Високоточна обробка зубчастих коліс: технологія фасування

«Без фаски майстерність теслі неповна». Ця старовинна теслярська приказка відображає не лише традиційну майстерність, а й глибоко резонує в сучасному виробництві. Фаскування, спочатку термін з теслярської справи, перетворилося на критично важливий процес у сучасному промисловому виробництві, особливо у виготовленні високоточних зубчастих коліс.

I. Що таке фаскування?

У сучасній промисловій термінології фаскування означає процес невеликого скосу або заокруглення зовнішніх чи внутрішніх прямих кутів заготовки. Його основні цілі подвійні: по-перше, усунення точок концентрації напружень, по-друге — запобігання порізанню операторів гострими краями під час монтажу та експлуатації. Окрім функціональної безпеки, заокруглені краї також підвищують естетичний вигляд деталі, надаючи їй більш привабливого та вишуканого вигляду.
Важливо розрізняти фаску та заокруглення: хоча обидва процеси передбачають скруглення, фаска стосується країв заготовки, тоді як заокруглення стосується кутів. На практиці невиконані кути становлять більший ризик для користувачів, ніж краї без фаски.

II. Фаска профілю зуба шестерні: класифікація та типи

З розвитком автомобільної промисловості вимоги до естетики та продуктивності шестерень стають все суворішими, що виводить технологію фаскування на перше місце у контексті точного контролю.

1. Основні категорії фаскування профілю зуба шестерні

Фаскування профілю зуба шестерні поділяється переважно на три типи залежно від місця розташування:

Фаска на вершині зуба: фаска, яка застосовується до вершини зуба шестерні.
Фаска на торці зуба: фаска, виконана на торцевій поверхні зуба шестерні.
Фаска профілю зуба: фаска по робочому профілю зуба (на цьому акцентується увага в даній статті).

2. Технічна класифікація фаскування профілю зуба

Фаску профілю зуба зазвичай поділяють на три технічні типи, які далі розрізняються застосуванням однобічної або двобічної фаски:

Технічний тип Характеристики однобічної фаски Характеристики двобічної фаски
Конічна фаска (закінчується на впадині під порожнину) Несиметрична фаска; без фаски на криволінійному переході. Симетрична фаска з обох боків; без фаски на криволінійному переході.
Конічна фаска (закінчується на повному криволінійному переході) Несиметрична фаска; часткова фаска на криволінійному переході. Несиметрична фаска з обох боків; часткова фаска на криволінійному переході.
Рівномірна фаска (закінчується на повному криволінійному переході) Симетрична фаска; рівномірна фаска на криволінійному переході. Симетрична фаска з обох боків; рівномірна фаска на криволінійному переході.

III. Поширені методи обробки фаски профілю зуба

Існує низка процесів для обробки фаски профілю зуба, кожен із яких має свої унікальні принципи, переваги та обмеження.

A. Шліфування фаски

Принцип: Використовує обертовий шпиндель і плаваючий шліфувальний круг для видалення заусенців та гострих країв з профілю зуба.
Обмеження: Розмір фаски змінюється через такі фактори, як діаметр шліфувального круга, кут хвиляності, модуль і кількість зубів. Нерідко призводить до пошкодження бічної поверхні западини й утворює шорсткі краї фаски.
Застосування: Широко використовується в традиційних галузях, таких як вітрова енергетика та комерційні транспортні засоби, для великомодульних зубчастих коліс.

Б. Фаска екструзією

Принцип: Застосовує два спеціальні екструзійні диски з відповідними «гвинтовими зубами», які входять у зачеплення з колесом. Швидке обертання у зачепленні «зрізає» заусенці та гострі краї, що залишилися після нарізання черв’ячною фрезою.
Обмеження: Жорстка екструзія створює мікронадливи на поверхні зуба (що ускладнює подальше шліфування/хонінгування), вимагає додаткових скребків для контролю надвисань на торцевих поверхнях, утворює шорсткі краї, збільшує тривалість циклу обробки та неефективна для пакетних дисків із зубчастими колісами.

В. Процес нарізання-фаскування-нарізання

Принцип: Під час зубофрезерування залишається невеликий припуск на обробку. Після відведення фрези інструменти для екструзії та скрапінгу обробляють фаску, після чого виконується остаточний прохід фрезерування для досягнення точності.
Обмеження: Інтеграція інструментів у зубофрезерний верстат збільшує цикл обробки; налагодження інструментів є складним, а також зберігаються обмеження фасонного екструдування.

D. Фрезерування фаски 1 (Радіальний фасочний різець)

Переваги:

Придатний для валових заготовок і заготовок з перешкоджальними контурами.
Гнучка інтеграція з зубофрезерними верстатами або використання як окремий пристрій.
Широко застосовується на ринку.

E. Фрезерування фаски 2 (Інтегрований зубофрезерний верстат)

Поточний стан: Деякі виробники зубофрезерних верстатів (наприклад, Gleason) пропонують моделі з вбудованим скругленням кінців зубів (фрезерування підніжним різцем або фрезою).
Переваги: Поєднує зубофрезерування та обробку фаски в одному процесі; усуває пошкодження від ручного переобтиснення.
Обмеження: Висока вартість обладнання (спеціалізовані фасочні фрези дорогі); застосовується лише для дискових шестерень (проблеми зі стиканням у валових шестернях).

IV. Вибір процесів фасонного оброблення

Вибір процесу фасонного оброблення залежить від сценарію застосування зубчастого колеса та має бути узгоджений із замовником:

Рекомендація для валів зубчастих передач електромобілів: надавати пріоритет фрезеруванню фасок, оскільки технологія та обладнання для цього процесу є відпрацьованими.
Розмір фаски: зазвичай 0,3–0,8 мм для фасок профілю зуба.
Кут фаски: спільно з конструкторами визначається кут залежно від типу двигуна (паралельна вісь чи коаксіальна), поширеними є діапазони, такі як 150°±10° та 125°±10°.

V. Переваги фасонного оброблення

Підвищення безпеки: зменшує ризик отримання травм під час обробки та маніпуляцій.
Покращення зовнішнього вигляду: поліпшує загальний вигляд зубчастого колеса, що підвищує задоволеність клієнта.
Зниження напруженості: зменшує концентрацію напружень на гострих кінцях зубів після термообробки.
Запобігання пошкодженню: знижує ризик відколу зубів від ударів під час термообробки та наступних операцій.
Збереження якості: Запобігає окисненню та втраті вуглецю на кінчиках зубців під час карбонізації.
Оптимізація продуктивності: Зменшує ризик руйнування та відколу країв зубців, коли задіяна лише частина ширини зубця.
Спрощення складання: Правильний розмір і кут фаски полегшують збирання шестерень.

VI. Висновок

Незважаючи на доведені переваги, процес фаскування недооцінювався в деяких сегментах вітчизняної гірничої промисловості, де деякі виробники надають пріоритет функціональності замість цього важливого процесу. Однак із розвитком автомобільних технологій та підвищенням вимог до якості фаскування стає обов’язковим етапом у виготовленні високоточних шестерень. Впровадження та вдосконалення процесів фаскування є ключовим для покращення якості продукції та підвищення конкурентоспроможності на ринку.
У світі трансмісій саме малі шестерні рухають великі інновації — і ретельне фаскування є основою цієї точності.