انتقال دنده: اصول و کاربردهای روش برش فرم و روش تولید در ماشینکاری چرخ‌دنده

01 اصول پایه‌ای روش تولید

1.1 مبانی ریاضی

• اصل دربرگیری : مسیر حرکت لبه برش ابزارها (مانند مته‌های حلزونی و ابزارهای شکل‌دهنده چرخ‌دنده) مجموعه‌ای از منحنی‌های پیوسته را تشکیل می‌دهد و پوشش این منحنی‌ها، پروفایل نظری دندانه چرخ‌دنده (مثلاً ایونولوت، سیکلوئید) را ایجاد می‌کند.
• معادله درگیری : رابطه حرکتی نسبی بین ابزار و قطعه کار را برآورده می‌کند تا دقت پروفایل دندانه تضمین شود.

1.2 ویژگی‌های کلیدی

• دقت بالا : قادر به ماشین‌کاری پروفایل‌های پیچیده دندانه (مثلاً ایونولوت، چرخ‌دنده‌های قوسی) است.
• کارایی بالا : برش مداوم امکان تولید انبوه را فراهم می‌کند.
• انعطاف‌پذیری بالا : یک ابزار تنها می‌تواند چرخ‌دنده‌هایی با تعداد دندانه‌های مختلف را ماشین‌کاری کند (در صورتی که دارای ماژول یکسان باشند).

1.3 فرآیندهای متداول روش تولیدی

1.3.1 هابینگ

• اصل : از حرکت جفت‌شدن بین یک هاب (که از نظر شکل شبیه به یک مارپیچ است) و قطعه کار استفاده می‌کند و برش را از طریق پیشروی محوری تکمیل می‌کند.
• رابطه حرکتی : چرخش هاب (حرکت اصلی برش) + چرخش قطعه کار (حرکت تولیدی) + پیشروی محوری.
• مزایا : بازدهی بالا، مناسب برای تولید انبوه (مثلاً چرخ‌دنده‌های خودرو); قادر به ماشین‌کاری چرخ‌دنده‌های ساده، مارپیچ، چرخ دنده ماردونی و غیره است.
• نمونه های کاربردی : ماشین‌کاری چرخ‌دنده‌های سیاره‌ای و خورشیدی در گیربکس‌های توربین بادی.

1.3.2 شکل‌دهی چرخ‌دنده

• اصل : از یک مته شکل‌دهنده چرخ‌دنده (که از نظر شکل شبیه به یک چرخ‌دنده است) برای انجام حرکت برش تقدّمی و حسمی روی قطعه کار استفاده می‌کند، در حالی که با نسبت جفت‌شدن می‌چرخد.
• رابطه حرکتی : برش عمودی رفت‌وآمدی در دندانه‌زن و همزمان چرخش تولیدی قطعه کار و ابزار.
• مزایا : قادر به ماشینکاری ساختارهای پیچیده مانند چرخ‌دنده‌های داخلی و چرخ‌دنده‌های دوتایی است؛ نسبت به فرآیند هابینگ، زبری بهتری در سطح دندانه ایجاد می‌کند (Ra 0.8–1.6 میکرومتر).
• محدودیت‌ها : بازده پایین‌تر نسبت به هابینگ؛ هزینه ابزار بالاتر.
• نمونه های کاربردی : ماشینکاری حلقه‌های چرخ‌دنده داخلی در جعبه‌دنده‌ها و چرخ‌دنده‌های کوچک دقیق.

1.3.3 دندانه‌کشی (شیوینگ) چرخ‌دنده

• اصل : در این روش، مته شیوینگ و قطعه کار تحت فشار کمی درگیر می‌شوند و با عمل اره‌زنی لبه‌های برش ابزار، دقت پروفیل دندانه بهبود می‌یابد. این یک فرآیند پرداخت نهایی است که پس از هابینگ یا شیپینگ چرخ‌دنده به کار می‌رود.
• مزایا : قادر به تصحیح خطاهای پروفیل دندانه و افزایش نرمی انتقال قدرت در چرخ‌دنده است؛ دقت ماشینکاری تا رده DIN 6–7 می‌رسد.
• نمونه های کاربردی : ماشینکاری نهایی چرخ‌دنده‌های جعبه‌دنده خودرو.

1.3.4 سنگ‌زنی چرخ‌دنده

• اصل : از چرخ سنگ قالبی یا چرخ سنگ حلزونی برای سنگ‌زنی سطح دندانه با حرکت تولیدی استفاده می‌کند و عمدتاً برای پرداخت چرخ‌دنده‌های سخت‌شده به کار می‌رود.
• مزایا : دقت بسیار بالا (تا درجه DIN 3–4); می‌تواند چرخ‌دنده‌های سطح سخت (HRC 58–62) را ماشین‌کاری کند.
• محدودیت‌ها : هزینه بالا و بازده پایین، معمولاً در زمینه‌هایی با نیاز به دقت بالا استفاده می‌شود.
• نمونه های کاربردی : چرخ‌دنده‌های موتور هوانوردی و چرخ‌دنده‌های مرحله سرعت بالا در جعبه دنده توربین‌های بادی.

02 اصول اساسی ماشین‌کاری فرم

• وابستگی شدید به ابزار : دقت پروفایل دندانه مستقیماً به دقت شکل ابزار بستگی دارد.
• عدم وجود حرکت تولیدی : فرآیند ماشین‌کاری شبیه‌سازی همزمان چرخ‌دنده‌ها را شامل نمی‌شود و تنها به حرکت نسبی بین ابزار و قطعه کار متکی است.
• انعطاف‌پذیری بالا : قادر به ماشین‌کاری پروفایل‌های غیراستاندارد دندانه (مثلاً دندانه‌های قوسی، دندانه‌های مستطیلی) است.

2.1 مبانی ریاضی

• اصل پروفیل‌گیری : شکل هندسی لبه برش ابزار به‌طور کامل با فضای دندانه چرخ‌دنده مطابقت دارد.
• حرکت اندیسی : از دستگاه‌های اندیس‌دهی (مانند سرچرخ) برای ماشین‌کاری دندانه به دندانه استفاده می‌شود تا گام یکنواخت دندانه‌ها تضمین شود.

2.2 مزایا و معایب

مزایا

• تجهیزات ساده : قابل دستیابی با دستگاه‌های فرز معمولی.
• مناسب برای تولید تکی، کوچک و یا تعمیر : ایده‌آل برای سناریوهای سفارشی‌سازی و نگهداری.
• : قادر به ماشین‌کاری چرخ‌دنده‌های ماژول بسیار بزرگ : مانند دنده‌هایی که در ماشین‌آلات معدن استفاده می‌شوند.

نقطه ضعف

• دقت پایین : معمولاً درجه DIN 9–10.
• کارایی پایین : نیاز به ماشین‌کاری دندانه به دندانه دارد.
• تنوع ابزار ضعیف : برای هر ماژول به ابزارهای تخصصی نیاز است.

2.3 فرآیندهای متداول برش شکلی

2.3.1 فرزکاری دنده

• اصل : از مته فرز دیسکی یا فرز انگشتی استفاده می‌شود؛ مته برای برش می‌چرخد و قطعه کار از طریق سر تقسیم، دندانه به دندانه حرکت اندексی انجام می‌دهد.
• رابطه حرکتی : چرخش مته (برش اصلی) + حرکت محوری قطعه کار + چرخش اندексی.
• سناریوهای کاربردی : تولید قطعه‌تکی و سری‌کوچک چرخ‌دنده‌های دندانه‌راست و دندانه‌مایل؛ چرخ‌دنده‌های ماژول بزرگ (ماژول ≥20 میلی‌متر) یا چرخ‌دنده‌های تعمیری.
• مطالعه موردی : چرخ‌دنده‌های مرحله کم‌سرعت کاهنده‌های دریایی (ماژول 30، جنس: 42CrMo) که با فرز اندازه‌گیری + تقسیم‌بندی CNC پردازش شده‌اند و به زبری سطح دندانه Ra 3.2 میکرومتر دست یافته‌اند.

2.3.3 سنجه‌زنی قالبی

• اصل : از یک اره‌فرو (ابزار چنددرجه‌ای با دندانه‌های پلکانی) برای برش کامل فضای دندانه در یک عبور استفاده می‌کند.
• رابطه حرکتی : حرکت خطی اره‌فرو (برش) + قطعه کار ثابت.
• مزایا : بازدهی بسیار بالا (تکمیل یک فضای دندانه در هر حرکت چلنگری)؛ دقت نسبتاً بالا (تا رده DIN 7).
• محدودیت‌ها : فقط مناسب برای تولید انبوه چرخ‌دنده‌های داخلی یا خارجی؛ هزینه ساخت اره‌فرو بالاست و برای سفارش‌های حجیم از یک مشخصات منفرد ایده‌آل است.
• نمونه های کاربردی : تولید انبوه حلقه‌های سنکرون‌کننده خودرو (زمان چرخه <10 ثانیه/قطعه).

2.3.3 سنجه‌زنی قالبی

• اصل : از یک سنده قالبی (با شکلی متناظر با فضای دندانه) برای سنجه‌زنی چرخ‌دنده‌های سخت‌شده استفاده می‌کند.
• رابطه حرکتی : چرخش چرخ سنگ زنی + اندекс کردن قطعه کار.
• مزایا : قادر به ماشینکاری چرخ دنده‌های با سختی بالا (HRC >60)؛ دقت تا درجه DIN 4 (خطای پروفیل دندانه <5 میکرومتر).
• زمینه های درخواست : پرداخت نهایی چرخ دنده‌های موتور هواپیما و چرخ دنده‌های کاهنده دقیق.

03 مقایسه و کاربردهای صنعتی دو روش

مقایسه بین روش تولیدی و روش فرم‌برداری

کاربردهای صنعتی روش ایجاد شکل

3.1 گیربکس‌های توربین بادی

• الزامات : گشتاور بالا، عمر طولانی (≥20 سال)
• ترکیب فرآیند : هابینگ (ماشینکاری اولیه) → عملیات حرارتی → سنگ‌زنی چرخ دنده (پرداخت نهایی).