این مقاله به بررسی چرخ‌دنده عمودی آسیاب گلوله‌ای، یک جزء کلیدی انتقال نیرو که با پینیون درگیر می‌شود تا سیلندر را با سرعت کم (15-30 دور در دقیقه) تحت بارهای سنگین (گشتاور تا میلیون‌ها نیوتن متر) به حرکت درآورد، می‌پردازد. این مقاله از موادی مانند فولاد 45#، فولاد آلیاژی 42CrMo و فولاد ریخته‌گری ZG35CrMo برای اندازه‌های مختلف و ساختارهای شکاف‌دار (2-4 قطعه‌ای) که معمولاً برای چرخ‌دنده‌های بزرگ (قطر ≥3 متر) برای حمل و نقل و نصب آسان استفاده می‌شوند، بهره می‌برد. این مقاله جزئیات فرآیند تولید چرخ‌دنده‌های شکاف‌دار 42CrMo، شامل آماده‌سازی خام (آهنگری/برش)، ماشینکاری خشن با مونتاژ، کوئنچ و تمپر، ماشینکاری نهایی (سنبه‌زنی چرخ‌دنده دقیق، سنگ‌زنی) و عملیات سطحی را شرح می‌دهد. علاوه بر این، روش‌های بازرسی جامعی را شرح می‌دهد که شامل مواد اولیه (ترکیب شیمیایی، کیفیت آهنگری)، عملیات حرارتی (سختی، ساختار متالوگرافی)، دقت پروفیل دندانه (انحراف گام، انحراف شعاعی) و آزمایش‌های محصول نهایی (دقت مونتاژ، عملکرد مشبک) می‌شود. این موارد تضمین می‌کنند که چرخ‌دنده‌های بولت الزامات استحکام، چقرمگی و دقت را برآورده می‌کنند و امکان انتقال پایدار با راندمان ≥94٪ و عمر مفید 3-5 سال را فراهم می‌کنند.
مقدمه‌ای مفصل، فرآیند تولید و فرآیند بازرسی چرخ‌دنده‌های آسیاب گلوله‌ای
I. عملکردها و ویژگی‌های ساختاری چرخ‌دنده‌های عمودی آسیاب گلوله‌ای
چرخ‌دنده گاوی یک جزء حیاتی در سیستم انتقال قدرت آسیاب گلوله‌ای است. این چرخ‌دنده با پینیون درگیر می‌شود تا انتقال قدرت کند شود، قدرت را به سیلندر منتقل می‌کند و آن را برای چرخش با سرعت کم (معمولاً 15 تا 30 دور در دقیقه) به حرکت در می‌آورد. به عنوان یک چرخ‌دنده کم سرعت و با بار سنگین (گشتاور قابل تحمل تا میلیون‌ها نیوتن متر)، عملکرد آن مستقیماً بر پایداری عملیاتی آسیاب گلوله‌ای تأثیر می‌گذارد. الزامات کلیدی عبارتند از:
استحکام بالا و مقاومت در برابر سایشسطح دندانه باید سختی کافی (≥240HBW پس از کوئنچ و تمپر) برای مقاومت در برابر سایش داشته باشد، در حالی که بدنه دندانه برای مقاومت در برابر ضربات ناشی از درگیری به چقرمگی خوب (چقرمگی ضربه ≥40J/سانتی‌متر²) نیاز دارد.
مش بندی با دقت بالاخطاهای پروفیل دندانه باید در محدوده درجه 7 از گیگابایت/T 10095 کنترل شوند و از سطح تماس با پینیون (≥50% در امتداد ارتفاع دندانه، ≥60% در امتداد طول دندانه) اطمینان حاصل شود.
پایداری سازهچرخ‌دنده‌های بزرگ (با قطر ≥۳ متر) اغلب برای سهولت حمل و نقل و نصب، از ساختارهای چندبخشی (۲ تا ۴ قطعه‌ای) استفاده می‌کنند. سطوح اتصال باید دقت موقعیت‌یابی (عدم هم‌ترازی شعاعی ≤۰.۱ میلی‌متر) را تضمین کنند.
ساختارهای رایج عبارتند از چرخ دنده های استوانه ای مستقیم یا مارپیچ با ماژول‌هایی معمولاً ۱۵-۵۰ میلی‌متر و ۵۰-۱۵۰ دندانه. مواد عمدتاً شامل موارد زیر هستند فولاد ۴۵# (برای چرخ دنده های کوچک و متوسط) یا فولاد آلیاژی 42CrMo (برای چرخ‌دنده‌های بزرگ). برخی از چرخ‌دنده‌های بسیار بزرگ از فولاد ریخته‌گری ZG35CrMo (با کنترل دقیق عیوب ریخته‌گری) استفاده می‌کنند.
دوم. فرآیند تولید چرخ دنده های عمودی آسیاب گلوله ای (با در نظر گرفتن چرخ دنده های دو تکه 42CrMo به عنوان مثال)
۱. آماده‌سازی قطعه خام (فولاد آهنگری شده)
مواد اولیهصفحات یا قطعات فورج شده فولادی 42CrMo با ضخامت ≥100 میلی‌متر انتخاب شده‌اند و آنالیز طیفی، ترکیب شیمیایی آنها را تأیید می‌کند (C 0.38-0.45%، کروم 0.9-1.2%، مو 0.15-0.25%).
آهنگری/برش:
آهنگری یکپارچه: تا دمای ۱۱۰۰-۱۱۵۰ درجه سانتیگراد گرم کنید، با استفاده از پرس هیدرولیک (برای قطرهای ≤۵ متر) به قطعات حلقه‌ای شکل تبدیل کنید. پس از آهنگری، برای کاهش تنش، آن را نرمالیزه کنید (۸۶۰ درجه سانتیگراد × ۳ ساعت، خنک شده با هوا) و سختی را به ۲۰۰-۲۳۰HBW کاهش دهید.
برش شکافی: چرخ‌دنده‌های بزرگ با فاصله ماشینکاری 10 تا 15 میلی‌متر به قطعات (مثلاً 2 قطعه) برش داده می‌شوند. سطوح اتصال صاف (صاف بودن ≤0.05 میلی‌متر بر متر) فرزکاری می‌شوند.
۲. ماشینکاری و مونتاژ خشن (چرخ دنده های شکاف دار)
تراشکاری خشنماشین‌های تراش عمودی سی ان سی دایره بیرونی، سوراخ داخلی و سطوح انتهایی را تراش می‌دهند و 5 تا 8 میلی‌متر جای سنگ‌زنی برای سوراخ داخلی باقی می‌گذارند.
موقعیت‌یابی مونتاژقطعات خام قطعه‌بندی شده را با پین‌ها و پیچ‌های موقعیت‌یابی (پیش‌بار پیچ ≥800 نیوتن متر) ثابت کنید تا از انحراف محیط در اتصالات ≤1 میلی‌متر اطمینان حاصل شود.
سنگ‌زنی خشن چرخ‌دنده‌هاپروفیل‌های دندانه را با دستگاه فرزکاری چرخ‌دنده به صورت تقریبی برش دهید و 3 تا 5 میلی‌متر جای خالی در نظر بگیرید (شامل جبران تغییر شکل پس از کوئنچ و تمپر کردن).
۳. کوئنچ و تمپر (فرآیند کلیدی)
تا دمای ۸۴۰-۸۶۰ درجه سانتیگراد گرم کنید، پس از عایق‌بندی (کوئینچ) با روغن خنک کنید، سپس به مدت ۴ ساعت در دمای ۵۸۰-۶۲۰ درجه سانتیگراد (تمپر کردن در دمای بالا) تمپر کنید. سختی نهایی ۲۵۰-۲۸۰ هکتار وزن خشک است که استحکام کششی ≥۸۰۰ مگاپاسکال را تضمین می‌کند.
آزمایش اولتراسونیک (دانشگاه یو تی) صد در صد پس از کوئنچ و تمپرینگ (مطابق با جی بی/T 4730.3 درجه دوم)، بدون هیچگونه ترک یا پوسته پوسته شدن مجاز.
۴. ماشینکاری نهایی
تراشکاری نیمه تمامسطوح اتصال، سوراخ داخلی و سطوح انتهایی مرجع را ماشینکاری کنید و 2-3 میلی‌متر جای سنگ‌زنی باقی بگذارید.
فرزکاری دقیق چرخ دندهدستگاه‌های فرزکاری چرخ‌دنده سی ان سی پروفیل‌های دندانه را پردازش می‌کنند و انحراف گام را تا ±0.05 میلی‌متر و خطای جهت دندانه را تا ≤0.03 میلی‌متر/100 میلی‌متر کنترل می‌کنند.
حفاریسوراخ‌های پیچ مونتاژ ماشین (با قطر φ30-φ60 میلی‌متر) با تلرانس موقعیتی ±0.1 میلی‌متر و خطای تجمعی فاصله سوراخ ≤0.2 میلی‌متر؛
سنگ زنیبرای اطمینان از صحت اتصال با فلنج سیلندر، سوراخ داخلی (با تلرانس آی تی۷) و سطوح انتهایی مرجع (با عمود بودن ≤0.02 میلی‌متر/100 میلی‌متر) را سنگ‌زنی کنید.
5. عملیات سطحی و مونتاژ
سطوح دندانه سندبلاست شده (زبری Ra12.5μm) و با پرایمر ضد زنگ پوشش داده می‌شوند؛ سطوح غیر ماشینکاری شده با روکش (ضخامت کل ≥100μm) رنگ‌آمیزی می‌شوند.
در حین مونتاژ چرخ‌دنده‌های دو تکه در محل، فاصله بین اتصالات را با گیج‌های فیلر بررسی کنید (فاصله ≤0.05 میلی‌متر). پس از سفت کردن پیچ‌ها، میزان لنگی شعاعی حلقه چرخ‌دنده (≤0.1 میلی‌متر) را دوباره اندازه‌گیری کنید.
سوم. فرآیند بازرسی چرخ دنده های آسیاب گلوله ای
1. بازرسی مواد اولیه و خالی
ترکیب شیمیایی: تجزیه طیفی، محتوای کروم و مو را در 42CrMo تأیید می‌کند؛
کیفیت آهنگری: بررسی ساختار درشت قطعات آهنگری (روش حکاکی) هیچ انقباض یا تخلخلی را نشان نمی‌دهد (درجه ≤2). آزمایش‌های کششی، استحکام تسلیم ≥600MPa را تأیید می‌کنند.
۲. بازرسی عملیات حرارتی
آزمایش سختی: دستگاه سختی‌سنج برینل، سطوح و هسته‌های دندانه (250-280HBW) را با انحراف یکنواختی ≤30HBW اندازه‌گیری می‌کند.
ساختار متالوگرافی: نمونه‌ها سوربیت تمپر شده (درجه ≤3) را بدون کاربیدهای شبکه‌ای نشان می‌دهند.
۳. بررسی دقت پروفیل دندانه
تست مرکز اندازه‌گیری چرخ‌دنده:
خطای گام تجمعی ≤0.15 میلی‌متر (برای چرخ‌دنده‌های با قطر 5 متر)، انحراف گام جداگانه ±0.03 میلی‌متر؛
انحراف کل پروفیل ≤0.08 میلی‌متر، خطای جهت دندانه ≤0.05 میلی‌متر/100 میلی‌متر؛
میزان انحراف شعاعی: دستگاه تست انحراف چرخ دنده، میزان انحراف شعاعی حلقه چرخ دنده (≤0.1 میلی‌متر) را اندازه‌گیری می‌کند.
۴. بازرسی نهایی محصولات نهایی
دقت مونتاژ: پس از مونتاژ چرخ‌دنده‌های دو تکه، ردیاب‌های لیزری میزان گردی کلی (≤0.15 میلی‌متر) را تشخیص می‌دهند.
تست مش‌بندی: تست‌های مش‌بندی با نمونه‌های پینیون (۲ ساعت کارکرد بدون بار) نقاط تماس مناسب و بدون صدای غیرعادی را نشان می‌دهند.
کیفیت ظاهری: آزمایش مایع نافذ (پی تی) فیله ریشه دندان (R≥3mm) هیچ ترک یا بریدگی (عمق ≤0.5mm) را نشان نمی‌دهد.
کنترل دقیق کیفیت آهنگری، فرآیندهای عملیات حرارتی و دقت پروفیل دندانه، درگیری پایدار بین چرخ‌دنده و پینیون را با راندمان انتقال ≥94٪ و عمر مفید 3-5 سال (بسته به شرایط کاری) تضمین می‌کند.
