Същественият процес на коване за кардани

Накратко

Процесът на коване за кардани е сложен производствен метод, при който сплави от висококачествена стомана се оформят под екстремно налягане, за да се получат здрави и издръжливи компоненти. Основни техники включват горещо коване, при което метала се нагрява над температурата на рекристализация за по-лесно оформяне, и студено коване за по-голяма прецизност. Този процес използва преси с голяма тонаж и специализирани матрици за формиране на основните части, като вилки и кръстове, осигурявайки превъзходна якост и непрекъсната зърнеста структура, необходима за приложения с високо напрежение.

Разбиране на универсалните връзки и предимството на коването

Универсална връзка, често наричана U-връзка, е критично механично съединение, което свързва въртящи се валове и им позволява да предават въртящ момент и движение, дори когато са под ъгъл един спрямо друг. Тази гъвкавост е от съществено значение в безброй приложения – от каросерийни предавки и управленически системи до индустриални и земеделски машини. Връзката обикновено се състои от две вилки, свързани чрез кръстовиден елемент или паяк, който съдържа лагери за осигуряване на гладко въртене.

Коването е предпочитаният метод за производство на тези компоненти поради изключителната якост, която им придава. За разлика от леенето или обработката чрез скобяне от цял материал, коването оформя метала чрез контролирана деформация, като подрежда вътрешната зърнеста структура на материала според окончателната форма на детайла. Това създава непрекъснат поток на зърното, следващ контурите на вилката и кръста, което води до изключителна якост на опън, устойчивост на умора и добра поносимост на ударни натоварвания. Тази структурна цялостност е от първостепенно значение за компонент, който трябва да издържа на постоянни, сложни и променливи натоварвания през целия си експлоатационен живот.

Изборът на материали за кардани е определен от тези изискващи условия. Висококачествените легирани стомани са стандартният избор поради тяхната отлична якост, устойчивост и износоустойчивост. Например, стомани със средно съдържание на въглерод като 45 стомана често се използват за компоненти като вилката на кардана. При някои специализирани приложения, особено когато се изисква висока корозионна устойчивост, могат да се използват сплави от неръждаема стомана, а повърхностите могат да бъдат покрити, за да се намали триенето и да се предотврати заклиняването.

Основни техники за коване: горещо срещу студено коване

Производството на кардани основно разчита на два основни метода за коване: горещо и студено коване. Изборът между тях зависи от конкретния компонент, изискваните свойства на материала и обема на производството. Всяки метод предлага различен набор от предимства и недостатъци по отношение на точността, якостта и разходите.

Горещо формуване е най-разпространеният метод за производство на универсални съединителни компоненти като кръста. При този процес стоманеният блок се нагрява до температура над неговата точка на рекристализация. Тази висока топлина прави метала податлив и пластмасов, което му позволява да бъде оформен с по-малко натиск от ковача или чука. Основната полза от горещото коване е способността му да създава сложни 3D геометрии и големи деформации с относителна лекота, което го прави идеален за сложната форма на U-съединение. Освен това то подобрява структурата на зърнените частици на метала, премахва прозрачността и повишава неговата здравина.

Хладно формене , за разлика от това, се извършва при или близо до стайна температура. Този процес изисква значително по-голям натиск за оформяне на метала, но предлага по-висока точност на измеренията, по-добро завършване на повърхността и повишена здравина чрез феномен, известен като изтвърдяване на работата. Въпреки че е по-рядко за първоначалното оформяне на сложни части като кръста, студената ковка може да се използва за определени компоненти или като вторичен процес на довършване, за да се постигнат тесни толеранции без необходимост от обширна обработка.

Ето сравнение на двата основни метода:

Поетапният процес на производство

Създаването на карданно съединение чрез коване е процес в няколко етапа, при който проста стоманена пръчка се превръща в механичен компонент с висока производителност. Всеки етап се контролира внимателно, за да се гарантира, че крайният продукт отговаря на строгите изисквания за качество и издръжливост. Въпреки че конкретните детайли могат да варират, общият работен процес следва ясен, последователен път.

1. Подготовка и нарязване на материала: Процесът започва с избора на пръти от висококачествена стоманена сплав. Те се проверяват за качество и след това се нарязват на точни дължини, известни като заготовки или билоти. Теглото и обемът на всяка заготовка се изчисляват така, че да има точно достатъчно материал за запълване на формата, като се минимизира отпадъкът (известен като флаш).
2. Нагряване (при горещо коване): Отрязаните заготовки се транспортират до пещ, най-често индукционна, където се нагряват до оптималната температура за коване. При стоманата тя обикновено е между 1100°C и 1250°C. Този етап е от решаващо значение, за да се направи метала достатъчно пластичен, за да бъде оформен под налягане.
3. Коване и формоване: Нагрятата заготовка бързо се поставя в долната част на специално проектиран комплект матрици в прес за коване с голяма мощност. След това пресата прилага огромно налягане, което принуждава пластичния метал да се деформира и запълва полостта на матрицата, оформена като желания компонент (например, яке или кръстовина). Често това е процес в няколко етапа, включващ предварително коване за грубо оформяне на детайла и окончателно коване за постигане на крайната форма и фините детайли.
4. Отрязване: След коването детайлът има тънка линия от излишен материал по ръбовете, където са се срещали двете половини на матрицата. Този излишен материал, наречен флаш, се премахва в тримингов прес. По-късно флашът се рециклира.
5. Термична обработка: За да се постигнат окончателните желани механични свойства, кованите компоненти подлагат на термична обработка. Както е описано от HYB Universal Joint , това включва процеси като гасене (бързо охлаждане) за затвърдяване на стоманата и отпускане (повторно нагряване до по-ниска температура), за да се увеличи якостта и да се намали крехкостта. Някои части могат също да бъдат карбуритизирани, за да се създаде твърда, износостойка повърхност.
6. Завършване и машинна обработка: Въпреки че коването създава форма, близка до крайната, е необходима прецизна машинна обработка, за да се постигнат окончателните малки допуски за повърхности на лагери и точките за свързване. Операции като свредлене, шлифоване и токарене се извършват с помощта на CNC машини, за да се гарантира перфектно прилягане и гладка работа.
7. Сглобяване и контрол на качеството: Накрая отделните компоненти — вилки, кръст и лагери — се сглобяват. През целия процес се извършват строги проверки за качество, включително размерни инспекции и тестове за издръжливост, за да се гарантира, че всеки карданен вал отговаря на изискванията за производителност.

Коване на специфични компоненти: Вилки и кръстове

Основните компоненти на карданното съединение – вилката и кръстът, имат различна геометрия, което изисква специализирани конструкции на ковшните форми и технологични решения. Оптимизирането на тези процеси е от съществено значение за подобряване на усвояването на материала, удължаване живота на матриците и осигуряване на структурната цялостност на крайния продукт.

Коване на вилката на карданско съединение

Вилката на карданното съединение е типична кована вилка със значителни вариации в разпределението на метала. Нейната сложна форма, характеризираща се с тесни и високи ребра, затруднява ефективното коване. Традиционните методи често водят до лошо течение на материала, което причинява излишно флашово образуване в някои зони и непълно запълване в други. Това не само прахосва материал, но и ускорява износването на матриците и изисква по-високи ковни налягания.

За преодоляване на тези предизвикателства са разработени напреднали техники, като полузатворен процес на предковане. Както е обяснено в анализ на Xinlong Machinery , това изисква преустройство на конструкцията на матрицата, за да се постигне по-добър контрол върху потока на метала, като се насочва към необходимите кухини, вместо да излиза в отводнителя за флаш. Чрез оптимизиране на формата преди коването и разположението на матриците, производителите могат да увеличат използването на материала от около 61,5% до 75% или повече, значително да намалят натоварването при окончателното коване и да удвоят повече от двойно работния живот на матриците.

За компании, търсещи здрави и надеждни автомобилни компоненти, специализираните услуги по коване са задължителни. Например, за здрави и надеждни автомобилни компоненти, вижте персонализираните услуги по коване от Shaoyi Metal Technology . Те се специализират в качествено горещо коване, със сертификат IATF16949 за автомобилната индустрия, и предлагат всичко от бързо прототипиране за малки серии до пълномащабно масово производство. Експертизата им в производството на матрици в собствен цех гарантира прецизност и ефективност за сложни части като вилки на кардани.

Коване на напречната ос

Кръстовият вал, известен също като паяк, е централният компонент, който свързва двете вилки. Неговата четирираменна геометрия е класически пример за сложна 3D детайл, идеално подходяща за горещо коване с затворена матрица. Процесът трябва да осигури непрекъснатост на зърнестия поток от центъра навън през всеки от четирите шипа (или лагерни палци). Това е от решаващо значение за поемане на усукващите и огъващи сили, които действат върху детайла по време на работа.

Процесът на коване на кръста на карданното съединение включва пресоване на загрята стоманена заготовка в матрица, която принуждава материала да се разпределя навън към четирите рамена на кръстовидната форма. Конструкцията на предварителната форма и матрицата е от съществено значение, за да се гарантира напълване на формата изцяло без дефекти. След коването кръстът подлежи на термична обработка, като цементация, за да се създаде много твърда, износостойка повърхност върху шиповете, където ще бъдат монтирани ролковите лагери с иглички, като същевременно се запази по-здраво и по-еластично ядро, способно да поема ударни натоварвания.

Често задавани въпроси

1. Какви са 4-те вида коване?

   Има четири основни вида процеси на коване, използвани за оформяне на метал. Те включват коване в матрица (или коване в затворена матрица), при което металът се пресува между две матрици, съдържащи прецизна форма; коване в отворена матрица, при което металът се оформя между плоски матрици, без да бъде затворен напълно; студено коване, което се извършва при стайна температура за по-голяма точност; и коване на безшевни пръстени, използвано за създаване на компоненти с формата на пръстен.

2. От какво са направени карданните куплинги?

   Карданните куплинги обикновено са изработени от високопрочни, термично обработваеми стоманени сплави, за да издържат на висок въртящ момент и износване. Често използвани материали са въглеродни стомани като 45 стомана и различни легирани стомани. За приложения, изискващи висока корозионна устойчивост, като в морски или оффшорни среди, компонентите могат да бъдат изработени от неръждаема стомана, например клас 316L. Могат да се нанасят и покрития като PTFE, за намаляване на триенето.

3. Какъв е процесът на напречно коване?

   Кръстното коване е първоначалната обработка на ковашки заготовки в алтернативни равнини с цел развитие на механичните свойства. За кръстовина на карданно разклонение се използва процес с затворена матрица, при който нагрята заготовка се компресира, като се принуждава метала да се разпределя навън в четирите полости на матрицата. За кръстовина на карданно разклонение това включва използването на процес с затворена матрица, при който нагрята заготовка се компресира, като се принуждава метала да се разпределя навън в четирите полости на матрицата, които оформят раменете на кръстовината. Процесът е проектиран така, че да се осигури напълно запълване на кухината на матрицата и да се минимизира отпадъчният материал (флаш).