindeväsimusmurrud.

Titaanisisaldus mängib rolli, mida on lihtne tähelepanuta jätta: see täpsustab terastruktuuri karburiseerimistemperatuuril, mis piirab otseselt termilisi moonutusi kuumtöötlemise ajal. Väiksem moonutus tähendab, et hammasratta geomeetria säilib protsessis rohkem puutumatuna ja rasked viimistlustoimingud, nagu kõva plaatimine või hammasrataste raseerimine, võivad viia osad järjekindlalt ISO klassi 5–6 -, 45. taseme teras lihtsalt ei ulatu läbi sama protsessiahela.

Rahvusvaheliselt on 20CrMnTi kõige sarnasemSAE 8620 (USA)ja20MnCr5 (Euroopa),kuigi see ei ole täpne asendus, - põhitugevusprofiilid erinevad. Kui hankite hammasrattaid Hiina tootjalt ja teie joonisel on märgitud 8620, võib samaväärse alternatiivse lahendusena arutada 20CrMnTi.

Kulud kontekstis

Materjali maksumus on ligikaudu 1,5–2 korda suurem terase 45 omast ja kogu protsessi ahel - karburiseerimine, karastamine, karastamine ja kõva viimistlus - lisab osa kogumaksumusele. Kuid selle jõudlus paraneb oluliselt.

Parim: Planetaarsed reduktorhammasrattad, roboti liigendhammasrattad,tubakamasinad juhivad, autode käigukastid ja kõik rakendused, kus on nõutav ISO klassi 5–6 täpsus ja pikk kasutusiga tsüklilisel koormusel.

 

Ei sobi:Söövitavad keskkonnad, toiduainete töötlemise seadmed või meditsiinilised rakendused, kus materjali kokkupuude tootevoogudega nõuab korrosioonikindlust - 20CrMnTil puudub loomupärane roostekaitse.

Käsitleme eelnevalt levinud eksiarvamust: roostevabast terasest käigud ei ole paremad käigud. Need on õiged käigud konkreetse probleemi - söövitava keskkonna - jaoks ja valed käigud peaaegu kõige muu jaoks.

304 vs. 316: erinevuse mõistmine

Mõlemad klassid on austeniitsest roostevabast terasest, mis tähendab, et nende korrosioonikindlus tuleneb kroomist, mis moodustab pinnale passiivse oksiidikihi. Peamine erinevus nende kahe klassi vahel tuleneb molübdeenist: 316 sisaldab 2–3% molübdeeni, mis suurendab märkimisväärselt vastupidavust kloriidi täppide ja pragude korrosioonile. Zhygear - rünnak, mis esineb soolases vees, merekeskkonnas ja keemilise töötlemise vooludes. 304 talub hästi üldist niiskust ja kerget tööstuslikku kokkupuudet. Kui pildil on kloriidid, on 316 õige valik.

Miks roostevaba teras ei toimi hammasrattamaterjalina?

Siin on see, mida enamik tehnilisi lehti teile ei ütle: 304 ja 316 on austeniitklassid, mis tähendab, et neid ei saa tavapärase kuumtöötlusega karastada. Puudub karboniseerimisrada, jahutus-ja-karastustsükkel, mis tõstab oluliselt nende pinna karedust. Praktikas töötavad roostevabast terasest hammasrattad kõvadustasemetel, mis on kõvasti madalamad kui 20CrMnTi või isegi 45 terasega saavutatav kõvadus pärast jahutamist -, mis tähendab otseselt madalamat kulumiskindlust, suuremat vastuvõtlikkust pinna väsimusele ja praktilist täppislagi, mis on ligikaudu ISO klassi 7.

Töödeldatavus suurendab kulude probleemi. Mõlemad sordid{1}}kõvenevad lõikamise ajal kiiresti, kiirendades tööriista kulumist ja nõudes aeglasemat ettenihkekiirust. Valmisdetailide maksumus on samaväärse geomeetriaga legeerterasest oluliselt kõrgem - mitte seetõttu, et materjal ise on oluliselt kallim, vaid seetõttu, et töötlemisprotsess on nõudlikum.

Kui roostevaba teras on õige vastus

Toidutöötlemisseadmetes, meditsiiniseadmetes, laevaajamite ja kemikaalide käitlemise süsteemides ei seisne varustuse küsimus jõudluse optimeerimises -, vaid eeskirjade järgimises, saastumise ohus ja korrosioonist{1}} tingitud rikkes. Selles kontekstis ei ole roostevaba teras üks paljudest võimalustest. See on ainus elujõuline variant.

Kasutage 304 üldiste hügieeniliste ja kergelt söövitavate keskkondade jaoks. Täpsustage 316, kui kokkupuude kloriidiga, happeline mahauhtumine või kokkupuude soolase veega on osa tööreaalsusest.

Parim:Toidutöötlemismasinad, farmaatsiaseadmed, merekeskkonna ajamid, keemiatehaste konveierid ja kõik rakendused, kus kokkupuude tootevoogude või agressiivsete puhastusvahenditega muudab korrosioonikindluse vaieldamatuks-nõudeks.

Ei sobi:Suure-tsükli täppisajamid, roboti ajamid, suure-koormusega jõuülekanded või mis tahes rakendus, kus hammaste kulumiskindlus ja pikk tööiga kontaktpinge all on peamised konstruktsioonipiirangud. Kui teie rakendus ei sisalda tõelist korrosiooniohtu, lisab roostevaba teras kulusid ja vähendab jõudlust - samaaegselt.

Kolm ülaltoodud jaotist hõlmavad iga materjali põhjendusi. Kui vajate kiirviidet - või soovite enne spetsifikatsiooni lõplikku vormistamist midagi oma meeskonnaga jagada -, on selles tabelis ühes kohas kokku võetud peamised otsuse tegemise tegurid.

Ülaltoodud kolm materjali hõlmavad enamikku tööstuslike seadmete rakendustest. Kuid kaks täiendavat kategooriat väärivad lühikest mainimist servajuhtumite puhul.

42CrMo

Kui koormus ületab 20CrMnTi talutavuse, on 42CrMo tavaliselt järgmine samm. Sellel kroom-molübdeenisulamist terasel on suurem tõmbetugevus ja suurepärane karastamine, mistõttu on see materjal kaevandusseadmete suurte-moodulhammasrataste, raskeveokite{5}}käigukastide ja suure-pöördemomendiga tööstusajamite jaoks. See ei ole üldotstarbeline-uuendus -, lisatugevus kaasneb suuremate töötlemisraskuste ja kõrgemate kuludega -, kuid tõeliselt nõudlikes koormustingimustes on see õige väljakutse.

Tehnilised plastid (POM / nailon / PEEK)

Kerge-koormuse, madala-mürataseme või määrdevabade-rakenduste jaoks pakuvad tehnoplastid mõjuvat alternatiivi täielikult metallist hammasratastele. POM (Delrin) tagab hea mõõtmete stabiilsuse ja väikese hõõrdumise kontoriautomaatika ja tarbijaseadmete jaoks. Nailon neelab lööke ja töötab vaikselt{5}}madala kiirusega ajamites. PEEK käsitleb kõrgeid temperatuure ja keemilist kokkupuudet, kui standardsed plastid ebaõnnestuvad. Ükski neist ei vasta terasele kandevõimelt -, kuid õiges kontekstis pole neil seda vaja.

Enne kontakti võtmist ei pea te materjali viimistlema. Tegelikult, kui kaalute endiselt valikuvõimalusi, on see täpselt õige etapp, et meid kaasata.

Kui esitate joonise või pakkumise, öelge meile lihtsalt teie rakenduse jaoks kõige olulisemad töötingimused:

Kas koormuse tüüp ja suurusjärk - on pidev, šokk või tsükliline? Kerge, keskmine või raske?

Töökiirusega - madala kiirusega-ajamite ja suure-kiirusega spindlite pinna väsimusprofiilid on väga erinevad

Keskkond - standardne tööstuslik, märg, söövitav, toidu-kontakt või kõrge{2}}temperatuur?

Täpsusnõue - kas teil on siht-ISO hinne või tagasilöök/edastusvea tolerants?

Maht ja eelarve - materjalivalik muutub sageli tootmiskoguste muutumisel

Selle teabe põhjal saab meie insenerimeeskond soovitada kõige sobivamat hammasrataste materjali - ja märgistada, kui teie spetsifikatsioonides ette nähtud kuumtöötlus- või viimistlusprotsess suurendab teie tegeliku kasutusjuhtumi jaoks tarbetuid kulusid.

Kui teie joonisel on materjal juba täpsustatud, töötame selle järgi. Kui see ütleb "või samaväärne", ütleme teile, mida ekvivalent praktikas tähendab.

Kas pole kindel, milline materjal sobib teie rakendusega?

Professionaalinatäppiskäikude tootja, saame pakkuda teile professionaalset ja usaldusväärset materjalivalikut. Olenemata sellest, kas töötate lõpliku joonise põhjal või alles projekteerimise alguses, saab meie tiim teie nõuded üle vaadata ja soovitada teie konkreetse rakenduse jaoks õiget materjali, kuumtöötlemisviisi ja täpsusastet - ilma üle täpsustamata ja nurki lõikamata.

Hankige hinnapakkumine

Saatke meile oma joonis või kirjeldage oma rakendust -, me tuleme tagasi materjalisoovituse ja töötlusplaaniga.