Grondbeginselen van tandwielproductie: Expertgids voor tandwielproductieprocessen

Het concept van tandwielen bestaat al een tijdje, omdat ze zu de oudste mechanische componenten behoren die vandaag nog relevant zijn. Of het nu de automobielindustrie, de luchtvaartsector, enige industriële machine of iets simpels als een klok is. Tandwielen zijn overal vereist en misschien wilt u meer leren over tandwielfabricage.

De vraag is dus: hoe worden tandwielen geproduceerd?

Voorwoord: Tandwielfabricageproces

Er is geen enkel proces voor tandwielfabricage, omdat ze verschillende processen vereisen, afhankelijk van het type en de toepassing.

Over het algemeen werken tandwielen in zeer zware omstandigheden, omdat krachtoverdracht (het eigenlijke doel van het tandwiel) verschillende eisen stelt. Ten eerste moeten de tandwielen in absolut perfecte staat zijn. Daarna moeten ze altijd betrouwbaar zijn, minimale residuele spanningen hebben en een minimale tot geen kans op scheurvoortplanting.

Naturel zijn al deze eisen extreem moeilijk te voldoen. Toch kan niemand hun belang ontkennen. Daarom is tandwielproductie een gespecialiseerd vakgebied met beperkte toleranties en weinig marge voor fouten.

Dit artikel brengt u terug tot de basis van tandwielfabricage met betrekking tot gangbare materialen voor industriële tandwielen, de processen die tandwielen voorbereiden, en hoe tandwielen al die belasting zonder te breken kunnen weerstaan.

Gangbare typen tandwielen en hun toepassingen

Voordat we dieper ingaan op tandwielsnijden en fabricageprocessen, is het belangrijk om naar de basis te kijken. Er zijn verschillende typen tandwielen en hun toepassing en voordelen.

Uw toepassing, prestatieparameters en talloze andere factoren spelen een belangrijke rol in het type tandwielen dat u gebruikt. Er zijn verschillende manieren om het type tandwiel te karakteriseren, maar de beste en meest relevante vanuit een tandwielfabricageperspectief is via hun tandprofiel.

Hier zijn de 5 soorten tandwielen die u zult tegenkomen.

Cilindrische tandwielen (Spur gears)

Teken een ruwe schets van hoe een tandwiel eruitziet in uw gedachten. De kans is groot dat u denkt aan een tandwiel met rechte tanden. Dat is precies hoe een cylindrisch tandwiel eruitziet.

Het cylindrische tandwiel is het meest voorkomende type tandwiel en heeft meerdere toepassingen in centrales, luchtvaartcomponenten, industriële machines en nog veel meer. Rechte tanden zijn het eenvoudigst te fabriceren en kunnen hoge snelheden en hoge belasting aan. Ze produceren echter veel lawaai en zijn niet geschikt voor toepassingen waar soepelheid van belang is.

Verder kunnen cylindrische tandwielen koppelen met andere tandwielen van hetzelfde type en interne/externe tandwielen. U vindt cylindrische tandwielen in veel tandmechanismen zoals een eenvoudige tandstang/pinion-opstelling of een planetaire tandwielstelsel.

Hun eenvoud betekent dat het voor u makkelijker is om te maken. Daarom vindt u het makkelijker om precisie te handhaven tijdens tandwielproductie. Cilindrische tandwielen hebben ook weinig tot geen axiale belasting, wat ze efficiënt maakt voor een tandwieltrein waar u mechanische verliezen wilt minimaliseren.

Schuine tandwielen (Helical gears)

Schuine tandwielen zijn vrij vergelijkbaar met cylindrische tandwielen, maar ze komen met tanden die om een cilinderlichaam gedraaid zijn. Deze kwaliteit stelt ze in staat om met zowel parallelle als niet-parallelle assen te werken. Hun koppeling werkt echter alleen met andere schuine tandwielen van dezelfde helixhoek (de hoek van draaiing ten opzichte van de oorspronkelijke cilinder).

De meeste toepassingen van schuine tandwielen zijn dezelfde als die van cylindrische tandwielen. De schuine tanden spelen echter een grote rol in het verminderen van de impactsbelasting en het soepeler maken van de operaties. Dit betekent minder lawaai, maar ten koste van efficiëntie. Relatief tot cylindrische tandwielen zal een schuine tandwieltrein meer verliezen hebben en ook druklagers nodig hebben vanwege de vorm.

Vanuit een fabricageperspectief zijn schuine tandwielen lastiger dan cylindrische tandwielen. De helixhoeken zijn moeilijk te repliceren met een lage acceptabele tolerantierange. Bovendien maken de fabricagekosten en de toevoeging van andere axiale elementen ze geschikt voor beperkte operaties.

Kegeltandwielen (Bevel gears)

Kegeltandwielen zijn niet uw standaard cilinderachtige tandwielen. Ze komen op een kegelvormig oppervlak dat u in staat stelt de richting van de overdracht op snijende assen te veranderen. Over het algemeen werken kegeltandwielen met 90 graden hoeken. U kunt ze echter ook in andere configuraties gebruiken.

Hier zijn enkele gangbare typen kegeltandwielen die u in diverse toepassingen kunt vinden.

• Rechte kegeltandwielen
• Spiraal kegeltandwielen
• Miter tandwielen
• Kroon tandwielen
• Hypoïde tandwielen

Wormwielen (Worm gears)

Het wormwielstelsel is een combinatie van twee componenten. Een wormwiel en een schroefvormig tandwiel. Ze worden voornamelijk gebruikt in luchtvaart, industriële machines, liften en automobielsturing.

De wormwielopstelling biedt niet veel snelheid of efficiëntie. Het biedt echter een unieke eigenschap die vereist is voor zelfsluitende mechanismen. In veel gevallen kan de worm het wiel draaien, maar omgekeerd kan niet gebeuren vanwege de tandwielhoeken. Verder is een ander belangrijk punt dat wormwielen veel wrijving hebben en continue smering kunnen vereisen om goed te functioneren.

Tandstang en pinion (Rack and pinion)

Het tandstang-en-pinion-systeem is een andere combinatie die primair werkt om rotatiebeweging om te zetten in lineaire beweging en vice versa. De tandtanden kunnen koppelen met zowel cilindrische als schuine tandtypen, zodat u kunt werken op zowel parallelle assen als onder een hoek. Enkele van de meest voorkomende toepassingen van dit systeem zijn in automobielsysteem, weegschalen en andere vergelijkbare systemen.

Materialen gebruikt voor het produceren van tandwielen

Er is geen materiaalbeperking bij tandwielen. De vroegste waren houten, en u kunt verschillende materialen voor tandwielen in de industrie vinden. Van grote industriële tandwielen van staal of ijzer tot kleine plastic tandwielen in speelgoed. De materiaalcombinaties zijn oneindig.

Niettemin worden de volgende items het meest gebruikt in tandwielfabricage en tandwielvormgevingsprocessen:

• Gietijzer
• Staal
• Brons
• Kunststoffen

Tandwielen hebben zeer specifieke criteria voor materiaalselectie. Afhankelijk van de toepassing moet het gekozen materiaal de juiste trekkracht en uithoudingsvermogen hebben.

Bovendien is het wrijvingscoëfficiënt een ander overweging, omdat tandwielen constant contact nodig hebben. Ten slotte moet u ook materialen selecteren die gemakkelijk te verwerken zijn. Een sterk materiaal met lage bewerkbaarheid zal moeilijker te hanteren zijn, omdat tandwielfabricage extreme precisie en nauwkeurigheid vereist.

De bovengenoemde materialen komen met de perfecte balans van deze eigenschappen voor hun toepassingen. Daarom zult u ze vaak zien in de meeste tandwielen die u tegenkomt.

RapidDirect kan al deze materialen aanbieden die gebruikt worden in het tandwielfabricageproces. Upload uw ontwerpbestand om een offerte voor uw tandwielproject te krijgen.

Gangbare tandwielfabricageprocessen

Tandwielproductie is tamelijk ingewikkeld vanwege de precisie die het vereist. Vandaag de dag is tandwielfabricage een industrie op zich die zich baseert op meerdere processen, zowel traditionele als moderne, om het juiste evenwicht tussen kosten, kwaliteit en operaties te garanderen.

Hier is een lijst van gangbare tandwielsnij- en fabricageprocessen samen met hun duidelijke voor- en nadelen.

1 – Gieten (Casting)

Gieten is een eenvoudiger proces dat voornamelijk gebruikt wordt om blanks of cylinders voor tandwielen voor te bereiden, terwijl de tanden door bewerking worden gemaakt. Het is echter een haalbaar tandwielfabricageproces voor het hele onderdeel voor veel toepassingen vanwege de massa-productiecapaciteit en relatieve gemak.

Er is echter één gebied waar gieten de meest voorkeur heeft als fabricagemethode in de industrie. Dat is de productie van zeer grote tandwielen. Bewerkingsmethoden en andere tandwielvormgevingsmethoden zijn niet zo haalbaar in gevallen van grote diameters. Over het algemeen zijn grotere tandwielen bijna altijd van het cylindrische type. Hun relatieve eenvoud maakt gieten een zeer goede optie.

Onder de meest voorkomende gietmethoden zijn schepgieten, kokillengieten, zandgieten en permanent kokillengieten de meest gangbare voor tandwielproductie. Andere methoden hebben beperkt gebruik in sommige toepassingen. De bovengenoemde zijn echter de meest gangbare in de industrie.

2 – Smeden (Forging)

Dit is een ander vormgevingsproces dat u zowel blanks als gereed tandwielen kan geven, afhankelijk van uw vereisten. Smeden is tamelijk haalbaar in gevallen waar u relatief eenvoudige tandwielen heeft.

Theoretisch is smeden een uitstekend tandwielfabricageproces voor zware toepassingen vanwege een simpele reden. Smeden vereist warmtebehandeling, wat betekent dat het resulterende tandwiel betere vermoeidheidseigenschappen zou hebben. De enorme kracht die voor het smedingsproces vereist is, beperkt echter de grootte en dunheid van dit proces.

Over het algemeen werkt smeden goed voor tandwielen binnen 6 – 10 ft diameter. Afhankelijk van het type smeden, bijvoorbeeld precisiesmeden, moet u de tandwielen mogelijk wel of niet na bewerken.

3 – Extrusie en koude trekking (Extrusion and cold-drawing)

Dit is een ander tandwielvormgevingsproces dat zowel veelzijdig als eenvoudiger is. Feitelijk heeft extrusie een lagere tooluitgaven, maar dat betekent niet dat het het meest economische proces is.

Extrusie, zoals de naam suggereert, is het proces waarbij een verwarmd metalprofiel door een kleinere vooraf bepaalde vorm wordt geperst. Als resultaat krijgt u een staaf van uw gewenste vorm met een gehard en glad buitenoppervlak.

Het koude trekproces is erg vergelijkbaar met extrusie. Er zijn twee verschillen. Extrusie duwt de blank door een matrizetrekker, terwijl trekken het trekt. Het andere verschil is de temperatuur. Koude trekking verwarmt de blok niet. Hierdoor worden de mechanische eigenschappen verbeterd ten koste van de kosten.

4 – Pulvermetallurgie (Powder metallurgy)

Pulvermetallurgie is een geavanceerd proces dat in de laatste jaren significante vooruitgang heeft geboekt. Vandaag de dag wordt het gebruikt voor meerdere productieprocessen, waaronder tandwielproductie.

Hoe werkt pulvermetallurgie? Vanuit het uiterlijk is het tamelijk eenvoudig. Er zitten echter veel ingewikkeldheden in.

Het begint allemaal met metalpoeder. De eerste stap is om al het poeder de gewenste eindvorm te geven. Zodra u klaar bent, zorgt de volgende stap ervoor dat de hele opstelling tamelijk compact is, want dat resulteert in betere mechanische eigenschappen. Verwarm de hele opstelling voorzichtig en u bent klaar.

Pulvermetallurgie is extreem efficiënt, eenvoudig en haalbaar voor grote hoeveelheden. U hoeft zich geen zorgen te maken over post-verwerking, want het product is direct klaar voor gebruik. De resulterende tandwielen kunnen echter niet te veel belasting dragen en er zijn ook groottebeperkingen.

Bovendien is de initiële kosten voor elke pulvermetallurgie-opstelling tamelijk hoog, wat het onhaalbaar maakt voor lage-volume productie.

5 – Uitsnijden (Blanking)

Uitsnijden is een proces dat erg op extrusie lijkt, maar beperkte 3-dimensionale mogelijkheden heeft. Dit tandwielvormgevingsproces gebruikt bladmetaal om de gewenste vorm te creëren met behulp van meerdere matrizes. U kunt verschillende typen tandwielen produceren met het uitsnijproces. Cilindrische tandwielen geven echter de beste resultaten.

Vandaag de dag wordt het uitsnijproces van tandwielproductie door meerdere industrieën gebruikt voor lichte toepassingen. Bijvoorbeeld kantoorapparatuur, hydrauliek, kleine medische apparaten en andere toepassingen met lage belastingvereisten.

6 – Tandwielbewerking (Gear Machining)

Bewerking is onder de meest gangbare tandwielfabricageprocessen vanwege de veelzijdigheid. Traditionele bewerking was tamelijk gangbaar voor tandwielsnijden en fabricage, maar de vooruitgang in CNC-bewerking heeft de populariteit gedreven.

De volgende 4 tandwielsnijmethoden zijn de meest gangbare in de industrie.

Waaien (Hobbing)

Waaien gebruikt een kegelvormig snijgereedschap genaamd een waai. Zowel de waai als het werkstuk draaien terwijl de waai om de tandwielblank roteert. Tot nu toe zijn externe cilindrische en schuine tandwielen de enige producten die u kunt maken met waaien.

Het proces is tamelijk veelzijdig en snel. U kunt uw productiesnelheden verhogen door meerdere stapels tegelijk te verwerken. Het vereist echter meer vaardigheid en precisie.

Vormfrezen (Shaping)

Vormfrezen is een geavanceerd tandwielsnij- en fabricageproces dat tandwielen ontwikkelt die waaien niet kan hanteren. De snijder kan van elke vorm zijn, zoals een pinion, tandstang-vorm, of enkelpuntvorm. Het lijkt tamelijk op tandwielen en werkt door in de blank te snijden op uw vereiste vorm. U kunt interne of clustertandwielen maken met het vormfrezenproces.

Broochen (Broaching)

Broochen is misschien wel de snelste methode van tandwielvormsnijden. Het steunt op een multi-tand gereedschap met ingesloten snijters die dieper gaan dan hun voorgangers. Dit resulteert in kleinere, incrementele sneden die makkelijker te maken zijn en snel de vereiste vorm geven zonder de precisie in te boeten.

Dit tandwielfabricageproces is typisch voor interne tandwielen, maar u kunt het ook gebruiken om externe tanden te maken. Daarvoor hebt u een gespecialiseerd gereedschap nodig voor pot-broochen dat u in staat stelt dezelfde precisie en efficiëntie te repliceren.

Frezen (Milling)

Dit is een basale tandwielsnijmethode waarbij u individuele tandwieltanden achtereenvolgens produceert. Het is tamelijk veelzijdig, vooral wanneer u een CNC-freesmachine betrekt. Hoewel u elk type tandwiel op een freesmachine kunt maken, laat de precisie van deze methode veel te wensen over. Daarom is frezen niet zo gangbaar als vroeger.

Echter, de recente ontwikkelingen in het CNC-domein en multi-as hebben dingen veranderd. Tandwielfabricage op freesmachines wordt steeds meer gangbaar. Dus dingen zullen alleen maar beter worden met de tijd.

Tandwielfabricage Post-verwerking

Afhankelijk van de tandwielfabricagemethode die u gebruikte, zullen uw tandwielen wat post-verwerking nodig hebben voordat ze 100% klaar zijn. Die post-verwerking kan variëren van warmtebehandeling voor verbeterde vermoeidheidskenmerken tot dimensionele correctie en oppervlakteafwerking.

Hier zijn de 5 meest gangbare oppervlakteafwerkingsprocessen die gangbaar zijn in tandwielproductie.

• Slijpen: Net zoals de naam suggereert, is slijpen een gangbaar oppervlakteafwerkingsproces dat u een gladde afwerking over het hele oppervlak geeft. U kunt het intermitterend of continu uitvoeren, en het beïnvloedt de resultaten niet.
• Lappen (Lapping): Dit proces is voor gevoelige tandwielen waar u extreme precisie nodig hebt. Lappen gebruikt kleine abrasieve deeltjes om een oppervlak glad te maken bij lage of middelhoge snelheden.
• Honen (Honing): Dit is een ander gangbaar proces dat het oppervlak polisjeert en glad maakt. Bovendien kunt u ook kleine fouten in uw tandgeometrie corrigeren.
• Schaven (Shaving): Dit proces verwijdert extreem dunne lagen van het oppervlak om een glad profiel te bereiken. Schaven is over het algemeen duur, dus het wordt zelden gebruikt in tandwielproductie.
• Uitgieten (Burnishing): In essentie is uitgieten het proces van het gebruiken van compressie om het oppervlak glad te maken.

Benader RapidDirect voor de beste tandwielfabricagediensten

Tandwielfabricage is een gespecialiseerd vakgebied dat extreme precisie en nauwkeurigheid vereist. Tandwielen zijn een essentieel onderdeel voor elk mechanisch systeem en zelfs de kleinste fabricagefout kan verwoestende gevolgen hebben. Daarom moet u voorzichtig zijn met de dienst die u selecteert.

RapidDirect is een ISO-gecertificeerde dienst met het meest ervaren team dat de beste prestaties levert tegen de meest competitieve prijs. Wij bieden state-of-the-art diensten die u het beste leveren wat betreft tandwielfabricage.

Van grote tandwielen voor industriële machines tot de kleinste componenten voor elke nis-toepassing, RapidDirect biedt de juiste combinatie van vaardigheden, ervaring en kwaliteit die u nodig heeft. Neem vandaag nog contact met ons op en ontvang een initiële offerte binnen een paar uur.