خدمات دنده زنی (Gear Machining)
یکی از کاربردی ترین قطعات و عناصر استفاده شده در سامانه‌های مکانیکی در صنایع مختلف چرخ دنده ها هستند. وظیفه آن ها انتقال قدرت و توان ازیک محوردوار به محور دیگر با ویژگی‌های مکانیکی مشخص (مثلا داشتن نسبت تبدیل معین) می‌باشد. چرخ دنده ها از طریق درگیری دندانه ها و ایجاد نیروی تماسی، نیرو و گشتاور را منتقل میکنند. لذا هندسه دندانه ها، تعداد آن ها، و استحکام و دقت ابعادی آن ها بسیار مهم می‌باشد چرا که ایراد در هر یک از این فاکتور ها می‌تواند به ناکارآمدی چرخ دنده و انتقال قدرت منجر شود. از این جهت، فرآیند دنده زنی به عنوان یکی از خدمات ماشین کاری و براده برداری نیازمند دقت و حساسیت بسیار بالایی می‌باشد. که در این مقاله به طور کامل به نحوه ساخت دندانه‌های چرخ دنده می‌پردازیم.
دنده زنی (چرخ دنده زنی) چیست؟
درواقع، کلمه ی "دنده زنی" اشاره به یک سری فرآیندهای ساخت و تکنیک‌های جامع دارد که در جهت ساخت دقیق دندانه‌های چرخ دنده مورد استفاده قرار می‌گیرند. به بیان دیگر، دنده زنی تبدیل مواد خام اولیه به یک چرخ دنده کارا و موثر که وظیفه انتقال قدرت را به خوبی انجام میدهد است. لازم به ذکر است که هدف نهایی دنده زنی فقط ساختن دنده ها نیست، بلکه ساخت دقیق پروفیل دندانه، فاصله بین دندانه ها به طور مهندسی شده مطابق با استانداردهای جهانی است.
مراحل فرایند دنده زنی (Gear Machining)
فرآیند دنده زنی یک فرایند سیستماتیک است که از مراحل مختلفی تشکیل شده است که هدف آن تبدیل ماده خام اولیه به چرخ دنده با ساخت دقیق و راندمان بالا است. البته، این مراحل بسته به نوع چرخ دنده، جنس آن، و کیفیت مطلوب متفاوت است اما به طور کلی به مراحل اصلی به شرح زیر است:
1- طراحی و برنامه ریزی: این مرحله که بسیار اساسی می‌باشد به تعریف مشخصات چرخ دنده با توجه به کاربرد آن دارد. در این مرحله پارامتر‌هایی همچون مدول یا گام قطری، تعداد دندانه، زاویه فشار، نوع چرخ دنده، انتخاب استاندارد (ISO یا AGMA) باید تعیین شوند.
2- آماده سازی مواد اولیه: مواد اولیه از طریق برش میلگرد فلزی، فورج و یا ریخته گری به دست می‌آید که باید قبل از فرایند دنده زنی به کمک تراشکاری منوال و یا تراشکاری CNC ماشینکاری شود.
3- ساختن دنده: این اصلی ترین مرحله جهت ساختن دنده ها هست که به دو روش کلی قابل انجام است. اولین روش عبارت است از ماشین کاری چرخ دنده که رایج ترین روش دنده زنی است و خود آن به روش‌هایی مانند فرزکاری، هابینگ و شیپینگ قابل انجام است. دومین روش عبارت است از شکل دهی چرخ دنده که هیچ براده ای از ماده خام برداشته نمی شود و چرخ دنده از تغییر شکل ماده اولیه بدست می‌آید. شکل دهی به روش‌های فرجینگ (آهنگری)، رولینگ و متالورژی پودر قابل انجام است.
4- عملیات حرارتی: چرخ دنده ها اکثرا از جنس فولاد ساخته می‌شوند. برای بهبود ویژگی‌های مکانیکی چرخ دنده، چرخ دنده خام فولادی بروش سختکاری سطحی و یا سختکاری عمقی عملیات حرارتی می‌شود.
5- عملیات پرداخت کاری: از آنجایی که عملیات حرارتی باعث اعوجاج‌های سطحی روی سطح چرخ دنده می‌شود، پرداخت کاری (finishing) جهت رفع این اعوجاج ها صورت می‌گیرد تا چرخ دنده نهایی بوجود آید. از متداول ترین روش‌های پرداخت کاری می‌توان به سنگ زنی و لپینگ اشاره کرد.
6- کنترل کیفیت: در نهایت چرخ دنده باید مورد بازرسی جهت چک کردن ابعاد و انجام آنالیز‌های ابعادی قرار گیرد.
کاربردهای خدمات دنده زنی در صنعت
کاربرد اصلی خدمات دنده زنی عبارت است از تولید انبوه انواع چرخ دنده ها و یا تولید چرخ دنده های خاص و سفارشی برای تعمیرات و بازسازی تجهیزات صنعتی. در ادامه با کاربرد انواع چرخ دنده ها آشنا می‌شویم تا اهمیت دنده زنی بیشتر روشن شود. چرخ دنده‌ها به عنوان اجزای کلیدی در سیستم‌های مکانیکی، نقش حیاتی در انتقال گشتاور، تغییر سرعت و جهت حرکت ایفا میکنند و در صنایع گوناگون کاربرد گسترده‌ای دارند.
از چرخ دنده‌های ساده (spur gears) برای انتقال نیرو در محورهای موازی استفاده می‌شود، در حالی که چرخ دنده‌های مارپیچ (helical gears) برای عملیات پرسرعت و کم‌صدا در گیربکس‌ها و نوار نقاله‌ها ایده‌آل هستند؛ ترکیب‌هایی مانند چرخ دنده‌های سیاره‌ای (epicyclic gears) در ماشین‌آلات صنعتی برای دستیابی به نسبت‌های متغیر گشتاور بدون تغییر سرعت موتور به کار می‌روند. در صنعت خودروسازی، چرخ دنده‌های هیپوئید (hypoid gears) در دیفرانسیل‌ها برای کاهش نویز و افزایش نسبت گشتاور تا 60:1 کاربرد دارند، و سیستم رک و پینیون (rack and pinion) برای تبدیل حرکت چرخشی به خطی در فرمان خودروها ضروری است. در هوافضا، چرخ دنده‌های هارمونیک (harmonic gears) به دلیل دقت بالا و عدم backlash در رباتیک و موتورهای هواپیما مورد استفاده قرار می‌گیرند. چرخ دنده‌های حلزونی (worm gears) برای نسبت‌های بالا (تا 500:1) در تجهیزات سنگین مانند پرس‌ها و بالابرها به کار می‌روند، که اغلب خودقفل‌شونده هستند تا موقعیت را حفظ کنند.
انواع دنده زنی کدام است؟
با توجه به نوع چرخ دنده (چرخ دنده ساده، حلزونی، مخروطی، هلیکال، و غیره)، روش‌های متعددی را می‌توان برای این کار در نظر گرفت که در این بخش به اختصار به این روش ها می‌پردازیم.
دنده زنی با فرز (Gear Milling)
فرزکاری دنده، یک فرآیند رایج برای ماشینکاری چرخ دنده است که قطعه خام را به چرخ دنده تبدیل می‌کند. این روش که خود به خدماتی مانند فرزکاری CNC و فرز کاری منوال تقسیم می‌شود یکی از انعطاف پذیرترین متدها برای تولید انواع چرخ دنده خارجی است، به خصوص در شرایط تولید در حجم پایین یا سفارشی. در فرایند فرزکاری دنده از ابزار پولکی مدولی و یا انگشتی‌های خاص استفاده می‌شود.
دنده زنی با دستگاه هاب (Gear Hobbing)
هابینگ چرخ دنده، یک فرآیند تولیدی و بسیار کارآمد است که به طور پیوسته انجام می‌گیرد و برای تولید انبوه طیف گسترده‌ای از چرخ دنده ها، از جمله چرخ دنده‌های ساده (spur)، هلیکال، حلزونی و هزارخاری استفاده می‌شود. این فرآیند از یک ابزار برش تخصصی به نام هاب بهره می‌برد؛ هاب در واقع یک حلزونی (worm) رزوه شده است که با ایجاد شیارهایی روی آن، دندانه‌های برش‌دهنده را تشکیل میدهد. این ابزار به طور پیوسته همراه با قطعه خام چرخ دنده می‌چرخد و در حالی که هر دو محور با نسبتی دقیق هم‌گام شده‌اند، به تدریج فضاهای بین دندانه‌ها را برش می‌زند. این عمل برش پیوسته، برخلاف ماهیت منقطع فرزکاری، هابینگ را به روشی به مراتب سریع‌تر و پربازده‌تر برای تولید در حجم‌های متوسط تا بالا تبدیل کرده است. با وجود اینکه برای هر چرخ دنده به ابزارآلات اختصاصی نیاز دارد، اما توانایی آن در تولید چرخ دنده‌های دقیق با کیفیت سطح عالی و انطباق‌پذیری آن با سیستم‌های CNC کاملاً خودکار، جایگاه آن را به عنوان رایج‌ترین روش صنعتی برای ساخت چرخ دنده تثبیت کرده است.
دنده زنی با دستگاه شیپینگ (Gear Shaping)
ساخت چرخ دنده به روش شیپینگ (Gear Shaping)، یک فرآیند تولید چرخ دنده بسیار دقیق است که از یک ابزار برشی رفت و برگشتی، شبیه به یک پینیون (چرخ دنده کوچک)، برای ماشینکاری تدریجی دندانه‌های چرخ دنده استفاده می‌کند. مکانیزم براده برداری در شیپینگ دنده مشابه فرایند صفحه تراشی است. تولید چرخ دنده‌های داخلی (Internal Gears) که در گیربکس‌های خورشیدی استفاده می‌شوند به روش شیپینگ قابل انجام است. با وجود اینکه، سرعت این روش نسبت به هابینگ کمتر است، اما این روش به دلیل انعطاف پذیری فوق‌العاده‌اش در تولید چرخ دنده های داخلی و خارجی ساده پرکاربرد است.
دنده زنی با روش خانکشی (Gear Broaching)
خانکشی چرخ دنده یک فرآیند ماشینکاری بسیار پربازده است که با توانایی خود در تولید چرخ دنده‌های فوق‌العاده دقیق در یک حرکت خطی، به وسیله ابزاری چند دندانه به نام بروچ (broach) شناخته می‌شود. هر دندانه ابزار بروچ کمی از دندانه قبلی بزرگتر است و باعث می‌شود تا به صورت تدریجی فلز را بردارد و دندانه را ایجاد کند. درواقع این کار، کل پروفایل دندانه، عمق و کیفیت سطح را همگی در یک مرحله ایجاد می‌کند.
رولینگ دنده (Gear Rolling)
ساخت چرخ دنده با غلتک که با نام رولینگ دندانه نیز شناخته می‌شود، یک فرآیند شکل دهی سرد است که برای ایجاد دندانه‌های چرخ دنده از طریق تغییر شکل پلاستیک، و نه با حذف مواد، به کار می‌رود. در این عملیات که پرسرعت و بدون تولید براده است، یک قطعه خام چرخ دنده استوانه‌ای شکل بین دو یا سه غلتک سخت کاری شده که حاوی تصویر معکوس پروفایل دندانه مورد نظر هستند، فشرده می‌شود. همان‌طور که غلتک‌ها میچرخند و فشار فوق‌العاده‌ای اعمال میکنند، مواد سطحی قطعه را به سمت بیرون جابجا میکنند و آن را به داخل حفره‌های غلتک جاری می‌‌سازند تا دندانه‌هایی دقیق و پیوسته تشکیل شود. مزیت اصلی این فرآیند، سرعت تولید استثنایی و بهره وری بالای مواد آن است، چرا که هیچ‌گونه ضایعاتی تولید نمی‌کند و کیفیت سطح را بهبود می‌‌بخشد. سطح دندانه در اثر تنش وارد شده کار سخت می‌شود که به افزایش عمر قطعه کمک می‌کند.
دنده زنی چرخ دنده های مخروطی (Bevel Gear Machining)
ساخت چرخ دنده مخروطی بواسطه هندسه بسیار پیچیده چرخ دنده های مخروطی، چالش برانگیز است. دو روش اصلی برای دنده زنی مخروطی وجود دارند که عبارتند از فرزکاری صفحه‌ای (Face Milling) و هابینگ صفحه ای (Face Hobbing):
در روش فرزکاری صفحه‌ای، یک فرآیند تک مرحله ای(Single-Indexing) استفاده می‌شود که در آن یک سر کاتر چرخان با تیغه‌های متعدد، هر بار یک فضای دندانه را برش میدهد. این روش امکان ایجاد اصلاحات موضعی را فراهم می‌سازد و چرخ دنده‌هایی با دقت بسیار بالا تولید می‌کند. به همین دلیل، اغلب در کاربردهای حساس مانند صنایع هوافضا و دیفرانسیل خودروهای سنگین استفاده می‌شود.
هابینگ صفحه‌ای یک فرآیند تولیدی پیوسته است که در آن کاتر و قطعه کار با یک نسبت ثابت و هم زمان میچرخند و چندین دندانه به طور همزمان برش می‌خورد. این امر منجر به نرخ تولید بالاتر و کیفیت سطح عالی می‌شود، و به همین دلیل، ترجیح بر این است که از این روش برای تولید انبوه استفاده شود
هر دو فرآیند هابینگ صفحه ای و فرز صفحه ای به ماشین‌آلات و کاترهای بسیار تخصصی و گران قیمت نیاز دارند و معمولاً پس از آن‌ها عملیات پرداخت نهایی مانند لپینگ یا سنگ زنی انجام می‌شود تا از الگوی تماس دقیق دندانه‌ها و عملکرد روان و بی‌صدای چرخ دنده در محصول نهایی اطمینان حاصل شود.
پرداختکاری دنده بروش شیوینگ (Gear Shaving)
شیوینگ دنده (Gear Shaving) یک فرآیند پرداختکاری است که پس از برش اولیه دندانه‌های چرخ دنده (مثلاً توسط هابینگ یا یا فرز) و قبل از عملیات حرارتی انجام می‌شود. هدف اصلی این فرآیند، اصلاح خطاهای جزئی در پروفیل و بهبود جهت‌گیری و گام دندانه است تا عملکرد چرخ دنده روان‌تر و دقیق تر شود.
این فرآیند شامل قرار دادن چرخ دنده از پیش برش خورده در تماس نزدیک با یک ابزار برش دهنده مخصوص است. این کاتر سختکاری و سنگ‌زنی شده دارای شیارهایی در عرض دندانه‌های خود است که لبه‌های برش را ایجاد میکنند. با قرار گرفتن چرخ دنده و کاتر در محورهای متقاطع، و با یک حرکت کشویی رفت و برگشتی که مقادیر بسیار جزئی از مواد را از سطح دندانه‌ها می‌تراشد این فرآیند انجام می‌شود.
شیوینگ چرخ دنده به عنوان یک عملیات ثانویه بسیار پربازده و اقتصادی در تولید انبوه چرخ دنده‌های گیربکس خودرو استفاده می‌شود. این فرآیند به بهبود کیفیت سطح، کاهش صدای عملیاتی و تضمین الگوی تماس دندانه دقیق تر قبل از عملیات سختکاری نهایی کمک می‌کند.
سنگ زنی دنده (Gear Grinding)
سنگ‌زنی یک فرآیند ماشینکاری دقیق و ساینده است که به عنوان روش اصلی پرداختکاری نهایی چرخ دنده‌های سختکاری شده پس از عملیات حرارتی استفاده می‌شود. هدف اصلی این فرآیند دستیابی به هندسه‌ای فوق‌العاده دقیق برای دندانه‌ها است.
این فرآیند از یک دستگاه سنگ زنی چرخ دنده با سنگ ساینده حلزونی و یا دیسکی استفاده می‌کند که در امتداد سطح دندانه‌ها حرکت می‌کند. این کار با برداشتن مقادیر بسیار اندکی از ماده، پروفایل اینولوت و گام دندانه را با دقت بالا اصلاح و بهینه می‌سازد. نتیجه این عملیات، دقت ابعادی استثنایی، کیفیت سطح فوق‌العاده و صدای بسیار پایین در حین کار است.
با اینکه سنگ زنی کند و پرهزینه است، اما توانایی آن در پرداختکاری مواد سخت شده با بالاترین استانداردهای کیفی، آن را به روشی ضروری برای تولید چرخ دنده‌های با عملکرد بالا تبدیل کرده است. این چرخ دنده ها در کاربردهای حیاتی مانند سیستم‌های انتقال قدرت هوافضا، گیربکس‌های خودرو و ماشین‌آلات صنعتی دقیق مورد استفاده قرار می‌گیرند.
راندینگ دنده (Gear Tooth Rounding)
گرد کاری دندانه یا راندینگ، یک فرآیند پرداختکاری ثانویه است که بر حذف لبه‌های تیز تمرکز دارد که توسط فرآیندهای برش اولیه مانند هابینگ یا شیپینگ بر روی انتهای دندانه‌های چرخ دنده باقی می‌‌مانند. راندینگ دنده از ایجاد ریزترک‌هایی که می‌توانند به شکست دندانه منجر شوند جلوگیری کرده و درگیری چرخ دنده ها هنگام تعویض دنده در گیربکس‌ها را تسهیل می‌کند. این فرآیند با استفاده از ماشین‌های تخصصی که از ابزار‌های برشی استوانه ای با سر هرمی شکل استفاده میکنند، انجام می‌شود.
چمفرینگ یا پوینتینگ دنده (Gear Tooth Pointing / Chamfering)
پوینتینگ یا چمفرینگ دنده به فرایندی گفته می‌شود که در آن لبه انتهایی تک تک دنده‌های چرخ دنده از دو طرف پخ زده می‌شود و ظاهری مشابه سقف شیروانی پیدا می‌کند. این کار در گیربکس‌هایی که امکان تعویض دنده وجود دارد ضروری است. مثلا در گیربکس دستی خودروها، توپی و کشویی سنکرون در تعویض دنده نقش دارند و برای تسهیل درگیری و سنکرون شدن، دندانه‌های توپی و کشویی پوینتینگ می‌شوند.
مواد صنعتی مورد استفاده در فرآیند دنده زنی
- انتخاب ماده خام یک تصمیم مهم در ساخت چرخ دنده است که به طور مستقیم بر قابلیت ماشینکاری، عملیات حرارتی، هزینه نهایی و عملکرد چرخ دنده تأثیر می‌گذارد. فلزات رایج مورد استفاده در ساخت چرخ دنده عبارتند از:
- فولادها: فولادها رایج‌ترین مواد برای چرخ دنده‌های صنعتی هستند و تعادلی عالی بین استحکام، چقرمگی و قابلیت ماشینکاری ارائه می‌دهند.
- چدن‌ها: چدن به دلیل قابلیت ریخته‌گری عالی، ماشینکاری خوب و خواص ذاتی میرایی ارتعاش، در ساخت چرخ دنده های بزگ ماشین آلات سنگین صنعتی کاربرد دارد.
- برنج و برنز: این فلزات دارای ضریب اصطکاک پایین و مقاومت به خوردگی خوبی هستند و به همین خاطر بطور رایج در ساخت چرخ حلزون گیربکس‌های حلزونی کاربرد دارند.
- آلومینیوم: در کاربردهایی که وزن کم بسیار حیاتی است استفاده می‌شود. با این حال، به دلیل استحکام و مقاومت به سایش کمتر، چرخ دنده‌های آلومینیومی کاربرد بسیار محدودی در صنعت دارند.
قیمت و هزینه خدمات دنده زنی
تعیین قیمت خدمات دنده زنی به عوامل زیر وابسته است:
- نوع چرخ دنده : بطور کلی دنده زنی چرخ دنده های ساده ارزان تر از دنده زنی چرخ دنده های مارپیچی و یا حلزونی است. همچنین دنده زنی چرخ دنده داخلی می‌تواند گران تر دنده زنی خارجی باشد.
- تعداد دندانه: هرچه تعداد دندانه ها بیشتر باشد هزینه دنده زنی افزایش می‌یابد.
- مدول چرخ دنده : دنده زنی چرخ دنده هایی که مدول بزرگتری دارند به دستگاه بزرگتری نیاز دارد و عمق براده برداری بیشتری می‌طلبد که باعث گران تر شدن فرایند می‌شود.
- دقت چرخ دنده : بر اساس استاندارد DIN گرید دقت چرخ دنده با عددی بین 4 تا 11 مشخص می‌شود. گرید 4 نشانگر دقیق ترین چرخ دنده های موجود در جهان است و گرید 11 نشان دهنده کم دقت ترین چرخ دنده ها است. گرید دنده در نقشه فنی قطعه آورده می‌شود که مستقیما بر قیمت خدمات دنده زنی تاثیر دارد. هر چقدر دقت چرخ دنده بالاتر باشد قیمت خدمات دنده زنی افزایش می‌یابد.
- تیراژ سفارش: با افزایش تیراژ سفارش، قیمت خدمات کاهش می‌یابد.
بهترین شرکت ارائه کننده خدمات دنده زنی
تعیین بهترین شرکت یا کارگاه دنده زنی وابسته به نوع و تیراژ سفارش تولید چرخ دنده است. در آرشیو صنعت می‌توانید به‌راحتی لیستی از بهترین شرکت‌ها و کارگاه‌های فعال در حوزه خدمات دنده زنی را پیدا کنید. کاربران می‌توانند مشخصات، نمونه‌کارها و سوابق هر تامین‌کننده را بررسی کرده و با مناسب‌ترین آن‌ها به‌صورت مستقیم ارتباط برقرار کنند.
مزایای دریافت خدمات دنده زنی از آرشیو صنعت
در مقایسه با روش‌های سنتی، همچون مراجعه حضوری و پرس و جو از دوستان، استفاده از آرشیو صنعت برای دستیابی به خدمات دنده زنی دارای مزایای زیر می‌باشد:
- دسترسی سریع به اطلاعات کامل خدمات دهندگان
- قابلیت فیلتر مجموعه‌ها بر اساس خدمات و سایز مجموعه
- صرفه جویی در هزینه جست و جو
- دستیابی به بالاترین کیفیت ارائه شده در بازار ایران
- دستیابی به خدمات با پایین ترین قیمت
ثبت سفارش خدمات دنده زنی در آرشیو صنعت
امروزه بدلیل پیچیدگی قطعات صنعتی، هر مرحله از پروسه تولید در مجموعه و کارگاه متفاوتی انجام می‌شود. اگر بدنبال ارائه دهندگان خدمات دنده زنی هستید، کافی است در آرشیو صنعت به جست و جو بپردازید. وبسایت ارشیو صنعت به عنوان پلتفرم تخصصی صنعت ایران مزایا و امکانات زیر را در اختیار بازدیدکنندگان قرار میدهد:
1. جستجوی متخصص یا شرکت بر اساس دسته بندی تخصصی فعالیت‌های صنعتی
2. مشاهده پروفایل شامل معرفی کامل، نمونه‌کارها، اطلاعات تماس و نظر مشتریان
3. انتخاب بهترین گزینه و ارتباط مستقیم برای مشاوره و دریافت قیمت
4. توافق و شروع پروژه بدون واسطه
سوالات متداول در مورد خدمات دنده زنی
دستگاه دنده زنی اتوماتیک چه کاربردی دارد؟
دستگاه‌های دنده زنی اکثرا به سیستم اتوماتیک مجهز هستند. در دستگاه دنده زنی اتوماتیک، کلیه حرکات دستگاه توسط مدار فرمان تابلو برق هدایت می‌شود و نیاری به باردهی دستی برای ماشینکاری هر چرخ دنده نیست.
مدول دنده زنی چیست و چگونه محاسبه می‌شود؟
مدول دنده زنی با تقسیم قطر گام چرخ دنده بر تعداد دندانه‌ها محاسبه می‌شود.
انواع چرخ دنده کدام است؟
چرخ دنده‌های پرکاربرد صنعت عبارتند از چرخ دنده‌های ساده، حلزونی و هلیکال یا مارپیچ
