Чугун
По-ниска цена.
Самозатихване.
Крехък.

Сив и ковък чугун. AGMA клас I / II. Идеален за приложения с ниски ударни натоварвания и големи количества, където първоначалната цена е определяща за решението за покупка.

Въглеродна и легирана стомана
Закалено.
Пластичен.
Висш живот.

1045, 4140, 8620. Твърдост на корпуса HRC 55–60 по повърхността на зъба. Изисква се за ударни натоварвания, високоциклични задвижвания и всяко приложение, където износването на повърхността на зъба определя експлоатационния живот.

Чугунени срещу стоманени зъбни колела: Инженерният аргумент за всяко - и кога изборът е от значение

През 2022 г. фуражен завод в провинция Северен Чунчхон закупи чугунени зъбни колела за модернизация на конвейера си - те бяха с 35% по-евтини от стоманения еквивалент, доставчикът потвърди съвместимостта със съществуващата верига #80, а мениджърът по поддръжката успешно използва чугунени зъбни колела на същия тип конвейер в предишно съоръжение. Осемнадесет месеца по-късно, две от дванадесетте задвижващи позиции имаха счупвания на зъбите на зъбните колела. Не износване - счупвания. Счупените зъби бяха на местата, където конвейерът носеше товарното рамо на кофовия елеватор - позиция, където веригата на конвейера изпитва моментен скок на напрежение, когато всяка кофа се пълни при ход надолу. Чугунените зъби се чупеха постепенно, по един връх на зъб на товарене на кофата, докато няколко зъба не липсваха и веригата се разкачаше. Спецификацията за подмяна беше въглеродна стомана 1045 с цементация. Нямаше счупвания през следващите 30 месеца работа. Първоначалната икономия на разходи за чугунени зъбни колела 35% струваше приблизително осем пъти повече от стойността им подмяна и разходи за престой през 18-месечния период.

Чугунените зъбни колела са легитимна инженерна спецификация за правилните приложения. Грешката не е в избора на чугун, а в избора на чугун за приложения, които включват ударно натоварване, състояние, при което крехкият режим на разрушаване на чугуна превръща незначителното претоварване на зъба в пълно счупване на зъба, вместо в пластичната деформация, която би се получила при стоманата.

зъбно колело 1

Трите свойства, които определят избора на материал за зъбно колело

Твърдост на зъбната повърхност
→ определя живота на износване

Твърдостта на зъбната повърхност определя колко бързо верижната ролка се износва в профила на зъба на зъбното колело. По-твърдата зъбна повърхност се износва по-бавно при същото контактно напрежение на ролката. Чугунът в отлято състояние има твърдост на зъбната повърхност от 160–220 HB (HRC ~0–18). Цементираната стомана постига HRC 55–60 на повърхността на зъба (приблизително 595–746 HB). Разликата в твърдостта е приблизително 4–5:1 — и скоростта на износване се увеличава приблизително с квадрата на съотношението на твърдост, което означава, че зъбите от цементирана стомана се износват с приблизително 1/16–1/25 от скоростта на чугунените зъби в същото задвижване.

Сив чугун
160–220 HB
Закалена стомана
HRC 55–60

Ударна жилавост
→ регулира устойчивостта на удар

Сивият чугун има почти нулева ударна жилавост с назъбване — микроструктурата от графитни люспи създава вътрешни концентрации на напрежение, които се разпространяват като пукнатини при ударно натоварване. Единичен удар върху зъб над прага на жилавост на счупване на материала води до пълно счупване на зъба. Въглеродната стомана (1045, 4140) има стойности на ударна жилавост от 30–80 J (Шарпи) — деформира се пластично, а не се разрушава при същото ударно натоварване. За ударни приложения тази разлика е определяща: първият удар, който претоварва чугунен зъб, го разрушава; същото претоварване върху стоманен зъб го деформира леко, намалявайки геометрията на контакт, но запазвайки функцията.

Сив чугун
~2–4 Дж
1045 стомана
40–80 Дж

Амортизиране на вибрациите
→ регулира шума

Сивият чугун има превъзходно затихване на вибрациите в сравнение със стоманата — микроструктурата от графитни люспи, която намалява жилавостта, едновременно осигурява вътрешно триене, което разсейва вибрационната енергия. Коефициентът на затихване на сивия чугун е приблизително 10–25 пъти по-голям от този на въглеродната стомана. При приложения с високоскоростни верижни задвижвания, където шумът от зацепването на ролките е проблем (напр. задвижвания на машинни инструменти, конвейери за инструменти, задвижвания в близост до прецизно измервателно оборудване), зъбните колела от сив чугун измеримо намаляват предаваните вибрации и акустичния шум в сравнение със стоманените еквиваленти при същата скорост на веригата.

Сив чугун
Високо затихване
Въглеродна стомана
Ниско затихване
Противоинтуитивно: свойството, което прави чугуна лош избор за приложения с ударни натоварвания - неговата микроструктура от графитни люспи - е точно същото свойство, което го прави по-добър от стоманата за амортизиране на вибрациите. Графитните люспи действат както като инициатори на пукнатини при ударно натоварване, така и като абсорбатори на вибрационна енергия по време на работа в стационарен режим. Зъбно колело от сив чугун в плавна, високоскоростна верижна предавка с ниско ниво на удари ще бъде по-тихо и ще предава по-малко вибрации на съседни конструкции, отколкото стоманено зъбно колело. Същото зъбно колело в конвейерно приложение с от време на време ударно натоварване (падане на материал, наклонени пускания на веригата, събития на заклинване и освобождаване) ще счупи зъбите. Изборът на материал за зъбните колела не е просто „стоманата е по-добра от желязото“ — той изисква да се определи кое свойство (устойчивост на износване, якост или затихване) определя конкретното приложение.

Пълно сравнение на материалите: Спецификации на материалите на седемте зъбни колела

Материал Твърдост на зъбите Устойчивост на удар Живот на износване (относителен) Обработваемост Цена (относителна) Основни приложения
Сив чугун (FC200) 160–200 HB Много ниско 1× (референтен) Отлично Най-ниска (1,0×) Лек конвейер, нискоаморни, високоскоростни тихи задвижвания
Ковък чугун (FCD450) 180–240 HB Умерено 1,4× Добре 1,2–1,4× Умерен шок, селскостопански, нискоскоростни промишлени
Въглеродна стомана C45 / 1045 (след машинна обработка) 200–250 HB Високо 1,5× Добре 1,3–1,6× Стандартни индустриални задвижвания, с плъзгащ се отвор или конично заключване
1045 / C45 закалено повърхност HRC 55–60 Високо 5–8× Добро (преди втвърдяване) 1,8–2,5× Повечето индустриални преносни системи за енергия — стандартна спецификация
Легирана стомана 4140 / SCM440 (Q&T) 280–340 HB през Много високо 3–5× Умерено 2.0–3.0× Високоустойчиви, тежкотоварни конвейери, пресов трансфер
8620 закален повърхност HRC 58–62 Много високо 7–12× Умерено 2,5–3,5× Високоциклична, прецизна индексация, автомобилна трансмисия
Неръждаема стомана 304 / 316L 170–200 HB (след машинна обработка) Умерено 0,3–0,5× (по-ниско от CI) Умерено 3–5× Хранително-вкусова промишленост, химикали, измиване — не е износоустойчив

Закаляване на повърхността: Защо профилът на зъба трябва да се закали след обработката, а не преди това

Зъбни колела с едножилни ролкови вериги

Цементационното закаляване (цементация или индукционно закаляване) въвежда твърд външен слой (обвивка) върху повърхността на зъба, като същевременно поддържа здрава сърцевина с ниска твърдост отдолу. Тази комбинация - твърда повърхност за устойчивост на износване, здрава сърцевина за устойчивост на удар - е точно това, което изисква контактът между веригата и зъбното колело: повърхността на зъба трябва да издържи на повтарящото се контактно напрежение от ролките без износване, докато коренът на зъба трябва да издържи на напрежението на огъване от опън на веригата без счупване.

Критичната производствена последователност за производството на зъбни колела е: обработка на профила на зъба до крайни размери, след това закаляване на повърхността и леко довършително обработване само ако е необходимо за прецизност на отвора. Закаляването на профил на зъб, който все още не е обработен до крайни размери, не е практично; цялостното закаляване на зъбно колело преди обработка на зъба намалява живота на режещия инструмент и води до неточна геометрия на зъба. Етапът на закаляване трябва да следва обработката на профила на зъба.

Дълбочината на корпуса за зъбни колела обикновено се определя на 0,8–1,5 мм за приложения с вериги #60–#100. По-плитка дълбочина от 0,8 мм крие риск от пробиване на корпуса в основата на зъба, когато зъбът се огъне под опъване на веригата. По-дълбока дълбочина от 1,5 мм крие риск от крехкост на цялото напречно сечение на зъба, ако дълбочината на корпуса достигне повече от 25–301 TP3T от общата дебелина на зъба. За приложения с високо натоварване, правилният подход е изричното посочване на дълбочината на корпуса в поръчката за покупка, а не просто „цементирано закалено“.

Матрица за решения за избор на материали

Посочете сив чугун, когато:
  • Зареждането е плавно (без удари, без обратен ход, без заклинване и освобождаване)
  • Скоростта на веригата е умерена до висока и намаляването на шума е от значение
  • Бюджетът е основното ограничение, като са потвърдени условията за плавно натоварване.
  • Необходимо е голямо количество (чугунът позволява сложни форми в големи количества на ниска цена)
  • Честотата на подмяна е предвидима и планирана — износването, а не счупването, е причината за повредата
Посочете закалена стомана 1045, когато:
  • Налице е или е възможно да има ударно натоварване (конвейери с падане на материал, прехвърляне на преса, режим на стартиране/спиране)
  • Високият брой цикли изисква удължен живот на зъбите (смяна × 365 дни × няколко години)
  • Цената на непланирана повреда значително надвишава разликата в цената между чугун и стомана
  • Броят на зъбите е малък (под 17T) — по-малките зъбни колела имат по-високо напрежение на зъб и изискват по-добри свойства на материала
  • Това е стандартната спецификация за повечето индустриални верижни задвижвания за предаване на енергия
Посочете легирана стомана 4140 / 8620, когато:
  • Силен удар плюс едновременно високо натоварване (задвижвания на трошачки, пресоване с тежки инструменти)
  • Необходим е максимален живот на зъбите (планирани интервали на поддръжка през няколко години)
  • Задвижването е труднодостъпно за поддръжка (оправдано от високите разходи за обслужване)
  • Високоскоростни прецизни задвижвания (8620 осигурява по-добра размерна стабилност чрез термична обработка)

Спецификации на материалите на зъбните колела, специфични за индустрията

Линии за опаковане на корейски храни и напитки. Производствените опаковъчни линии в сектора на напитките в Корея (Hite, OB, Lotte Chilsung) използват верижни задвижвания #60 и #80 за транспортиране на кашони и обработка на бутилки със скорости от 30–80 м/мин с плавно зареждане на продукта. Зъбните колела от сив чугун се използват широко в тези приложения поради предимството им за гасене на вибрациите при умерени до високи скорости на веригата. Ниският ударен профил на конвейерите за бутилиране – плавно зареждане, без бучки материал, без рязко стартиране – поддържа риска от счупване на зъбите на чугуна много нисък. Смазочната среда обаче изисква съвместим с масло чугун – подходящ е стандартен сив чугун; фосфатиран или обработен чугун за подобрена устойчивост на корозия не се изисква, когато има масло. Зъбни колела от сив чугун за стандартни ANSI стъпки Предлагат се с готов отвор със стандартен шпонков канал и конфигурации с винтове.

Стоманодобивна фабрика и тежка промишленост. Конвейерите за окаменелост, влачещите конвейери за стоманени ленти и задвижванията за прехвърляне на рулони в корейските и виетнамските стоманодобивни предприятия изискват зъбни колела от легирана стомана 4140 или 8620 с цялостно закаляване или дълбоко цементиране — комбинацията от високо опъване на веригата, замърсяване с абразивен материал от окаменелост и термични цикли от близостта до зоните на пещта елиминира от разглеждане както чугуна (удар), така и стандартната въглеродна стомана (недостатъчен живот на износване). Спецификацията за твърдост на цементацията за зъбни колела за стоманодобивни заводи обикновено е HRC 58–62 на дълбочина 1,2–2,0 mm, като за всяка партида се изисква сертификат за твърдост. Съответстваща тежкотоварна верига за тези задвижвания се поръчва едновременно, за да се осигури еднакво сдвояване на твърдостта на материала на контактния интерфейс.

Селскостопанска техника. Зъбните колела на задвижващите колела на комбайни и зъбните колела на конвейерите за оризова мелница в селскостопанските приложения в Корея и Югоизточна Азия се отличават с различни спецификации: зъбните колела на задвижващите колела на главния подавател (с високо ударно натоварване, променливо натоварване, устойчивост на камъни) изискват ковък чугун или закалена въглеродна стомана; спомагателните задвижвания с ниско натоварване (дозиране на семена, разпръсквач на слама, разпръсквач на плява) са подходящи приложения за сив чугун, където икономията на разходи за зъбно колело в голям парк от машини е истинско икономическо предимство.

зъбно колело 2

Често задавани въпроси

Може ли зъбно колело от чугун да се преобразува в стоманено, като се поръча същият брой зъби и отвор от въглеродна стомана?
Да — в рамките на производствените ограничения. Ако броят на зъбите, диаметърът на отвора, шпонковият канал и конфигурацията на главината съответстват на стандартните размери на ASME B29.1 за стъпката на веригата, може да се поръча стоманен еквивалент със същата размерна спецификация. Единствените физически ограничения са дебелината на стената на главината (стоманата може да се обработва с по-тънки стени от чугуна за същата якост) и диаметърът на фланеца (чугунът формира сложни форми по-лесно от кованите стоманени заготовки). За нестандартни конфигурации на главините, първоначално специфицирани за производство на чугун — например главини със спици или сложни фланцови профили — стоманен еквивалент може да изисква различна геометрия на главината, за да бъде практичен за обработка. Стандартни конфигурации с А-плоча и В-главина се предлагат в стомана за всички стъпки по ANSI.
Как мога да разбера дали зъбното колело е закалено или напълно закалено, без да имам документация?
Тест с пила върху повърхността на зъба – плъзгане на закалена пила по повърхността – дава основна индикация: закалена повърхност на зъба се съпротивлява на пилата със стъклено усещане и без видим срез; напълно закален или обработен зъб реже лесно. За по-точна информация, преносим тестер за твърдост по Рокуел върху повърхността на повърхността на зъба дава директно отчитане на HRC. За да се потвърди дълбочината на покритието, напречно сечение на един зъб, взето за металографско изследване (микротвърдост по Викерс от повърхността до сърцевината), дава окончателната дълбочина и профил на покритието. На практика, за зъбни колела, за които няма документация, тестът с пила е най-бързата полева проверка; ако пилата реже лесно повърхността на зъба (по-малко от HRC 55), зъбното колело не е закалено и експлоатационният живот при приложение с високо износване ще бъде в съответствие със стойностите на степента на износване на незакалените зъбни части в сравнителната таблица по-горе.
Необходимо ли е твърдостта на зъбите на зъбното колело да се съпоставя с твърдостта на верижната ролка?
Да — несъответстващата твърдост между ролката на веригата и зъба на зъбното колело води до ускорено износване на по-мекия компонент. При стандартна ролкова верига със закалени ролки (типично HRC 40–50), работеща върху обработени зъбни колела от стомана 1045 (200–250 HB = HRC 14–24), зъбът на зъбното колело се износва по-бързо от ролката. Това обикновено е приемливо, тъй като подмяната на зъбното колело е планирана поддръжка; веригата е основният индикатор за износване. За задвижвания с дълъг живот, където целта е едновременната подмяна на веригата и зъбните колела на планирани интервали, и двата компонента трябва да имат сходна твърдост на контактната повърхност — закаленото зъбно колело (HRC 55–60), съчетано със закалени ролки на стандартна ролкова верига (HRC 40–50), осигурява разумно сдвояване, при което веригата се удължава първа, осигурявайки индикатор за износване, докато повърхността на зъбното колело остава годна за експлоатация за същия интервал.

Чугун
1045 Закалено
Сплав 4140 / 8620

Зъбни колела от чугун, въглеродна стомана и легирана стомана, налични за всички ANSI стъпки

Опишете вида на натоварването на вашето приложение (плавно / умерено ударно / силно ударно натоварване), стъпката на веригата, броя на зъбите, диаметъра на отвора и необходимата твърдост на зъбите — ние определяме правилния материал и потвърждаваме дълбочината на корпуса преди производството.

Редактор: Cxm

VR обиколка на нашата фабрика

ЕТИКЕТИ:зъбно колело на веригата | Зъбно колело | ЗЪБНО ЗЪБНО КИТАЙ