ギア加工プロセス、ギアが回転しにくく、加工効率を改善する必要がある場合の切削パラメータとツール要件

ギアは自動車産業における主要な基本伝動要素です。通常、自動車1台あたり18～30枚の歯を備えています。ギアの品質は、自動車の騒音、安定性、耐用年数に直接影響します。ギア加工工作機械は複雑な工作機械システムであり、自動車産業の重要な設備です。米国、ドイツ、日本などの世界の自動車製造大国は、ギア加工工作機械の製造大国でもあります。統計によると、中国の自動車ギアの80%以上は国産のギア製造設備で加工されています。同時に、自動車産業はギア加工工作機械の60%以上を消費しており、自動車産業は今後も工作機械消費の主体であり続けるでしょう。

ギア加工技術

1. 鋳造とブランク製造

熱間鍛造は、自動車用ギア部品のブランク鋳造工程として依然として広く用いられています。近年、クロスウェッジローリング技術はシャフト加工において広く普及しています。この技術は、複雑な形状のドアシャフトのビレット製造に特に適しています。高精度で後加工代が小さいだけでなく、生産効率も高いという利点があります。

2. 正規化

この工程の目的は、後続の歯車切削に適した硬度を得るとともに、最終熱処理のための微細組織を整え、熱処理変形を効果的に低減することです。歯車鋼の材質は通常20CrMnTiです。人員、設備、環境の影響が大きいため、ワークピースの冷却速度と冷却均一性を制御することが難しく、硬度のばらつきが大きく、金属組織が不均一になります。これは金属切削と最終熱処理に直接影響を与え、大きく不均一な熱変形と制御不能な部品品質をもたらします。そのため、等温焼ならし工程が採用されています。実践により、等温焼ならしは一般的な焼ならしの欠点を効果的に改善し、製品品質の安定性と信頼性を確保できることが証明されています。

3. 回転

高精度ギア加工の位置決め要件を満たすため、ギアブランクはすべてCNC旋盤で加工され、旋削工具を再研磨することなく機械的にクランプされます。穴径、端面、外径の加工は、一度のクランプで同期して完了します。これにより、内穴と端面の垂直度要件が満たされるだけでなく、ギアブランクの質量によるサイズのばらつきも小さくなります。これにより、ギアブランクの精度が向上し、後続ギアの加工品質が確保されます。さらに、NC旋盤加工の高効率化により、設備数も大幅に削減され、経済性も向上します。

4. ホブ切りとギアシェーピング

一般的なホブ盤やギアシェーパは、歯車加工に依然として広く使用されています。調整やメンテナンスは便利ですが、生産効率は低く、大容量の機械を完成するには複数台の同時生産が必要になります。コーティング技術の発展により、ホブやプランジャーを研削後に再コーティングすることが非常に容易になりました。コーティングされた工具の耐用年数は大幅に向上し、一般的に90%以上向上し、工具交換回数と研削時間を効果的に削減し、大きなメリットをもたらします。

5. シェービング

ラジアルギアシェービング技術は、その高い効率性と、設計歯形や歯向の変更要件の容易な実現性から、自動車用ギアの量産において広く利用されています。当社は1995年に技術革新のためイタリア企業から専用ラジアルギアシェービングマシンを導入して以来、この技術の応用において成熟度を高め、加工品質は安定的で信頼性に優れています。

6. 熱処理

自動車用ギアは、良好な機械的特性を確保するために浸炭焼入れが必要です。熱処理後にギア研削を必要としない製品には、安定性と信頼性の高い熱処理設備が不可欠です。当社はドイツ・ロイド船級協会の連続浸炭焼入れ生産ラインを導入し、良好な熱処理結果を達成しています。

7. 粉砕

主に熱処理されたギアの内穴、端面、シャフトの外径などの部品を仕上げて、寸法精度を向上させ、幾何公差を低減するために使用されます。

ギア加工では、位置決めとクランプにピッチサークル固定具を採用しており、歯の加工精度と取り付け基準を効果的に保証し、満足のいく製品品質を得ることができます。

8. 仕上げ

これは、組み立て前にトランスミッションとドライブアクスルのギア部品の突起やバリを検査および清掃し、組み立て後にそれらによって引き起こされるノイズと異音を排除するためです。 単対のかみ合いを通して音を聞くか、総合テスターでかみ合い偏差を観察します。 製造会社が製造するトランスミッションハウジング部品には、クラッチハウジング、トランスミッションハウジング、デファレンシャルハウジングなどがあります。 クラッチハウジングとトランスミッションハウジングは荷重支持部品であり、通常は特殊なダイカストでダイカストアルミニウム合金から作られています。 形状は不規則で複雑です。 一般的なプロセスフローは、接合面のフライス加工→加工穴と接続穴の機械加工→ベアリング穴の荒削り→ベアリング穴の精細削りとピン穴の位置決め→洗浄→漏れテストと検出です。

歯車切削工具のパラメータと要件

歯車は浸炭焼入れ後に大きく変形します。特に大型歯車の場合、浸炭焼入れされた外輪と内孔の寸法変形は一般的に非常に大きくなります。しかし、浸炭焼入れされた歯車外輪の旋削には、これまで適切な工具がありませんでした。「Valin superhard」が開発した焼入れ鋼の強力断続旋削用bn-h20工具は、浸炭焼入れされた歯車外輪の内孔と端面の変形を矯正し、適切な断続切削工具を発見しました。これにより、超硬工具による断続切削の分野において世界的な躍進を遂げました。

歯車の浸炭焼入れ変形：歯車の浸炭焼入れ変形は、主に加工中に発生する残留応力、熱処理中に発生する熱応力と構造応力、およびワークの自重変形の複合作用によって引き起こされます。特に大型歯車リングと歯車の場合、大型歯車リングは、その大きな弾性係数、深い浸炭層、長い浸炭時​​間、および自重のために、浸炭焼入れ後の変形も大きくなります。大型歯車軸の変形法則：歯先円の外径は明らかな収縮傾向を示しますが、歯車軸の歯幅方向では、中央が縮小し、両端がわずかに拡大します。歯車リングの変形法則：浸炭焼入れ後、大型歯車リングの外径は膨張します。歯幅が異なる場合、歯幅方向は円錐形または腰太鼓形になります。

浸炭焼入れ後の歯車旋削：歯車リングの浸炭焼入れ変形は、ある程度まで制御および低減できますが、完全に回避することはできません。浸炭焼入れ後の変形修正については、以下で浸炭焼入れ後の工具の旋削および切削の実現可能性について簡単に説明します。

浸炭焼入れ後の外径、内孔、端面の旋削：旋削は、浸炭焼入れされたリングギアの外径と内孔の変形を修正する最も簡単な方法です。これまで、外国の超硬工具を含むどの工具も、焼入れギアの外径を強く断続的に切削する問題を解決できませんでした。Valin superhard は工具の研究開発に招かれ、「焼入れ鋼の断続切削は常に難しい問題であり、HRC60 程度の焼入れ鋼は言うまでもなく、変形許容度も大きい。焼入れ鋼を高速で旋削する場合、ワークピースに断続切削があると、工具は焼入れ鋼を切削する際に毎分 100 回以上の衝撃で加工を完了し、工具の耐衝撃性に対する大きな課題となります」と述べています。中国ナイフ協会の専門家はそう述べています。1 年間の反復テストを経て、Valin superhard は強い断続性を持つ焼入れ鋼の旋削用超硬切削工具ブランドを導入しました。浸炭焼入れ後のギア外輪に対して旋削実験を実施します。

浸炭焼入れ後の円筒歯車の旋削実験

大歯車（リングギア）は浸炭焼入れ後に大きく変形し、リングギアの外径の変形量は最大2mm、焼入れ後の硬度はhrc60～65でした。当時、顧客は大口径の研削盤を見つけることが難しく、取り代が大きく、研削効率が低すぎました。最終的に、浸炭焼入れされた歯車は旋削加工されました。

切断線速度：50～70m/分、切断深さ：1.5～2mm、切断距離：0.15～0.2mm/回転（粗さの要件に応じて調整）

焼入れ歯車の外径旋削加工は、加工が一度で完了します。従来の輸入セラミック工具では、変形を削り取るために何度も加工するしかなく、刃先崩壊が深刻で、工具の使用コストが非常に高くなります。

工具テスト結果：オリジナルの輸入シリコン窒化物セラミック工具よりも耐衝撃性が高く、切削深さを3倍に増やした場合の耐用年数はシリコン窒化物セラミック工具の6倍です。切削効率は3倍向上しました（以前は3回の切削でしたが、今では1回で完了します）。ワークピースの表面粗さもユーザーの要件を満たしています。最も価値のあることは、工具の最終的な破損形態が心配な刃先破損ではなく、通常の背面摩耗であることです。この断続旋削焼入れ歯車外円実験は、業界の超硬工具は強靭な断続旋削焼入れ鋼には使用できないという神話を打ち破りました。切削工具学界に大きな反響を巻き起こしました。

焼入れ後の歯車のハード旋削内穴の表面仕上げ

油溝付きギア内穴の断続切削を例に挙げると、試作切削工具の寿命は8000メートルを超え、仕上げ面はRa0.8以内です。研磨刃付き超硬工具を使用すれば、焼入れ鋼の旋削仕上げ面は約Ra0.4に達し、良好な工具寿命が得られます。

浸炭焼入れ後のギア端面加工

「研削加工の代わりに旋削加工」の典型的な応用例として、立方晶窒化ホウ素ブレードは、加熱後のギア端面のハード旋削加工において広く利用されています。研削加工と比較して、ハード旋削加工は作業効率を大幅に向上させます。

浸炭焼入れ歯車の場合、カッターに対する要求は非常に高くなります。まず、断続切削には、高い硬度、耐衝撃性、靭性、耐摩耗性、表面粗さなどの工具特性が求められます。

概要：

浸炭焼入れ後の旋削加工や端面旋削加工には、一般的な溶接複合立方晶窒化ホウ素工具が普及しています。しかし、浸炭焼入れされた大型歯車リングの外径と内孔の寸法変形については、大きな変形量を旋削加工することは常に困難な問題です。Valin超硬質BN-H20立方晶窒化ホウ素工具による焼入れ鋼の断続旋削加工は、工具業界における大きな進歩であり、歯車業界における「旋削・研削」プロセスの広範な推進に役立ち、長年悩まされてきた硬化歯車円筒旋削工具の問題にも解決策を見出しました。歯車リングの製造サイクルを短縮し、生産コストを削減することも重要な意義を持ち、BN-H20シリーズのカッターは、業界で強力な断続旋削焼入れ鋼の世界的モデルとして知られています。