Maszyny i urządzenia hartownicze
Prasy hartownicze firmy Gleason.
Wszystkie firmy zajmujące się opracowywaniem technologii kół stożkowych i hipoidalnych produkują również prasy hartownicze do kół. Zębniki ze względu na kształt (niewielkie zmiany przekroju i stosunkowo duża sztywność) hartowane są najczęściej bez stosowania specjalnych urządzeń. Dla uniknięcia odkształceń powinny być one zawieszane w piecu z zachowaniem pionowej pozycji osi. Również w tej pozycji powinny być hartowane. Do hartowania zębników produkowana jest maszyna hartownicza jedynie przez firmę Gleason (140). W maszynie tej zębniki umieszczone są w pozycji pionowej, przy czym wieńce zębate są u góry.
Hartowane zębniki mogą wykonywać ruch obrotowy, co pozwala ńa doprowadzenie oleju ze wszystkich stron do ich powierzchni. Hartowanie kół wykonywane jest wyłącznie na prasach hartowniczych. Koło podawane jest na stół prasy wyposażony w płytę z kanałami na olej chłodzący. Olej podawany do strefy przedmiotu jest wówczas, gdy hartowane koło zostanie ustalone stemplem centrującym, a wieniec dociśnięty stemplami dociskającymi uniemożliwiającymi odkształcenia w trakcie procesu szybkiego studzenia.
Po wycentrowaniu i dociśnięciu koła następuje zamknięcie kloszem strefy obniżania temperatury i podanie oleju. Zasadniczym warunkiem dobrego zahartowania kola jest jednoczesne chłodzenie wszystkich dostępnych powierzchni, przy tym ilość chłodzonego oleju podawana do strefy kontaktującej się z większymi przekrojami musi być większa. Z tego względu płyty doprowadzające olej muszą mieć tak dobrane przekroje kanałów ażeby spełniony był warunek równomiernego obniżania temperatury hartowanych przekrojów.
W systemie Gleasona najbardziej uniwersalną jest prasa hartownicza 537. Prasa ma automatycznie regulowany strumień oleju oraz zmienny nacisk pierścieni dociskających. Temperatura oleju jest kontrolowana i utrzymywana stale w zakresie 43-54°C (110-130°F). W pierwszej fazie obniżania temperatury trwającej ok. 3 s, strumień oleju podawanego do strefy gorącego koła wynosi ok. 1300 l/min. W drugiej fazie hartowania podawane ilości oleju są znacznie mniejsze (ustalane na podstawie praktyki) i wynoszą ok. 40-50 l/min. W związku z tym, w drugiej fazie cyklu proces oziębienia hartowanego koła trwa dłużej i wyrównywane są temperatury warstw zewnętrznych i rdzenia. Jest to konieczne, gdyż prowadzi do zlikwidowania naprężeń wewnętrznych. W trzeciej fazie cyklu podawana jest znowu bardzo duża ilość oleju w celu szybkiego osiągnięcia takiej temperatury koła, która pozwala na jego zdjęcie z maszyny hartowniczej. Proces załadowywania i zdejmowania kół zahartowanych jest dla produkcji masowej automatyzowany. Zarówno stempel centrujący, jak i stemple dociskające, są uruchamiane siłownikami hydraulicznymi o regulowanych ciśnieniach.
Stemple dociskające wywierają przerywany nacisk. Przez zastosowanie manometrów w obwodach hydraulicznych siłowników stempli możliwa jest kontrola nacisków. Właściwe ustawienie ciśnień w siłownikach stempli, a tym samym sił dociskających, wymaga doświadczalnego sprawdzenia odkształceń hartowanego koła. Koła, w zależności od konstrukcji, mają tendencje do deformacji, w wyniku której uzyskuje się wklęsłą lub wypukłą tylną powierzchnię (od strony matrycy przyrządu hartowniczego). Dla uniknięcia tego zjawiska wprowadza się wstępną wypukłość lub wklęsłość dolnej matrycy hartującej. Przyjmuje się najczęściej wklęsłość lub wypukłość ±0,02" lub operując kątem ±0,001°.
System Gleasona przewiduje matrycę składającą się z trzech pierścieni współśrodkowych, tórych kanały prowadzące olej mają połączenia na skrajach pierścieni. Zewnętrzny ierścień dociskowy przyjmowany jest stały. Jako oprzyrządowanie specjalne wykonywane są pierścienie dociskowe wewnętrzne, trzpień centrujący oraz środkowe pierścienie matrycy. Prasa hartownicza 537 może wywierać naciski na pierścienie dociskowe wewnętrzny i zewnętrzny po 11 x 104 N zaś na trzpień centrujący 5 x 104 N.
Stosowane są następujące automatyczne cykle pracy:
1) hartowanie z wstępnym i właściwym chłodzeniem,
2) hartowanie z właściwym chłodzeniem,
3) hartowanie z prostowaniem i wstępnym oraz właściwym chłodzeniem,
4) hartowaniem z prostowaniem i właściwym chłodzeniem.
Niezależnie od programów automatycznego hartowania prasy hartownicze Klingelnberga mają możliwość dozowania ilości podawanego oleju.
Ad 1. Hartowanie z wstępnym i właściwym chłodzeniem przebiega wg następującej kolejności. Po wprowadzeniu gorącego koła do strefy hartowania prasy opuszcza się stempel centrujący, a następnie stemple dociskają pod własnym ciężarem. Po zamknięciu płaszcza ochronnego podawany jest strumień oleju na gorące koło. Ten etap cyklu nazywany jest wstępnym chłodzeniem. Po przechłodzeniu wstępnym następuje docisk przez siłowniki hydrauliczne stempli dociskowych i przy zmienionej ilości przepływającego oleju przebiega proces właściwego ochładzania do temperatury umożliwiającej zdjęcie hartowanego koła z maszyny hartowniczej.
Ad 3. Hartowanie z prostowaniem wstępnym i właściwym chłodzeniem. W zasadzie cykl jest identyczny w dalszych fazach z wyżej opisanym. Różnica polega na wprowadzeniu w pierwszej fazie cyklu prostowania gorącego koła. Polega to na tym, że po ustawieniu koła na dolnej matrycy stemple są opuszczane pod wpływem ciśnienia oleju doprowadzanego do ich siłowników: centrującego i dociskających. Docisk przy ustalonym ciśnieniu trwa kilka sekund, a następnie jest zwalniany. Gdy stemple dociskające spoczywają tylko pod wpływem własnego ciężaru na wieńcu hartowanego koła włączany jest dopływ oleju dla wstępnego chłodzenia. Po powtórnym podaniu oleju do siłowników stempli dociskających zmieniana jest ilość podawanego oleju i realizowana jest faza chłodzenia właściwego.
Cykle 2 i 4 przebiegają w analogiczny sposób, bez faz wstępnego chłodzenia.
Dla produkcji masowej, prasy hydrauliczne do hartowania firmy Klingelnberg mogą być wyposażone w automatyczne urządzenia załadowczo-wyładowcze.
Wszystkie firmy zajmujące się opracowywaniem technologii kół stożkowych i hipoidalnych produkują również prasy hartownicze do kół. Zębniki ze względu na kształt (niewielkie zmiany przekroju i stosunkowo duża sztywność) hartowane są najczęściej bez stosowania specjalnych urządzeń. Dla uniknięcia odkształceń powinny być one zawieszane w piecu z zachowaniem pionowej pozycji osi. Również w tej pozycji powinny być hartowane. Do hartowania zębników produkowana jest maszyna hartownicza jedynie przez firmę Gleason (140). W maszynie tej zębniki umieszczone są w pozycji pionowej, przy czym wieńce zębate są u góry.
Hartowane zębniki mogą wykonywać ruch obrotowy, co pozwala ńa doprowadzenie oleju ze wszystkich stron do ich powierzchni. Hartowanie kół wykonywane jest wyłącznie na prasach hartowniczych. Koło podawane jest na stół prasy wyposażony w płytę z kanałami na olej chłodzący. Olej podawany do strefy przedmiotu jest wówczas, gdy hartowane koło zostanie ustalone stemplem centrującym, a wieniec dociśnięty stemplami dociskającymi uniemożliwiającymi odkształcenia w trakcie procesu szybkiego studzenia.
Po wycentrowaniu i dociśnięciu koła następuje zamknięcie kloszem strefy obniżania temperatury i podanie oleju. Zasadniczym warunkiem dobrego zahartowania kola jest jednoczesne chłodzenie wszystkich dostępnych powierzchni, przy tym ilość chłodzonego oleju podawana do strefy kontaktującej się z większymi przekrojami musi być większa. Z tego względu płyty doprowadzające olej muszą mieć tak dobrane przekroje kanałów ażeby spełniony był warunek równomiernego obniżania temperatury hartowanych przekrojów.
W systemie Gleasona najbardziej uniwersalną jest prasa hartownicza 537. Prasa ma automatycznie regulowany strumień oleju oraz zmienny nacisk pierścieni dociskających. Temperatura oleju jest kontrolowana i utrzymywana stale w zakresie 43-54°C (110-130°F). W pierwszej fazie obniżania temperatury trwającej ok. 3 s, strumień oleju podawanego do strefy gorącego koła wynosi ok. 1300 l/min. W drugiej fazie hartowania podawane ilości oleju są znacznie mniejsze (ustalane na podstawie praktyki) i wynoszą ok. 40-50 l/min. W związku z tym, w drugiej fazie cyklu proces oziębienia hartowanego koła trwa dłużej i wyrównywane są temperatury warstw zewnętrznych i rdzenia. Jest to konieczne, gdyż prowadzi do zlikwidowania naprężeń wewnętrznych. W trzeciej fazie cyklu podawana jest znowu bardzo duża ilość oleju w celu szybkiego osiągnięcia takiej temperatury koła, która pozwala na jego zdjęcie z maszyny hartowniczej. Proces załadowywania i zdejmowania kół zahartowanych jest dla produkcji masowej automatyzowany. Zarówno stempel centrujący, jak i stemple dociskające, są uruchamiane siłownikami hydraulicznymi o regulowanych ciśnieniach.
Stemple dociskające wywierają przerywany nacisk. Przez zastosowanie manometrów w obwodach hydraulicznych siłowników stempli możliwa jest kontrola nacisków. Właściwe ustawienie ciśnień w siłownikach stempli, a tym samym sił dociskających, wymaga doświadczalnego sprawdzenia odkształceń hartowanego koła. Koła, w zależności od konstrukcji, mają tendencje do deformacji, w wyniku której uzyskuje się wklęsłą lub wypukłą tylną powierzchnię (od strony matrycy przyrządu hartowniczego). Dla uniknięcia tego zjawiska wprowadza się wstępną wypukłość lub wklęsłość dolnej matrycy hartującej. Przyjmuje się najczęściej wklęsłość lub wypukłość ±0,02" lub operując kątem ±0,001°.
System Gleasona przewiduje matrycę składającą się z trzech pierścieni współśrodkowych, tórych kanały prowadzące olej mają połączenia na skrajach pierścieni. Zewnętrzny ierścień dociskowy przyjmowany jest stały. Jako oprzyrządowanie specjalne wykonywane są pierścienie dociskowe wewnętrzne, trzpień centrujący oraz środkowe pierścienie matrycy. Prasa hartownicza 537 może wywierać naciski na pierścienie dociskowe wewnętrzny i zewnętrzny po 11 x 104 N zaś na trzpień centrujący 5 x 104 N.
Stosowane są następujące automatyczne cykle pracy:
1) hartowanie z wstępnym i właściwym chłodzeniem,
2) hartowanie z właściwym chłodzeniem,
3) hartowanie z prostowaniem i wstępnym oraz właściwym chłodzeniem,
4) hartowaniem z prostowaniem i właściwym chłodzeniem.
Niezależnie od programów automatycznego hartowania prasy hartownicze Klingelnberga mają możliwość dozowania ilości podawanego oleju.
Ad 1. Hartowanie z wstępnym i właściwym chłodzeniem przebiega wg następującej kolejności. Po wprowadzeniu gorącego koła do strefy hartowania prasy opuszcza się stempel centrujący, a następnie stemple dociskają pod własnym ciężarem. Po zamknięciu płaszcza ochronnego podawany jest strumień oleju na gorące koło. Ten etap cyklu nazywany jest wstępnym chłodzeniem. Po przechłodzeniu wstępnym następuje docisk przez siłowniki hydrauliczne stempli dociskowych i przy zmienionej ilości przepływającego oleju przebiega proces właściwego ochładzania do temperatury umożliwiającej zdjęcie hartowanego koła z maszyny hartowniczej.
Ad 3. Hartowanie z prostowaniem wstępnym i właściwym chłodzeniem. W zasadzie cykl jest identyczny w dalszych fazach z wyżej opisanym. Różnica polega na wprowadzeniu w pierwszej fazie cyklu prostowania gorącego koła. Polega to na tym, że po ustawieniu koła na dolnej matrycy stemple są opuszczane pod wpływem ciśnienia oleju doprowadzanego do ich siłowników: centrującego i dociskających. Docisk przy ustalonym ciśnieniu trwa kilka sekund, a następnie jest zwalniany. Gdy stemple dociskające spoczywają tylko pod wpływem własnego ciężaru na wieńcu hartowanego koła włączany jest dopływ oleju dla wstępnego chłodzenia. Po powtórnym podaniu oleju do siłowników stempli dociskających zmieniana jest ilość podawanego oleju i realizowana jest faza chłodzenia właściwego.
Cykle 2 i 4 przebiegają w analogiczny sposób, bez faz wstępnego chłodzenia.
Dla produkcji masowej, prasy hydrauliczne do hartowania firmy Klingelnberg mogą być wyposażone w automatyczne urządzenia załadowczo-wyładowcze.