عملية تشكيل التروس، ومعايير القطع، ومتطلبات الأدوات إذا كان من الصعب جدًا تشكيل الترس وتحتاج كفاءة التشغيل إلى تحسين

تُعدّ التروس العنصر الأساسي لنقل الحركة في صناعة السيارات. عادةً، تحتوي كل سيارة على ما بين 18 و30 سنًا. تؤثر جودة التروس بشكل مباشر على مستوى الضوضاء، وثبات السيارة، وعمرها الافتراضي. تُعتبر آلات تصنيع التروس نظامًا معقدًا من الآلات، ومعدات أساسية في صناعة السيارات. وتُعدّ الدول الرائدة عالميًا في صناعة السيارات، مثل الولايات المتحدة وألمانيا واليابان، من الدول الرائدة أيضًا في تصنيع آلات تصنيع التروس. تشير الإحصائيات إلى أن أكثر من 80% من تروس السيارات في الصين تُصنّع باستخدام معدات محلية الصنع. في الوقت نفسه، تستهلك صناعة السيارات أكثر من 60% من آلات تصنيع التروس، وستبقى دائمًا القطاع الرئيسي المستهلك لهذه الآلات.

تكنولوجيا معالجة التروس

1. الصب وصنع القوالب

لا تزال عملية التشكيل بالقوالب الساخنة شائعة الاستخدام في صبّ قطع غيار السيارات. وفي السنوات الأخيرة، انتشرت تقنية الدرفلة المتقاطعة على نطاق واسع في تصنيع الأعمدة. وتُعدّ هذه التقنية مناسبة بشكل خاص لتصنيع قطع غيار أعمدة الأبواب المعقدة، فهي لا تتميز فقط بدقة عالية، وهامش خراطة منخفض، بل تتميز أيضًا بكفاءة إنتاجية عالية.

2. التطبيع

تهدف هذه العملية إلى الحصول على الصلابة المناسبة لقطع التروس اللاحق، وإعداد البنية المجهرية للمعالجة الحرارية النهائية، وذلك للحدّ من تشوّهات المعالجة الحرارية. عادةً ما يكون فولاذ التروس المستخدم من نوع 20CrMnTi. ونظرًا لتأثير العوامل البشرية والمعدات والبيئة، يصعب التحكم في سرعة التبريد وتجانسه لقطعة العمل، مما يؤدي إلى تباين كبير في الصلابة وعدم تجانس البنية المعدنية، الأمر الذي يؤثر سلبًا على قطع المعدن والمعالجة الحرارية النهائية، وينتج عنه تشوّه حراري كبير وغير منتظم، وبالتالي جودة غير قابلة للتحكم. لذلك، تُعتمد عملية التطبيع متساوي الحرارة. وقد أثبتت التجارب العملية أن التطبيع متساوي الحرارة يُعالج عيوب التطبيع التقليدي بفعالية، ويضمن جودة منتج مستقرة وموثوقة.

3. الانعطاف

لتحقيق متطلبات تحديد المواقع في عمليات تصنيع التروس عالية الدقة، تُعالج جميع قطع التروس الخام باستخدام مخارط CNC، حيث تُثبّت ميكانيكيًا دون الحاجة إلى إعادة شحذ أداة الخراطة. تتم معالجة قطر الثقب والسطح النهائي والقطر الخارجي بشكل متزامن تحت تثبيت واحد، مما يضمن استقامة الثقب الداخلي والسطح النهائي، ويقلل من تباين أحجام قطع التروس الخام. وبالتالي، تتحسن دقة قطع التروس الخام، وتُضمن جودة تصنيع التروس اللاحقة. إضافةً إلى ذلك، تُسهم الكفاءة العالية لعمليات الخراطة CNC في تقليل عدد المعدات بشكل كبير، مما يوفر تكلفة اقتصادية عالية.

4. تشكيل التروس وتشكيلها

لا تزال آلات تشكيل التروس التقليدية تُستخدم على نطاق واسع في معالجة التروس. ورغم سهولة ضبطها وصيانتها، إلا أن كفاءتها الإنتاجية منخفضة. ففي حال اكتمال خط إنتاج كبير، يلزم تشغيل عدة آلات في الوقت نفسه. مع تطور تقنية الطلاء، أصبح من السهل جدًا إعادة طلاء أدوات التشكيل والمكابس بعد عملية الطحن. ويمكن تحسين عمر الأدوات المطلية بشكل ملحوظ، بنسبة تزيد عادةً عن 90%، مما يقلل بشكل فعال من عدد مرات تغيير الأدوات ووقت الطحن، وهو ما يحقق فوائد كبيرة.

5. الحلاقة

تُستخدم تقنية تشكيل التروس الشعاعية على نطاق واسع في إنتاج تروس السيارات بكميات كبيرة نظرًا لكفاءتها العالية وسهولة تطبيق متطلبات تعديل شكل واتجاه أسنان التروس. ومنذ أن اشترت الشركة آلة تشكيل التروس الشعاعية الخاصة من شركة إيطالية للتطوير التقني عام ١٩٩٥، أصبحت الشركة خبيرة في تطبيق هذه التقنية، وتتميز جودة المعالجة بالثبات والموثوقية.

6. المعالجة الحرارية

تتطلب تروس السيارات عملية الكربنة والتبريد السريع لضمان خصائصها الميكانيكية الجيدة. وتُعدّ معدات المعالجة الحرارية المستقرة والموثوقة ضرورية للمنتجات التي لا تحتاج إلى طحن التروس بعد المعالجة الحرارية. وقد أدخلت الشركة خط إنتاج الكربنة والتبريد السريع المستمر من شركة German Lloyd's، والذي حقق نتائج مرضية في المعالجة الحرارية.

7. الطحن

يستخدم بشكل أساسي لإنهاء الثقب الداخلي للتروس المعالجة حرارياً، والوجه النهائي، والقطر الخارجي للعمود، وأجزاء أخرى لتحسين دقة الأبعاد وتقليل التفاوت الهندسي.

تعتمد عملية تصنيع التروس على تركيب دائرة الخطوة لتحديد الموضع والتثبيت، مما يضمن بشكل فعال دقة تصنيع السن ومرجع التركيب، والحصول على جودة منتج مرضية.

8. التشطيب

يُستخدم هذا الإجراء لفحص وتنظيف النتوءات والزوائد على أجزاء التروس في ناقل الحركة ومحور الدفع قبل التجميع، وذلك للتخلص من الضوضاء والأصوات غير الطبيعية الناتجة عنها بعد التجميع. استمع إلى الصوت عند تعشيق زوج واحد من التروس أو راقب انحراف التعشيق باستخدام جهاز اختبار شامل. تشمل أجزاء علبة ناقل الحركة التي تنتجها الشركة المصنعة: علبة القابض، وعلبة ناقل الحركة، وعلبة الترس التفاضلي. تُعد علبة القابض وعلبة ناقل الحركة من الأجزاء الحاملة للأحمال، وهي مصنوعة عادةً من سبائك الألومنيوم المصبوبة باستخدام تقنية صب القوالب الخاصة. يكون شكلها غير منتظم ومعقد. تتضمن عملية التصنيع العامة الخطوات التالية: طحن سطح الوصلة ← تشكيل ثقوب المعالجة وثقوب التوصيل ← حفر ثقوب المحامل بشكل تقريبي ← حفر ثقوب المحامل وثقوب دبابيس التثبيت بدقة ← التنظيف ← اختبار التسرب والكشف عنه.

معايير ومتطلبات أدوات قطع التروس

تتعرض التروس لتشوه شديد بعد عمليتي الكربنة والتبريد السريع. وخاصةً في التروس الكبيرة، يكون التشوه البُعدي للدائرة الخارجية والثقب الداخلي بعد الكربنة والتبريد السريع كبيرًا جدًا. ومع ذلك، لم تكن هناك أداة مناسبة لخرط الدائرة الخارجية للتروس المكربنة والمبردة. وقد نجحت أداة bn-h20 التي طورتها شركة "فالين سوبرهارد" للخرط المتقطع القوي للفولاذ المبرد في تصحيح تشوه الثقب الداخلي والسطح النهائي للدائرة الخارجية للتروس المكربنة والمبردة، ووفرت أداة قطع متقطعة مناسبة، مما حقق إنجازًا عالميًا في مجال القطع المتقطع باستخدام الأدوات فائقة الصلابة.

تشوه التروس الناتج عن الكربنة والتبريد: ينتج تشوه التروس الناتج عن الكربنة والتبريد بشكل رئيسي عن التأثير المشترك للإجهاد المتبقي المتولد أثناء التشغيل، والإجهاد الحراري والإجهاد الهيكلي المتولد أثناء المعالجة الحرارية، بالإضافة إلى تشوه وزن قطعة العمل. خاصةً بالنسبة لحلقات التروس الكبيرة والتروس نفسها، حيث يزداد تشوه حلقات التروس الكبيرة بعد الكربنة والتبريد نظرًا لمعامل مرونتها العالي، وطبقة الكربنة العميقة، وطول مدة الكربنة، ووزنها الذاتي. قانون تشوه عمود التروس الكبير: يُظهر القطر الخارجي لدائرة الإضافة اتجاهًا واضحًا للانكماش، ولكن في اتجاه عرض السن لعمود الترس، يقل المنتصف، ويتوسع الطرفان قليلاً. قانون تشوه حلقة التروس: بعد الكربنة والتبريد، يتضخم القطر الخارجي لحلقة التروس الكبيرة. عندما يختلف عرض السن، يكون اتجاه عرض السن مخروطيًا أو أسطوانيًا.

تشكيل التروس بعد الكربنة والتبريد: يمكن التحكم في تشوه حلقة التروس الناتج عن الكربنة والتبريد وتقليله إلى حد ما، ولكن لا يمكن تجنبه تمامًا. فيما يلي حديث موجز عن جدوى استخدام أدوات الخراطة والقطع بعد الكربنة والتبريد لتصحيح التشوه بعد هذه العملية.

خراطة الدائرة الخارجية والثقب الداخلي والسطح النهائي بعد الكربنة والتبريد: تُعد الخراطة أبسط طريقة لتصحيح تشوه الدائرة الخارجية والثقب الداخلي للترس الحلقي المُكربن والمُبرد. سابقًا، لم تتمكن أي أداة، بما في ذلك الأدوات فائقة الصلابة الأجنبية، من حل مشكلة القطع المتقطع الشديد للدائرة الخارجية للترس المُبرد. دُعيت شركة فالين سوبرهارد لإجراء أبحاث وتطوير للأداة، حيث قال خبراء الجمعية الصينية لصناعة السكاكين: "لطالما كان القطع المتقطع للفولاذ المُقسّى مشكلة صعبة، ناهيك عن الفولاذ المُقسّى الذي تبلغ صلابته حوالي 60 HRC، والذي يكون هامش التشوه فيه كبيرًا. عند خراطة الفولاذ المُقسّى بسرعة عالية، إذا كانت قطعة العمل بها قطع متقطع، فإن الأداة ستُكمل عملية التشغيل بأكثر من 100 صدمة في الدقيقة أثناء قطع الفولاذ المُقسّى، وهو ما يُمثل تحديًا كبيرًا لمقاومة الأداة للصدمات". بعد عام من الاختبارات المُتكررة، طرحت فالين سوبرهارد علامة تجارية لأداة قطع فائقة الصلابة لخراطة الفولاذ المُقسّى ذي الانقطاع الشديد. تُجرى تجربة الخراطة على الدائرة الخارجية للترس بعد عملية الكربنة والتبريد السريع.

تجربة على تدوير ترس أسطواني بعد عملية الكربنة والتبريد السريع

تعرض الترس الكبير (الترس الحلقي) لتشوه شديد بعد عملية الكربنة والتبريد السريع. وصل تشوه الدائرة الخارجية للترس الحلقي إلى 2 مم، وبلغت صلابته بعد التبريد السريع 60-65 HRC. في ذلك الوقت، كان من الصعب على العميل إيجاد آلة تجليخ ذات قطر كبير، وكانت مساحة التفاوت في التصنيع كبيرة، وكفاءة التجليخ منخفضة للغاية. في النهاية، تم خراطة الترس بعد كربنته وتبريده سريعًا.

سرعة القطع الخطية: 50-70 متر/دقيقة، عمق القطع: 1.5-2 مم، مسافة القطع: 0.15-0.2 مم/دورة (يتم ضبطها وفقًا لمتطلبات الخشونة)

عند تشكيل الحافة الخارجية للترس المُقسّى، تتم عملية التشغيل دفعة واحدة. أما أداة السيراميك المستوردة الأصلية، فلا يمكن معالجتها إلا عدة مرات لإزالة التشوه. علاوة على ذلك، يكون انهيار الحواف شديدًا، وتكون تكلفة استخدام الأداة مرتفعة للغاية.

نتائج اختبار الأداة: تتميز هذه الأداة بمقاومة صدمات أعلى من أداة السيراميك المصنوعة من نيتريد السيليكون المستوردة، ويبلغ عمرها الافتراضي ستة أضعاف عمر أداة السيراميك المصنوعة من نيتريد السيليكون عند زيادة عمق القطع ثلاثة أضعاف! كما زادت كفاءة القطع ثلاثة أضعاف (كانت تتطلب ثلاث عمليات قطع، أما الآن فتُنجز في عملية واحدة). وتلبي خشونة سطح قطعة العمل متطلبات المستخدم. والأهم من ذلك، أن شكل التلف النهائي للأداة ليس كسر الحافة، بل التآكل الطبيعي للسطح الخلفي. وقد حطمت هذه التجربة، التي أُجريت على تروس دائرية مُقساة بالخراطة المتقطعة، الاعتقاد السائد بأن الأدوات فائقة الصلابة في الصناعة لا يمكن استخدامها في عمليات الخراطة المتقطعة القوية للفولاذ المُقسّى! وقد أحدثت هذه التجربة ضجة كبيرة في الأوساط الأكاديمية المتخصصة في أدوات القطع!

تشطيب سطح الثقب الداخلي للترس بعد عملية التبريد

على سبيل المثال، عند استخدام القطع المتقطع للثقب الداخلي للترس المزود بمجرى زيت، يصل عمر أداة القطع التجريبية إلى أكثر من 8000 متر، وتكون دقة التشطيب ضمن نطاق Ra0.8. أما عند استخدام أداة فائقة الصلابة ذات حافة مصقولة، فيمكن أن تصل دقة تشطيب الخراطة للفولاذ المقسى إلى حوالي Ra0.4، مما يضمن عمرًا أطول للأداة.

تشكيل السطح النهائي للترس بعد عملية الكربنة والتبريد السريع

كمثال نموذجي على استخدام تقنية "الخرط بدلاً من التجليخ"، تُستخدم شفرات نيتريد البورون المكعب على نطاق واسع في عمليات الخرط الصلب لأسطح نهايات التروس بعد التسخين. وبالمقارنة مع التجليخ، يُحسّن الخرط الصلب كفاءة العمل بشكل كبير.

بالنسبة للتروس المعالجة بالكربنة والتصليد السريع، فإن متطلبات أدوات القطع عالية للغاية. أولاً، يتطلب القطع المتقطع صلابة عالية، ومقاومة للصدمات، ومتانة، ومقاومة للتآكل، وخشونة سطح، وغيرها من خصائص الأداة.

ملخص:

شاع استخدام أدوات الخراطة التقليدية المصنوعة من نيتريد البورون المكعب المركب الملحوم بعد الكربنة والتبريد السريع، وكذلك لخراطة الأسطح النهائية. مع ذلك، يظلّ التخلص من التشوه الكبير في أبعاد الدائرة الخارجية والثقب الداخلي لحلقات التروس الكبيرة المكربنة والمبردة تحديًا كبيرًا. يُعدّ الخراطة المتقطعة للفولاذ المبرد باستخدام أداة Valin فائقة الصلابة المصنوعة من نيتريد البورون المكعب Bn-H20 تقدمًا هائلًا في صناعة الأدوات، مما يُسهم في الترويج الواسع لعملية "الخراطة بدلًا من التجليخ" في صناعة التروس، كما يُقدّم حلًا لمشكلة أدوات الخراطة الأسطوانية للتروس المقسّاة التي حيّرت الكثيرين لسنوات. يُساهم هذا أيضًا بشكل كبير في تقصير دورة تصنيع حلقات التروس وخفض تكلفة الإنتاج؛ وتُعرف قواطع سلسلة Bn-H20 بأنها النموذج العالمي للفولاذ المبرد عالي الأداء في الخراطة المتقطعة.