ماشین‌کاری دقیق دنده: فناوری پخ‌زنی

«بدون فرزي، مهارت یک بندکار ناقص است.» این ضرب‌المثل قدیمی بندکاران نه تنها خرد هنر سنتی را منعکس می‌کند، بلکه در تولید مدرن نیز به شدت صدا می‌کند. فرز کردن، که در اصل اصطلاحی در کار تخته‌کاری بود، به فرآیندی حیاتی در تولید صنعتی معاصر تبدیل شده است، به‌ویژه در ساخت دنده‌های با دقت بالا.

الف. فرز کردن چیست؟

در اصطلاحات صنعتی مدرن، فرز کردن به فرآیند ایجاد شیب یا گرد کردن زوایای داخلی یا خارجی قائمه یک قطعه کار اشاره دارد. اهداف اصلی آن دوگانه است: اول، حذف نقاط تمرکز تنش، و دوم، جلوگیری از اینکه لبه‌های تیز در حین نصب و استفاده، اپراتورها را خراش دهند. فراتر از ایمنی عملکردی، لبه‌های گرد شده همچنین ظاهر قطعه کار را زیباتر می‌کنند و برای آن حالتی دوست‌داشتنی‌تر و ظریف‌تر ایجاد می‌کنند.
مهم است که فاصله‌گیری از گردکردن متمایز شود: در حالی که هر دو شامل گردکردن هستند، فاصله‌گیری به لبه‌های قطعه کار مربوط می‌شود، در حالی که گردکردن به گوشه‌ها توجه دارد. در کاربردهای عملی، گوشه‌های بدون گردکردن نسبت به لبه‌های بدون فاصله‌گیری خطر بیشتری برای کاربران دارند.

II. فاصله‌گیری از پروفیل دندانه چرخ‌دنده: طبقه‌بندی و انواع

با پیشرفت صنعت خودرو، تقاضا برای زیبایی و عملکرد چرخ‌دنده‌ها به‌طور فزاینده‌ای سخت‌گیرانه‌تر شده است که باعث شده تکنولوژی فاصله‌گیری به مرکز توجه کنترل دقیق تبدیل شود.

1. دسته‌های اساسی فاصله‌گیری از پروفیل دندانه چرخ‌دنده

فاصله‌گیری از پروفیل دندانه چرخ‌دنده عمدتاً بر اساس محل قرارگیری به سه نوع تقسیم می‌شود:

فاصله‌گیری از نوک دندانه: فاصله‌گیری که به نوک دندانه چرخ‌دنده اعمال می‌شود.
فاصله‌گیری از انتهای دندانه: فاصله‌گیری که روی سطح انتهایی دندانه چرخ‌دنده انجام می‌شود.
فاصله‌گیری از پروفیل دندانه: فاصله‌گیری در امتداد پروفیل کاری دندانه (تمرکز این مقاله).

2. طبقه‌بندی فنی فاصله‌گیری از پروفیل دندانه

گوشه‌زنی نمای دندانه معمولاً به سه نوع فنی تقسیم می‌شود که بسته به کاربرد تک‌طرفه یا دوطرفه بیشتر تفکیک می‌شوند:

نوع فنی ویژگی‌های تک‌طرفه ویژگی‌های دوطرفه
گوشه‌زنی مخروطی (پایان در زیربرش ریشه) گوشه‌زنی نامتقارن؛ بدون گوشه‌زنی روی فیلتِ ریشه. گوشه‌زنی متقارن از هر دو طرف؛ بدون گوشه‌زنی روی فیلتِ ریشه.
گوشه‌زنی مخروطی (پایان در فیلت کامل ریشه) گوشه‌زنی نامتقارن؛ گوشه‌زنی جزئی روی فیلت ریشه. گوشه‌زنی نامتقارن از هر دو طرف؛ گوشه‌زنی جزئی روی فیلت ریشه.
گوشه‌زنی یکنواخت (پایان در فیلت کامل ریشه) گوشه‌زنی متقارن؛ گوشه‌زنی یکنواخت روی فیلت ریشه. گوشه‌زنی متقارن از هر دو طرف؛ گوشه‌زنی یکنواخت روی فیلت ریشه.

III. روش‌های رایج ماشین‌کاری گوشه‌زنی نمای دندانه

روش‌های مختلفی برای گوشه‌زنی نمای دندانه وجود دارد که هر کدام اصول، مزایا و محدودیت‌های منحصر به فرد خود را دارند.

A. گوشه‌زنی با سنگ‌زنی

اصل کار: از یک میله چرخان و یک چرخ سنگ شناور برای حذف بریدگی‌ها و لبه‌های تیز از روی پروفیل دندانه استفاده می‌کند.
محدودیت‌ها: اندازه فیله به دلیل عواملی مانند قطر چرخ سنگ، زاویه پیچ، ماژول و تعداد دندانه متغیر است. اغلب باعث آسیب به سطح ریشه دندانه شده و لبه‌های فیله‌دار شده ناصافی تولید می‌کند.
کاربرد: به‌طور گسترده در صنایع سنتی مانند انرژی بادی و وسایل نقلیه تجاری برای چرخ‌دنده‌های ماژول بزرگ استفاده می‌شود.

B. فیله‌کاری اکستروژنی

اصل کار: از دو دیسک اکستروژن سفارشی با «دندانه‌های مارپیچ» متناظر استفاده می‌کند که با چرخ‌دنده درگیر می‌شوند. چرخش سریع درگیری، بریدگی‌ها و لبه‌های تیز باقی‌مانده از فرآیند هابینگ را «بریده» می‌کند.
محدودیت‌ها: اکستروژن سخت باعث ایجاد برجستگی‌های ریز روی سطح دندانه می‌شود (که از سنگ‌زنی/هونینگ بعدی جلوگیری می‌کند)، نیازمند ابزارهای اضافی برای کنترل برجستگی‌های سطح انتهایی است، لبه‌های ناصافی تولید می‌کند، زمان چرخه فرآوری را افزایش می‌دهد و برای چرخ‌دنده‌های دیسکی استک شده بی‌اثر است.

C. فرآیند هاب-فیله‌کاری-هاب

اصل: در حین فرزکاری، مقدار کمی فضای ماشینکاری باقی می‌ماند. پس از جمع شدن فرز، ابزارهای اکستروژن و تراش، پخ را پردازش می‌کنند و به دنبال آن، برای دستیابی به دقت، یک مسیر فرزکاری نهایی انجام می‌شود.
محدودیت‌ها: ادغام ابزارها در دستگاه فرزکاری دندانه، زمان چرخه را افزایش می‌دهد؛ تنظیم ابزار پیچیده است و همچنین محدودیت‌های روش فیله‌زنی اکستروژنی را نیز به ارث می‌برد.

D. فیله‌زنی با فرزکاری 1 (مته فیله شعاعی)

مزایا:

مناسب برای قطعات محوری و قطعاتی با اشکال تداخلی.
قابلیت ادغام انعطاف‌پذیر با دستگاه‌های فرز دندانه یا استفاده به عنوان یک دستگاه مستقل.
به طور گسترده در بازار مورد استفاده قرار گرفته است.

E. فیله‌زنی با فرزکاری 2 (دستگاه فرز دندانه یکپارچه)

وضعیت فعلی: برخی از سازندگان فرز دندانه (مثلاً Gleason) مدل‌هایی ارائه می‌دهند که دارای فیله‌زنی انتهای دندانه (با ابزار فلای کاتر یا فرز فیله‌زنی) درون خود هستند.
مزایا: ترکیب فرزکاری دندانه و فیله‌زنی در یک مرحله؛ از آسیب‌های ناشی از نصب مجدد دستی جلوگیری می‌کند.
محدودیت‌ها: هزینه بالای تجهیزات (فرزهای سفارشی فیله‌زنی گران هستند)؛ فقط برای چرخ‌دنده‌های دیسکی مناسب است (در چرخ‌دنده‌های محوری مشکل تداخل ایجاد می‌شود).

IV. انتخاب فرآیندهای پخمتراشی

انتخاب فرآیند پخمتراشی بسته به کاربرد دنده تعیین می‌شود و باید در مشورت نزدیک با مشتریان انجام گیرد:

توصیه برای محورهای دنده انرژی جدید: ترجیحاً از پخمتراشی با فرز، که تکنولوژی و تجهیزات آن بالغ است، استفاده شود.
اندازه پخم: معمولاً 0.3 تا 0.8 میلی‌متر برای پخمهای سطح دندانه.
زاویه پخم: همکاری با طراحان برای تعیین زاویه‌ها بر اساس نوع محرک موتور (محور موازی در مقابل هم‌محور)، با محدوده‌های رایجی مانند 150°±10° و 125°±10°.

V. مزایای پخمتراشی

بهبود ایمنی: خطر آسیب دیدن در حین حمل و پردازش را کاهش می‌دهد.
بهبود ظاهری: ظاهر کلی دنده را بهبود می‌بخشد و رضایت مشتری را افزایش می‌دهد.
کاهش تنش: از تمرکز تنش در انتهای تیز دندانه‌ها پس از عملیات حرارتی جلوگیری می‌کند.
پیشگیری از آسیب: خطر شکستگی دندانه ناشی از ضربه‌های ضربه‌ای در حین عملیات حرارتی و مراحل بعدی را کاهش می‌دهد.
حفظ کیفیت: از اکسیداسیون و دکربوره‌شدن در نوک دندانه‌ها در حین عملیات کربوریزاسیون جلوگیری می‌کند.
بهینه‌سازی عملکرد: خطر شکستن و خرده‌شدن نوک دندانه را هنگامی که فقط بخشی از عرض دندانه درگیر است، کاهش می‌دهد.
تسهیل مونتاژ: اندازه و زاویه مناسب فیله ساده‌سازی مونتاژ چرخ‌دنده را آسان می‌کند.

ششم. نتیجه‌گیری

علیرغم مزایای اثبات‌شده، فرآیند فیله‌زنی در بخش‌هایی از صنعت داخلی چرخ‌دنده کمتر مورد توجه قرار گرفته است و برخی تولیدکنندگان ترجیح می‌دهند به جای این فرآیند حیاتی، تنها به عملکرد توجه کنند. با این حال، با پیشرفت فناوری خودرو و افزایش الزامات کیفی، فیله‌زنی به مرحله‌ای ضروری در تولید چرخ‌دنده‌های با دقت بالا تبدیل شده است. پذیرش و بهبود فرآیندهای فیله‌زنی برای ارتقای کیفیت محصول و تقویت رقابت‌پذیری در بازار ضروری است.
در دنیای انتقال قدرت، چرخ‌دنده‌های کوچک محرک نوآوری‌های بزرگی هستند و فیله‌زنی دقیق سنگ بنای همین دقت است.