Priročnik za izbiro materiala orodja: jeklo 45 v primerjavi z 20CrMnTi v primerjavi z nerjavečim jeklom (in kdaj uporabiti vsako)

Napisal Derek|Avtomatizacija Hansheng

Večina okvar zobnikov se ne začne v proizvodnji -, začnejo se v fazi izbire materiala.

To je pogostejša napaka, kot večina inženirjev pričakuje. Nekateri privzeto izberejo jeklo 45 iz navade, ne zato, ker aplikacija to zahteva. Drugi določijo nerjavno jeklo "zaradi varnosti", samo da ugotovijo, da je premajhno glede odpornosti proti obrabi in napihne stroške za 3–5x brez prave koristi.

Resnica je, da ni "najboljšega" jeklenega materiala za zobnike. Na voljo je samo pravi material za vašo specifično obremenitev, hitrost, okolje in zahteve glede natančnosti.

Ta članek bo razložil tri pogosto uporabljene materiale zobnikov-jeklo 45, 20CrMnTi in nerjavno jeklo (304/316) – ter podrobneje predstavil njihove prednosti in slabosti, v upanju, da vam bo pomagal pri izbiri materiala.

Če imate izkušenega dobavitelja orodja, vam morda ne bo treba preveč skrbeti glede izbire materiala orodja, saj lahko vaš dobavitelj to opravi namesto vas. V resnici pa je izbira materiala zelo pomembna. Brez nasveta izkušenega dobavitelja hitra odločitev o tem, kateri material uporabiti, pogosto povzroči morebitna tveganja.

Iz zgornjih dveh scenarijev izbira napačnega materiala ne prinaša samo težav s stroški, ampak tudi težave, povezane s toplotno obdelavo, natančno obdelavo, dobavnimi roki itd.

Trije materiali, ki pokrivajo veliko večino aplikacij industrijskega orodja, so jeklo 45, 20CrMnTi in nerjaveče jeklo - in vsak od njih ima jasno določen pas.

Če obstaja privzeti material zobnikov v splošni industrijski proizvodnji, je to jeklo 45. Mednarodno znan kotAISI 1045 (ZDA), S45C (Japonska), ozC45 (Evropa), je to srednje{0}}ogljikovo jeklo-izbira že desetletja.

Zakaj deluje dobro

Z vsebnostjo ogljika približno 0,45 % je jeklo 45 praktično primerno: dovolj trdo za prenašanje zmernih obremenitev, dovolj trdno, da ne poči ob udarcih, in dovolj mehko v predhodno-obdelanem stanju za čisto in učinkovito obdelavo. Po kaljeni-in-popuščanju površinska trdota doseže HRC 28–35, kar zagotavlja ustrezno odpornost proti obrabi za nizke-do-srednje delovne cikle.

Stroški so še en pomemben dejavnik. V primerjavi z legiranimi zobniškimi jekli ima jeklo 45 najnižje stroške materiala, najkrajši dobavni čas in najširšo razpoložljivost v globalnih dobavnih verigah. Za projekte, pri katerih sta pomembna proračun in hitrost-do-izvedbe, je to pogosto edino logično izhodišče.

Omejuje

Obdelava za-in-kaljenje uvaja merljivo toplotno popačenje, ki omejuje dosegljivo natančnost na približno ISO stopnje 7–8. Brušenje po-toplotni-obdelavi lahko povrne nekaj natančnosti, vendar doda stroške in korake postopka, ki začnejo zmanjševati ekonomsko prednost materiala.

Še bolj kritično pa je, da jekla 45 ni mogoče naogljičiti, da bi dosegli-utrjene površine, ki jih zahtevajo visoko-ciklične,-kontaktne-obremenitve. Če vaša oprema deluje neprekinjeno, prenaša znaten navor ali deluje znotraj natančnega reduktorja, postane zgornja meja trdote površine HRC 28–35 resnična omejitev - in ne teoretična.

Najboljše za:Splošni industrijski pogoni, transportni sistemi, kmetijska oprema, nizko{0}}hitrostni-prenosi obremenitev in vse aplikacije, kjer je sprejemljiva natančnost ISO razreda 7–8.

Ni primerno za:Natančni reduktorji, aktuatorji robotskih zglobov, visoko{0}}zvezni-pogoni ali katera koli aplikacija, ki zahteva ISO stopnje 6 ali višje.

Kadar scenarij uporabe zobnikov presega omejitve zmogljivosti, ki jih ponuja jeklo 45, obstaja druga razmeroma primerna izbira-20CrMnTi jeklo. Ta material se pogosto uporablja v avtomobilskih menjalnikih, planetnih reduktorjih in visokonatančnih industrijskih pogonskih napravah na Kitajskem. Pri enaki cenovni ravni ima jeklo 20CrMnTi visoko zmogljivost v površinski trdoti, žilavosti jedra in dimenzijski stabilnosti po toplotni obdelavi.

V čem je 20CrMnTi drugačen

20CrMnTi je nizko{1}}ogljično legirano jeklo z vsebnostjo ogljika le 0,17–0,23 %. Samo po sebi to ni dovolj ogljika za doseganje smiselne trdote površine. Jedro z nizko vsebnostjo ogljika ostane trdno in-odporno na udarce tudi po toplotni obdelavi - to je proces naogljičenja, ki preoblikuje površino zoba.

Po naogljičenju in kaljenju trdota ohišja doseže HRC 58–62, medtem ko jedro ohrani trdoto HB 220–260. Ta trda-zunanja, žilava-notranja struktura je tisto, kar zobnikom iz 20CrMnTi omogoča, da prenesejo visoko kontaktno obremenitev na površini zoba, ne da bi postali krhki pri korenu -, kjer se običajno začnejo zlomi zaradi upogibanja.

Vsebnost titana ima vlogo, ki jo je zlahka spregledati: izboljša zrnato strukturo pri temperaturah naogljičenja, kar neposredno omejuje toplotno popačenje med toplotno obdelavo. Manj popačenj pomeni, da geometrija zobnikov preživi proces bolj nedotaknjena, postopki trde končne obdelave, kot je trdo rezkanje ali brušenje zobnikov, pa lahko dosledno pripeljejo dele do razreda ISO 5–6 -, česar jeklo stopnje 45 preprosto ne more doseči skozi isto procesno verigo.

Na mednarodni ravni je 20CrMnTi najbolj enakSAE 8620 (ZDA)in20MnCr5 (Evropa),čeprav ni natančen nadomestek - se profili moči jedra razlikujejo. Če nabavljate zobnike pri kitajskem proizvajalcu in vaša risba določa 8620, potem lahko o 20CrMnTi razpravljate kot o enakovredni alternativni rešitvi.

Stroški v kontekstu

Stroški materiala so približno 1,5–2-krat večji od stroškov jekla 45, celotna procesna veriga - naogljičenje, kaljenje, popuščanje in končna obdelava - pa prispeva k skupnim stroškom delov. Toda njegovo delovanje se bo znatno izboljšalo.

Najboljše za: Zobniki planetnega reduktorja, robotski zglobni zobniki,pogoni strojev za tobak, avtomobilski menjalniki in katera koli aplikacija, kjer se zahtevata natančnost ISO razreda 5–6 in dolga življenjska doba pod ciklično obremenitvijo.

 

Ni primerno za:Korozivna okolja, oprema za predelavo hrane ali medicinske aplikacije, kjer stik materiala s tokovi izdelkov zahteva odpornost proti koroziji - 20CrMnTi nima lastne zaščite pred rjo.

Vnaprej se posvetimo pogostemu napačnemu prepričanju: zobniki iz nerjavečega jekla niso boljši. So prave prestave za določeno težavo - korozivna okolja - in napačne prestave za skoraj vse ostalo.

304 vs. 316: Razumevanje razlike

Oba razreda sta avstenitna nerjavna jekla, kar pomeni, da njihova odpornost proti koroziji izhaja iz krom, ki na površini tvori pasivno oksidno plast. Ključno razlikovanje med dvema razredoma je pri molibdenu: 316 vsebuje 2–3 % molibdena, kar dramatično poveča odpornost proti kloridni jamičasti in razpokani koroziji Zhygear - vrsta napada, ki se pojavi v slani vodi, morskih okoljih in tokovih kemične obdelave. 304 dobro prenaša splošno vlago in blago industrijsko izpostavljenost. Če so na sliki kloridi, je 316 prava izbira.

Zakaj je nerjavno jeklo slabše kot material za zobnike

To je tisto, česar vam večina tehničnih listov ne pove: 304 in 316 sta avstenitna razreda, kar pomeni, da ju ni mogoče utrditi s konvencionalno toplotno obdelavo. Ni poti naogljičenja, ni cikla kaljenja-in-kaljenja, ki bi pomembno zvišal njihovo površinsko trdoto. V praksi zobniki iz nerjavečega jekla delujejo na ravneh trdote, ki so daleč pod tistimi, ki jih je mogoče doseči z jeklom 20CrMnTi ali celo 45 po kaljenju -, kar neposredno pomeni nižjo odpornost proti obrabi, večjo dovzetnost za površinsko utrujenost in praktično zgornjo mejo natančnosti okoli razreda ISO 7.

Obdelovalnost povečuje vprašanje stroškov. Obe kakovosti se -hitro utrdita med rezanjem, pospešujeta obrabo orodja in zahtevata počasnejše podajanje. Stroški končnega dela so znatno višji od stroškov legiranega jekla za enakovredno geometrijo - ne zato, ker je sam material dramatično dražji, temveč zato, ker je postopek strojne obdelave zahtevnejši.

Kdaj je nerjavno jeklo pravi odgovor

Pri opremi za predelavo hrane, medicinskih napravah, ladijskih pogonih in sistemih za ravnanje s kemikalijami vprašanje materiala orodja ni optimizacija delovanja -, temveč skladnost s predpisi, tveganje kontaminacije in-korozijska okvara. V teh okoliščinah nerjavno jeklo ni ena izmed več možnosti. To je edina izvedljiva možnost.

Uporabite 304 za splošna higienska in rahlo korozivna okolja. Navedite 316 povsod, kjer je izpostavljenost kloridom, kislo izpiranje ali stik s slano vodo del realnosti delovanja.

Najboljše za:Stroji za predelavo hrane, farmacevtska oprema, pogoni za morsko okolje, tekoči trakovi v kemičnih obratih in katera koli uporaba, pri kateri je zaradi stika s tokovi izdelkov ali agresivnimi čistilnimi sredstvi odpornost proti koroziji neizogibna zahteva.

Ni primerno za:Visoko{0}}natančni pogoni, robotski aktuatorji,-prenosi z visoko obremenitvijo ali katera koli aplikacija, pri kateri sta glavni omejitvi zasnove odpornost proti obrabi zob in dolga življenjska doba ob kontaktni obremenitvi. Če vaša aplikacija ne vključuje resnične nevarnosti korozije, nerjaveče jeklo poveča stroške in hkrati zmanjša učinkovitost -.

Zgornji trije razdelki pokrivajo razloge za vsako gradivo. Če potrebujete hitro referenco - ali želite nekaj deliti s svojo ekipo, preden dokončate specifikacijo -, ta tabela povzema ključne dejavnike odločanja na enem mestu.

Zgornji trije materiali pokrivajo večino aplikacij industrijskega orodja. Toda dve dodatni kategoriji sta vredni kratke omembe za robne primere.

42CrMo

Ko obremenitve presežejo, kar lahko prenese 20CrMnTi, je 42CrMo običajno naslednji korak višje. To jeklo iz kromo-molibdenove zlitine zagotavlja večjo natezno trdnost in vrhunsko kaljivost, zaradi česar je izbrani material za velike-modulne zobnike v rudarski opremi, težke-menjalnike in-industrijske pogone z visokim-navorom. Ne gre za-splošno{8}}nadgradnjo - dodana trdnost prihaja z večjo težavnostjo obdelave in višjimi stroški -, toda v resnično zahtevnih pogojih obremenitve je prava odločitev.

Tehnična plastika (POM / najlon / PEEK)

Za aplikacije z majhno-obremenitvijo, nizko{1}}hrupnostjo ali-brez mazanja ponuja inženirska plastika prepričljivo alternativo povsem kovinskim zobnikom. POM (Delrin) zagotavlja dobro dimenzijsko stabilnost in nizko trenje za pisarniško avtomatizacijo in potrošniške naprave. Najlon absorbira udarce in deluje tiho pri-nizki hitrosti. PEEK prenese povišane temperature in izpostavljenost kemikalijam, kjer standardna plastika ne uspe. Nobeden od njih se ne ujema z jeklom glede nosilnosti -, a v pravem kontekstu jim ni treba.

Ni vam treba dokončati gradiva, preden se obrnete. Pravzaprav, če še vedno tehtate možnosti, je to prava faza, da nas vključite.

Ko oddate risbo ali RFQ, nam preprosto povejte pogoje delovanja, ki so najpomembnejši za vašo aplikacijo:

Vrsta in velikost obremenitve - stalna, udarna ali ciklična? Lahka, srednja ali težka?

Delovna hitrost - nizko-pogoni in visoko{2}}vretena imajo zelo različne profile površinske utrujenosti

Okolje - standardno industrijsko, mokro, jedko, -stik s hrano ali visoka-temperatura?

Zahteva glede natančnosti - ali imate ciljni razred ISO ali toleranco za zračnost/napako prenosa?

Obseg in proračun - izbira materiala se pogosto spremeni, ko se spremenijo količine proizvodnje

S temi informacijami lahko naša ekipa inženirjev priporoči najustreznejši jekleni material za zobnike - in označi, če toplotna obdelava ali postopek končne obdelave, ki ga predvideva vaša specifikacija, povzroča nepotrebne stroške za vaš dejanski primer uporabe.

Če vaša risba že določa material, se bomo potrudili za to. Če piše "ali enakovredno," vam bomo povedali, kaj enakovredno pomeni v praksi.

Niste prepričani, kateri material ustreza vaši aplikaciji?

Kot profesionalecproizvajalec natančnih orodij, vam lahko zagotovimo strokovno in zanesljivo izbiro materiala. Ne glede na to, ali delate na podlagi končne risbe ali ste še vedno v zgodnji fazi načrtovanja, lahko naša ekipa pregleda vaše zahteve in priporoči pravi material, način toplotne obdelave in stopnjo natančnosti za vašo specifično aplikacijo - brez pretiranega določanja in brez ovinkov.

Pridobite ponudbo

Pošljite nam svojo risbo ali opišite svojo aplikacijo - vrnili se bomo s priporočilom za material in načrtom obdelave.