Alegerea materialelor pentru fabricarea roţilor dinţate

Transmisii Mecanice

de Zoltan Korka

Alegerea materialelor pentru fabricarea roţilor dinţate

La fabricaţia roţilor dinţate, se pretează un număr mare de materiale. Din această multitudine, din motive tehnice şi economice, oţelurile au cea mai mare importanţă, ele oferind, prin multitudinea posibilităţilor de influenţare a proprietăţilor, o varietate mare de soluţii practice.

Modificările structurale la care este supus oţelul prin încălzire şi răcire (în special obţinerea constituentului martensită), sunt premisele cele mai importante ale călirii şi îmbunătăţirii oţelului. Alegerea oţelurilor pentru călire se face în funcţie de două caracteristici importante:

  • Călibilitatea, care defineşte proprietatea oţelurilor de a dobândi o anumită duritate, ce nu poate fi depăşită şi care, în condiţiile asigurării unei viteze sufi ciente de răcire, depinde doar de conţinutul de carbon al oţelului.
  • Adâncimea de călire, care, la condiţiile de răcire date, defineşte adâncimea zonei călite sau diametrul secţiunii călite, fiind dependentă în principal de concentraţia elementelor de aliere şi în anumită măsură de mărimea grăuntelui oţelului.

În final, pentru roţile dinţate utilizate pentru o anumită aplicaţie, intră în discuţie un număr relativ redus de materiale, respectiv procedee de tratament termic, decizia luându-se condiţionat de aspecte precum: funcţiile solicitate transmisiei (transmiterea mişcării, durabilitate, comportament la zgomote), numărul de bucăţi şi, prin aceasta, procedeul de fabricaţie. Tabelul 1 face o astfel de sinteză.

Tabelul 1

Tabelul 1

Tabelul 2 si 3

Stabilirea variantei constructive se face şi în funcţie de criterii precum:

  •  costul materialelor (tabelul 2);
  •  costul prelucrărilor mecanice (tabelul 3);
  •  costul tratamentelor termice; 
  •  costurile prelucrărilor şi al verificărilor suplimentare determinate de tratamentele termice.

În tabelul 2, se prezintă preţurile relative de achiziţie ale diverselor tipuri de oţeluri, plecând de la un preţ relativ unitar pentru oţelul de construcţii OL 42.

În tabelul 3, sunt exemplificate costurile relative de prelucrare prin aşchiere ale diverselor tipuri de materiale, plecând de la un preţ relativ unitar pentru fontă.

La comparaţia costurilor diverselor tratamente termice, trebuie avute în vedere şi următoarele aspecte:

  • costurile energetice la încălzirea totală (cementarea la temperatură ridicată, nitrurarea la temperatură mai scăzută) sunt mai mari decât la încălzirea parţială (călire cu flacără sau prin inducţie);
  • durata procesului de călire (fără timpul de încălzire), de exemplu pentru o roată de dimensiuni medii (m ≈ 5), este după cum urmează:

♦nitrocarburare în băi de săruri: 1…4 h, în gaz 3…8 h;

♦cementare (carburare): ca 3 h;

♦nitrurare 60…100 h;

♦călire prin inducţie sau cu flacără: 2…3 min, cu cca 30 min timp de pregătire;

♦călire dinte cu dinte: 10…20s/ dinte cu câteva ore timp de pregătire;

                 →nitrurarea şi carburarea se pot face cu mai multe piese într-o şarjă, în timp ce călirea cu flacără sau prin inducţie se face, de cele mai multe ori, individual.

La alegerea materialelor, se ţine seama şi de următoarele particularităţi:

  •  Împerecherea materialelor: se poate alege acelaşi tip de material de îmbunătăţire pentru pinion şi roată, dar pinionul trebuie să fie cu circa 30…40 HB mai dur decât roata, ca urmare a turaţiei mai ridicate.

O roată durificată superficial (HRC > 50) cu dinţi rectificaţi netezeşte flancurile dinţilor roţii conjugate, îmbunătăţite, diminuându-i abaterile de profil şi crescându-i astfel rezistenţa la pitting. La împerecherea roţilor călite nu se impune (excepţie fiind danturile lepuite, unde se recomandă ca pinionul să aibă cca 2 HRC mai mult decât roata şi, după posibilităţi, o concentraţie mai ridicată de carbon) o diferenţă de duritate, ba, mai mult, la viteze periferice reduse (vt < 0,5 m/s) este recomandată aceeaşi duritate pe flancuri la pinion şi roată.

  • Gradul de puritate influenţează hotărâtor rezistenţa de durată, elaborarea în vid conducând la o omogenitate mai mare a materialului (rezistenţă mecanică relativ constantă în volum). O concentraţie de S de maximum 0,05% influenţează pozitiv rezistenţa, în timp ce o concentraţie minimă de 0,03 % este de dorit, ca urmare a bunei aşchiabilităţi.
  • Elementele de aliere diminuează viteza critică de călire. Prin aceasta, la secţiuni de îmbunătăţire mari (module mari) se pot obţine rezistenţe ridicate de-a lungul întregii secţiuni. La dimensiuni mici, pentru a obţine valorile de rezistenţă este suficientă utilizarea de oţeluri carbon sau slab aliate. Din acelaşi motiv, se pot utiliza, la oţelurile aliate, medii de răcire care asigură viteze mai reduse, de exemplu ulei în loc de apă. Prin aceasta însă, se reduce nivelul tensiunilor interne şi pericolul apariţiei fisurilor la aceeaşi duritate. Elementele de aliere precum Cr, Mo, V formează carburi dure, care îmbunătăţesc rezistenţa la uzură.
  • O concentraţie de carbon mai ridicată creşte la oţelurile de îmbunătăţire rezistenţa la solicitarea de contact (uzură) şi rezistenţa la piciorul dintelui, dar micşorează tenacitatea. Oţelurile cu concentraţii de C până la 0,25% nu se pot utiliza în stare netratată termic pentru transmiterea de forţe. Adâncimea de difuzie (la nitrurare, de exemplu) scade cu creşterea concentraţiei de C şi a elementelor de aliere.
  • Forjarea pinioanelor sau roluirea coroanelor dinţate poate, în funcţie de gradul de deformaţie asigurat (optim – mai mult de 5), elimină defecte sau neomogenităţi din structură, conducând la o orientare avantajoasă a fibrei materialului. În comparaţie cu roţile fabricate din bare, roţile forjate prezintă caracteristici mecanice mai omogene, putându-se lua în calcul o rezistenţă de durată la solicitarea de contact şi la piciorul dintelui cu cca 20% mai ridicată. Un grad de deformare prea mare la forjare poate duce, în cazul oţelurilor cu un grad de puritate redus, la creşterea fragilităţii.
  •  La dimensiuni mari de roţi, utilizarea oţelurilor turnate este mai avantajoasă din punct de vedere economic, în comparaţie cu roţile forjate. Trebuie însă alese turnătorii care să dovedească că pot obţine piese turnate fără defecte, pori şi neomogenităţi
  •  Sudabilitatea. În cazul roţilor în execuţie sudată cu partea danturată din oţel de îmbunătăţire, se pretează 34CrNiMo4 sau 42 CrMo4 (după vechea simbolizare, 42MoCr11), datorită concentraţiei mai ridicate în carbon. Cu ajutorul tehnologiei speciale, care implică, de exemplu, cordoane intermediare de sudură, electrozi speciali sau temperaturi de sudare mai ridicate, se pot suda şi alte mărci de oţeluri.

Există tehnologii de sudare chiar şi pentru oţelurile de cementare (înainte de carburare). Datorită influenţării termice a cordoanelor de sudură, ca urmare a încălzirilor ulterioare, acestea trebuie însă controlate foarte laborios.

Bibliografie

[1] Carţiş I. Ghe., Tratamente Termochimice, Timişoara, Editura Facla, 1988

[2] Popescu N. ş.a. Tratamente termice neconvenţionale, Bucureşti, Editura Tehnică, 1990

[3] Rădulescu Ghe. ş.a. Îndrumar de proiectare în construcţia de maşini, vol. III, Bucureşti, Editura tehnică, 1986


Accept cookie

www.ttonline.ro utilizează fişiere de tip cookie pentru a personaliza și îmbunătăți experiența ta pe Website-ul nostru.

Te informăm că ne-am actualizat politicile pentru a integra în acestea și în activitatea curentă a www.ttonline.ro cele mai recente modificări propuse de Regulamentul (UE) 2016/679 privind protecția persoanelor fizice în ceea ce privește prelucrarea datelor cu caracter personal și privind libera
circulație a acestor date. Înainte de a continua navigarea pe Website-ul nostru, te rugăm să aloci timpul necesar pentru a citi și înțelege conținutul Politicii de Cookie.

Prin continuarea navigării pe Website-ul nostru confirmi acceptarea utilizării fişierelor de tip cookie conform Politicii de Cookie. Îți mulțumim pentru acest accept și nu uita totuși că poți modifica în orice moment setările acestor fişiere cookie urmând instrucțiunile din Politica de Cookie.