PLASNIT®
1
Analýza uskutočniteľnosti
Zašlete nám výkres a materiál; preveríme potenciálne hĺbky nitridovania, tolerancie deformácie a nákladové dopady.
Nový štandard pre vysoko presné
prevodové komponenty
Prstencové ozubené kolesá v elektrifikovaných pohonoch dnes musia spájať dva protiklady: maximálnu pevnosť a nízku hmotnosť.
Lenže ak sa tieto tenkostenné súčiastky spracúvajú klasickými metódami, ako je cementovanie, objavuje sa dobre známy problém – deformácia. Vysoké teploty okolo 900 °C, nasledované prudkým ochladením, vystavujú ozubené vence extrémnemu napätiu. Súčiastka sa môže zdeformovať do oválneho tvaru alebo nespĺňať tolerancie rovinnosti a hádzavosti; výsledkom sú nákladné brúsiace a rovnacie procesy. Práve v tomto bode prichádza na rad PLASNIT®, mikropulzný plazmový nitridačný proces od RÜBIG.
Prečo tradičné cementovanie
naráža na svoje hranice
Pri procese cementovania najprv pri vysokej teplote do ocele difunduje uhlík. Následne sa obrobok rýchlo ochladí, čím vzniká martenzit – tvrdý, ale s vysokým vnútorným napätím. V prípade masívnych ozubených kolies tento proces funguje spoľahlivo. Avšak pri dutých kolesách s tenkými stenami sa každá mikroskopická zmena v štruktúre materiálu sčíta do citeľných geometrických odchýlok: súčiastka sa po procese z pece vracia oválna namiesto kruhová, vnútorné ozubenie už nie je súosé a predtým presne brúsený otvor je potrebné znovu opracovať. Každá z týchto korekcií predlžuje výrobný cyklus a zvyšuje náklady. V niektorých sériách predstavujú operácie tvrdého opracovania viac ako tretinu celkových procesných nákladov.
Princíp fungovania
Plazmové nitridovanie s technológiou PLASNIT®
PLASNIT® využíva ionizovanú zmes dusíka a vodíka pri relatívne miernych teplotách približne 500 až 580 °C. V tomto plazme sa dusík uvoľňuje, difunduje do povrchovej vrstvy ocele a vytvára jemne vyvinutú difúznu vrstvu s tlakovými vlastnými napätiami. Keďže sa súčiastka neochladzuje prudkým kalením, nedochádza k fázovým premenám; napätia vzniknuté počas ohrevu sa riadene uvoľňujú. Výsledok: ozubená súčiastka si zachováva svoj pôvodný tvar – aj pri veľmi tenkých stenách prstencov.
Vďaka cielenej regulácii procesu je možné vytvoriť spojovaciu vrstvu, ktorá vykazuje vysokú odolnosť proti opotrebeniu, presne na bokoch zubov, nie však v koreňovej oblasti zubu. V koreňovej oblasti je potrebná dostatočná a homogénna difúzna zóna na vytvorenie tlakového vlastného napätia, nie však spojovacia vrstva, ktorá má mikroporozitu a môže pôsobiť ako iniciátor trhlín.
Výhody technológie PLASNIT®
Lokálne spracovanie
Čiastočné nitridovanie je možné pomocou mechanického krytia.
Reprodukovateľnosť
Vysoká reprodukovateľnosť a úzke tolerancie výsledku tepelného spracovania.
Čisté povrchy
Nižšia drsnosť a čistejší povrch v porovnaní so soľným kúpeľom alebo plynovým nitridovaním.
Úspora nákladov
Výrobky po PLASNIT® pripravené priamo na montáž – znížené výrobné náklady.
Ochrana proti korózii
Zvýšená odolnosť proti korózii pri nelegovaných a nízkolegovaných oceliach.
Následná oxidácia
Možnosť následnej oxidácie pre zvýsenie koróznej odolnosti.
Technická výkonnosť – vedecky overená
Už v roku 2007 skúmalo Výskumné centrum pre ozubené kolesá a prevodovky (FZG) na Technickej univerzite v Mníchove pod vedením prof. Höhna únavovú pevnosť plazmovo nitridovaných ocelí. Nitridačné ocele ako 31CrMoV9 dosiahli pevnosti v päte zubu až do 590 MPa a nosnosť bokov zubov až do 1 760 MPa. Tieto hodnoty sa pohybujú v hornej hranici toho, čo ponúkajú cementované súčiastky. Spoločnosť RÜBIG následne preniesla tieto testy do interných programov na skutočné sériové komponenty: duté kolesá, ktoré bolo po cementovaní potrebné brúsiť kvôli ovalite, vyšli po prechode na PLASNIT® z pece bez akéhokoľvek dodatočného opracovania – pri zachovaní alebo dokonca zlepšení pevnostných hodnôt. Úspora na jeden diel predstavovala viac ako pätnásť percent.
Ekonomický prínos v sériovej výrobe
Plazmové nitridovanie prináša viac než len technickú stabilitu. Keďže deformácie sú minimálne a vznikajú takmer výlučne uvoľnením vlastných napätí z mechanickej výroby, je možné ozubené koleso nitridovať v hotovom stave alebo s malými rozmerovými rezervami. Výrobné náklady klesajú na dvoch frontoch: po prvé, odpadá brúsenie, honovanie či rovnanie; po druhé, znižujú sa zmetkovitosti, pretože nutnosť prebrusovania prakticky zaniká. Zároveň sa znižuje aj spotreba energie, keďže postačujú nižšie teploty a nie je potrebné kalenie v oleji. Pre podniky, ktoré chcú zlepšiť svoju CO₂ bilanciu alebo zabezpečiť súlad s nariadením REACH, predstavuje plazmové nitridovanie proces bez toxických kalicích solí a bez výbušnej pecnej atmosféry.
Udržateľnosť a bezpečnosť práce
Zatiaľ čo cementovanie si vyžaduje kalenie do oleja a prináša so sebou emisie spalín, technológia PLASNIT® pracuje takmer bez emisií. Ionizovaný plyn sa v rámci uzavretého komorového okruhu recykluje – zlúčeniny chrómu (VI) a kyanidy sa pri procese nevyskytujú. Ak je pec napájaná zelenou elektrinou, je celý proces dokonca klimaticky neutrálny. Okrem toho má personál úžitok z čistého, bezprašného pracovného prostredia, bez zápachu a bez rizika výbuchu.
Ideálne riešenie pre éru novej mobility
Prechod na elektrické pohony prináša nové koncepcie prevodoviek: kompaktné planétové prevodovky, ktoré musia prenášať vysoké krútiace momenty s minimálnou hlučnosťou. Prstencové kolesá s tenkou stenou sú pritom ich srdcom. Pomocou technológie PLASNIT® ich možno zušlachtené spracovať bez geometrických kompromisov. To uľahčuje ľahkú konštrukciu, znižuje hlučnosť a predlžuje životnosť – kľúčové ciele v elektrických vozidlách. Nové výrobné linky môžu proces plazmového nitridovania integrovať od začiatku; existujúce prevádzky sa dajú jednoducho modernizovať pomocou MICROPULS® zariadení dodávaných na kľúč.
Príklad z praxe: Náprava úžitkového vozidla s pohonom všetkých kolies
Jeden výrobca ťažkých náprav úžitkových vozidiel s pohonom všetkých kolies pôvodne používal cementovaný vnútorný ozubený veniec. Napriek zložitým upínacím prípravkom bolo nevyhnutné následné brúsenie, aby sa dosiahla trieda presnosti 7. Po prechode na technológiu PLASNIT® zostala odchýlka v hádzavosti aj rovinnosti taká malá, že nebolo potrebné ani jedno brúsenie. Náklady na jedno prstencové koleso klesli približne o 17 percent. Čas spracovania sa skrátil takmer o desať percent a meranie hluku na valcovom skúšobnom stanovišti potvrdilo rovnomernejšie rozloženie zaťaženia a citeľne tichší chod prevodovky.
Takto vás RÜBIG sprevádza k ozubenému
kolesu s minimálnou deformáciou
2
Vzorkovanie a skúšobný dôkaz
Skúšobné telesá sa plazmovo nitridujú a testujú na skúšobniach FZG, aby ste získali spoľahlivé údaje pre svoje schválenie.
3
Integrácia do sériovej výroby
Či už ide o zákazkové kalenie v našich závodoch alebo inštaláciu zariadenia MICROPULS® vo vašej výrobe – dodáme vám vhodný koncept.
4
Podpora a školenie
Parametre procesu, zabezpečenie kvality, údržba – váš tím bude komplexne zaškolený, aby ste z technológie dlhodobo profitovali.
Príklad z praxe – Duté koleso Ø 125 mm, modul 1,5
Úspešný prechod od kalenia na tŕni k plazmovému nitridovaniu PLASNIT®
1
Východisková situácia
Šikmo ozubené prstencové koleso pre planétovú prevodovku (príruba Ø 125 mm, šírka 32 mm, m = 1,5) vykazovalo po klasickom kalení na tŕni výrazné rozmerové a tvarové odchýlky. Profilové a čelné chyby sa pohybovali v rozsahu niekoľkých µm; kruhovitosť príruby sa výrazne odchýlila. Tieto odchýlky si vyžadovali následné brúsenie, čo predlžovalo výrobný čas a zvyšovalo náklady.
2
Prechod na PLASNIT®
Zákazník poveril spoločnosť RÜBIG vzorovou dávkou, ktorá – pri nezmenenom materiáli (31CrMoV9) – bola plazmovo nitridovaná. Rozhodujúcim faktorom bol zánik martenzitového šoku pri kalení: pri procese PLASNIT® difunduje dusík pri 500 až 580 °C do povrchovej vrstvy, pričom sa kalenie nevyžaduje.
3
Výsledky meraní
Interné hodnotenie kvality na desiatich ozubených kolesách ukázalo:
- Odchýlky profilu a čelnej línie: zníženie o viac než 50 % v porovnaní s kalením na tŕni.
- Kruhovitosť príruby: zlepšenie z približne 50 µm na <25 µm.
- Presnosť ozubenia: zníženie súčtových aj jednotlivých chýb o polovicu.
≈ 50 %
menej chýb profilu a čelnej línie
< 25 µm
kruhovitosť príruby
Tým zostali všetky tolerancie ozubenia aj rovinnosti v rámci hodnôt konečného opracovania; tvrdé brúsenie už nebolo potrebné. Štúdia potvrdzuje, že maximálne rozdielové hodnoty po PN boli približne o polovicu nižšie ako po cementovaní a kalení.
4
Ekonomický efekt
12–17 %
nižšie celkové náklady na jedno prstancové koleso
~10 %
kratší výrobný čas
Vďaka odstráneniu brúsenia, rovnania a dodatočného merania sa podiel celkových nákladov na jedno duté koleso znížil o približne 12–17 %. Zároveň sa priemerný čas výroby skrátil o takmer 10 %.
5
Pridaná hodnota pre zákazníka
- Bez deformácií a pripravené na montáž – okamžitá montáž bez dodatočného opracovania.
- Nižšie náklady na kus – dvojciferná úspora na jednu prevodovku.
- Stabilná kvalita – reprodukovateľné tolerancie aj pri tenkých stenách.
- Udržateľnosť – žiadne olejové kaliace kúpele, nižšia spotreba energie.
* Uvedené vlastnosti vrstiev vychádzajú z procesov za optimálnych podmienok. V závislosti od faktorov, ako je povrchová úprava, veľkosť dielu, materiál a ďalšie podmienky, sa môžu vlastnosti reálneho dielu líšiť.
MÁTE EŠTE OTÁZKY?
Technológia spevňovania RÜBIG spája najmodernejšie procesy a dlhoročné know-how, aby vaše oceľové produkty dosiahli optimálnu kvalitu a životnosť.
DI David Unterberger
Riaditeľ predaja - Technológia spevňovania
