روش های تولید چرخ دنده ها
- ریخته گری1 :
• مناسب برای سرعت های پایین و دقت ابعادی مورد نیاز پایین
- فرم دادن2 :
• قطعات با تغییر شکل پلاستیک مواد تولید می شوند، روش هایی مانند :
o اکستروژن (چرخ دنده های آلومینیمی یا مسی)
o تزریق پلاستیک (چرخ دنده های ترموپلاستیکی مثل نایلونو پلی کربنید)
• مناسب برای دقت های ابعادی متوسط و تولید انبوه
- متالورژی پودر3 :
• ممزوج شدن ذرات پودرهای فلزات تحت درجه حرارت بالا و فشار داخل قالب
• مناسب برای چرخ دنده های فلزی کوچک و تولید انبوه
- ماشین کاری4
• براده برداری از یک قطعه خام استوانه ای شکل به منظور ایجاد شکل دندانه
• مناسب برای انتقال قدرت، سرعت های بالاتر، بارهای بیشتر و دقت های بالا در انتقال حرکت




روش فرزکاری
• حرکت دورانی یک ابزار برش و حرکت چرخ دنده خام در جهت عرض دندانه برای ایجاد هر دندانه.
• دندانه ها یکی یکی ایجاد می شوند.



در فرم تراشی یا فرزکاری فرم، از نوعی ابزار به شکل فضای مورد نظر بین دو دندانه ی مجاور، استفاده می شود. در بیش تر موارد، ابزار تراش چند دندانه به کار گرفته می شود.
برای ایجاد عمق دندانه به اندازه ی مورد نظر، ابزار تراش را در جهت شعاعی به طرف مرکز چرخ دنده خام تغذیه کرده و برای به وجود آوردن پهنای دندانه به اندازه ی مطلوب، آن را در جهت عرض دندانه حرکت می دهند. پس از تکمیل یک دندانه، ابزار را از دندانه خارج کرده و چرخ دنده ی خام را به اندازه ی لازم می چرخانند و تراش کاری فضای دندانه ای بعدی آغاز می شود. به طور کلی، فرم تراشی یک روش ساده و انعطاف پذیر برای ماشین کاری چرخ دنده است. وسائل و ابزار مورد نیاز نسبتاً ساده هستند، و غالبا از ماشین های ابزار استاندارد (ماشین فرز) استفاده می شود. با این وجود، این روش در بیش تر موارد کند است و از آن گذشته، مسئول دستگاه باید دقت زیادی به خرج دهد. بدین جهت، از این روش بیشتر در مواردی که تولید تنها یک یا چند چرخ دنده مورد نظر باشد، استفاده می شود.
برای چرخ دنده سازی به روش فرم تراشی، تیغچه فرز فرم بر روی میل ماشین فرز و چرخ دنده خام بر روی میله ای که بین دو مرغک سر تقسیم کننده قرار گرفته است، بسته می شود. برای تراشیدن چرخ دنده ی مارپیچ باید میز ماشین تحت زاویه ی مارپیچ دندانه ی چرخ بسته و سرتقسیم کننده را از طریق جعبه دنده به پیچ طولی میز متصل کرد، تا چرخ دنده ی خام در حین حرکت طولی بچرخد.
معمولا برای فرم تراشی چرخ دنده به وسیله ی ماشین فرز از تیغچه های فرز استاندارد استفاده می شود. در ایالات متحده برای هر گام قطری هشت اندازه تیغچه وجود دارد که می توانند چرخ دنده هایی با تعداد دندانه های مشخص را بتراشند.
از نظر تئوری هیچ تیغچه ای نمی تواند در تمام محدوده ی اندازه ی طراحی شده، دندانه هایی با مقطع کامل و بدون نقص بتراشد. لیکن، تغییرات مقطع دندانه در سرتاسر محدوده ی کار هر تیغچه بسیار مختصر است و در بیشتر موارد عملی نتایج مطلوب حاصل می شود. در شرایطی که به دقت بیشتری نیاز باشد، می توان از تیغچه های با شماره ی نیم (مثل 5/3) استفاده کرد.
تیغچه برای کلیه ی اندازه های گام قطری معمولی با زاویه های فشار 5/14 درجه و 20 درجه وجود دارد. اگر مقدار فلزی که باید برای ایجاد فاصله ی دندانه برداشته شود زیاد باشد، از تیغچه ی خشن تراش استفاده می شود. کناره های پله ای تیغچه ی خشن تراش قسمت عمده ی فلز را برمی دارد و فقط مقدار کمی از آن برای پرداخت کاری به وسیله ی تیغچه فرم معمولی باقی می ماند.
چرخ دنده ی مخروطی با دندانه ی مستقیم را می توان به وسیله ی ماشین فرز تراشید، ولی این کار به ندرت صورت می گیرد. از آنجا که شکل مقطع دندانه از یک سر، تا سر دیگر دندانه تغییر می کند، پس از تراشیدن انتهای کوچک تر دندانه با مقطع مناسب، لازم است رابطه بین تیغچه و چرخ دندانه ی خام تغییر داده شود. پس از آن، برای ایجاد شکل مقطع درست در سرتاسر طول دندانه، تراشه برداری های ظریف دیگری از کناره های دندانه صورت می گیرند.
اگرچه فرم تراشی چرخ دنده به وسیله ی ماشین فرز فرایندی انعطاف پذیر است و برای تولید چرخ دنده هایی که قرار نیست در سرعت های زیاد کار کنند یا لازم نیست فوق العاده ساکت باشند مناسب است. لیکن فرایندی کند بوده و به کارگر ماهر نیاز دارد. از ماشین های نیمه خودکار که با فرم تراشی چرخ دنده می سازند، استفاده فراوان می شود. روش کار اساساً شبیه فرم تراشی با ماشین فرز است، با این تفاوت که پس از تنظیم ماشین، بقیه ی کارها به صورت خودکار انجام می شود. چرخ دنده هایی که به وسیله ی ماشین خود کار تولید می شوند دقیق تر از آنهایی نیستند که با ماشین فرز تراشیده می شوند، ولی احتمال خطا در آنها کمتر است و به خاطر نیاز به نیروی انسانی کمتر، بسیار ارزان تر هستند البته برای تولید زیاد، از فرم تراشی استفاده نمی شود.
خان کشی1 و ماشینهای آن
• دندانه های ابزار برش روی یک سطح مخروطی شکل قرار دارند و با حرکت در امتداد طول چرخ دنده خام، فرم دندانه ها را به تدریج ایجاد می کنند.
• این روش بیشتر برای تولید دندانه های داخلی استفاده می شود.

خان کشی یک نوع عملیات براده برداری است که در این روش از وسیله ای بنام سوزن خان کشی که دارای لبه های برنده متقاطع و یا مرکب می باشد استفاده می گردد. وسیله برنده روی یک سطح و یا از میان سوراخهای مورد خان کشی بوسیله فشار و کشش عبور کرده و براده برداری صورت می گیرد. عملیات خان کشی در صنایع ماشین سازی کاربرد وسیعی در عمل داشته زیرا که هر دو عمل خشن کاری و پرداخت کاری در یک مرحله عبور سوزن انجام می گیرد. در این صورت سرعت عمل در خان کشی نسبت به سایر ماشینها در سطح بالایی است. دقت ابعادی بالا، نرمی و پرداختی سطوح و دقت زیاد این روش از دیگر مزایای خان کشی است.
عملیات خان کشی
برای انجام عملیات خان کشی از وسیله ای بنام سوزن خان کشی استفاده می گردد که بصور مختلف طراحی و برای شکل دادن قطعات دستگاههای صنعتی بکار می برند روی محیط سوزن خان کشی دندانه ها بطریقی تعبیه شده اند که قادرند در یک مرحله فرم دلخواه را بدست آورند.





خان کشی چرخ دنده های ساده
ماشین تندبر میشیکان تولز در حداقل زمان قادر است چرخ دنده های ساده استوانه ای از مدول 12-2 میلی متر با قطر مرجع 500-25 میلی متر و عرض دندانه تا دندانه تا 150 میلی متر را تولید کند. از این روش در تولید انبوه چرخ دنده های ساده خارجی با دقت محدود و تولید قطعاتی مشابه چرخ دنده ها با هر پروفیل دندانه یا فاصله نامنظم بین دندانه ای، استفاده می شود. در موارد خاص نیز از این فرایند برای تولید چرخ دنده های ساده داخلی نیز استفاده می شود.



فرایند
قطعه کاری که زیر کلگی ابزار در حالت عمودی محکم گرفته می شود، باعث حرکت خانکش می شود که سیستم آن هیدرولیکی است. تیغه های تندبری فرم دار و سنگ خورده را باید در حالت شعاعی روی ابزارگیر سوار کرده تا در تمام فواصل آن به طور همزمان قرار گیرند. موقعیت شعاعی تیغه ها را یک واحد مخروطی دو پله تعیین می کند که هدایت زبانه تیغه ها را به عهده دارد.
بعد از هر پاس، واحد مخروطی به طرف بالا یک حرکت کوچک می کند تا در طی پاس برگشت روبه پایین چرخ دنده، ابزار برش آزاد شود، البته با کمک پوسته خارجی مخروط داخلی. بعد از هر پاس برگشت چرخ دنده، واحد مخروطی به طرف پایین حرکت می کند تا خلاصی را از بین ببرد تا باز به تمام تیغه ها مقداری دیگر بار دهد و به سوی سایز پرداخت قطر ریشه چرخ دنده پیش برود البته با کمک پوسته داخلی مخروط بیرونی.
دیسکهای خانکش
قسمت پرداخت خانکشها
هنگام تولید چرخ دنده های داخلی با روش خانکش از قسمتهای پرداخت که اعضای آنها به عنوان دیسک سنگ خورده خانکش عمل می کنند، جهت پرداخت کاری استفاده می شود. بدین ترتیب از فرایند خانکشی جهت تولید چرخ دنده های داخلی با دقت مورد نیاز صنایع چرخ دنده سازی استفاده می شود.





کله زنی
• حرکت رفت و برگشتی یک ابزار برش به شکل شانه دنده یا چرخ دنده معمولی، در جهت عرض دندانه چرخ دنده خام



شکل واقعی روش شکل دادن و ابزار برش پنیون برنده

در ماشین کله زنی، ابزار برشی و قطعه خام چرخ دنده در یک حرکت غلتشی متناسب با نسبت چرخ دنده دو چرخ دنده استوانه ای با محورهای موازی، با هم درگیر می شوند. ابزار برشی در عین حال در امتداد محور خود نوسان پیدا کرده و بر عمل برش اثر می گذارد. طی پاسهای برگشت ابزار، ابزار برشی یا چرخ دنده آزاد شده تا بازگشت آزاد ابزار برشی تضمین گردد.
در فرایند کله زنی، از ابزارهای برشی نوع پینیون استفاده می شود:
چرخ دنده های استوانه ای مارپیچی و ساده داخلی و خارجی و راکهای دندانه راست و مارپیچی، تیغه های چرخ دنده، چرخ دنده های شانه ای، هزار خاریهای اینولوت داخلی و خارجی، هزار خاریهای وجوه موازی، چرخکهای زنجیر غلتکی، چرخکهای زنجیری بی صدا و هر پروفیل خاصی از چرخ دنده های استوانه ای که امکان تولید آن در یک فرایند کله زنی وجود داشته باشد.
تمام چرخ دنده های ساده اینولوت با پروفیل دندانه راک مبنای یکسان تنها به یک ابزار برشی برای هر تعدادی از دندانه در فرایند تولید نیاز دارند. فرایند کله زنی هم در تولید انبوه و هم در تولید محصول تکی کاربرد دارد.
انواع ابزارهای برشی و دقت آنها
نحوه نصب ابزار برشی بر روی ابزارگیر1 و شکل چرخ دنده، فرم مبنای ابزار برشی را تعیین می کند:
a) ابزارهای کله زنی نوع دیسکی برای چرخ دنده های داخلی و خارجی بزرگ.
b) ابزارهای کله زنی نوع هاب (برای تراش چرخ دنده هایی که شکل آنها به خاطر تداخل ناشی از اتصال پیچ و مهره اجازه استفاده از ابزارهای برشی نوع دیسکی را نمی دهد).
c) ابزارهای برشی کله زنی ساقه دار با ساقه مخروطی برای چرخ دنده های داخلی با قطر مرجع کوچک.
d) ابزارهای برشی کله زنی داخلی نوع هاب برای تولید هزار خاریهای داخلی که به خاطر شکل خاص آنها نمی توان آنها را با ابزارهای برشی خارجی تولید کرد.
از آنجا که ابزارهای برشی نوع هاب پیچ دار و با ساقه استوانه ای تحت شرایط کاری و تولید، مرکزیت مطلوبی را تضمین نمی کنند، تنها در موارد استثنایی تولید می شوند. در بسیاری از حالات می توان به جای آنها از ابزارهای برشی نوع هاب یا نوع با ساقه مخروطی استفاده کرد.
انواع ابزارهای برشی مورد نیاز بر حسب روش تراش به شرح زیر می باشد:
ابزارهای برشی پرداخت، ابزارهای خشن تراشی، ابزارهای برشی پیش از سنگ زنی، ابزارهای برشی قبل از (شاب زنی)، ابزارهای برشی تاپینگ.

شرایط کاری
مفروضات در مورد دقت دندانه چرخ دنده :
غلتش واقعی بدون سر خوردن در دوایر مولد و شکل دقیق هندسی ابزار برشی، و برای حداکثر براده برداری و به دست آوردن بهترین کیفیت سطح :
پیشروی مماسی (دورانی) و تعداد پاسها براده برداری ابزار برش و مقرون به صرفه بودن طول عمر ابزار.
الزامات :
بازرسی دوره ای ماشین ابزار، نگهداری مناسب از ابزار برشی، انتخاب درست تعداد دوران و پیشروی، استفاده از مایع خنک کننده مناسب، دقت کافی در تیز کردن ابزار برشی و بازرسی اندازه های چرخ دنده.
دقت زیاد قابل دسترسی در چرخ دنده در فرایند کله زنی به دلایل زیر است:
تعداد پاسها را می توان بدون وابستگی به پیشروی مماسی کنترل کرد. که در این جا مقدار برش برای دندانه های هاب زیاد می شود. کنترل اتوماتیک پرداخت- کنترل اتوماتیک ابزارهای خشن تراشی و پرداختکاری کله زنی سرعت برش پرداخت را تا دو برابر افزایش می دهد و می توان پیشروی دورانی تا حد مورد دلخواه کاهش و تعداد پاسهای برش را نیز تا دو برابر نمود و به این ترتیب سطح پرداخت خوبی به دست می آید. دنده چرخ دنده تنها با برشهای یک دنده از ابزار برشی به وجود می آید.
ابزار دارای شکل ساده ای است، به آسانی می توان آن را ساخت و با دقت کافی اندازه گیری کرد. نصب ابزار برشی ماشین کله زنی باید نیازهای لنگی محوری و شعاعی را برآورده کند: انحراف قابل قبول 0.005mm‌ یا با بالاترین دقت یعنی 0.003mm.
برای انجام این فرایند، باید ابزار و چرخ دنده خام، محکم بر روی محورهای مربوط به خود بسته و دو محور با چرخ دنده های مناسب به یکدیگر مربوط شوند تا ابزار و چرخ دنده ی خام با سرعت های گام خطی مساوی، نسبت به یکدیگر بچرخند. برای شروع عملیات تراش، ابزار حرکت رفت و آمدی می کند و در فاصله هر رفت و برگشت قدری در جهت شعاعی بطرف چرخ دنده ی خا م تغذیه می شود. پس از ایجاد دندانه با عمق کافی، در فاصله ی هر ضربه، ابزار و چرخ دنده خام را مختصری می چرخانند.

چرخ دنده خام بر روی یک محور چرخنده قائم و ابزار در انتهای پایین یک محور قائم دیگر که حرکت رفت و آمدی نیز دارد، نصب می شود. دو محور چرخنده از طریق جعبه دنده به هم متصل هستند، به طوری که می توان چرخ دنده های خام و ابزار را با سرعت های گام خطی یکسان چرخانید. در پاره ای از ماشین ها، عمل تراش در هنگام حرکت رو به بالا و در برخی دیگر هنگام حرکت رو به پایین صورت می گیرد. در انتهای هر مسیر تراش، محوری که چرخ دنده ی خام بر روی آن بسته شده است قدری عقب می آید تا فضای آزاد بین ابزار در مسیر برگشت و چرخ دنده ی خام ایجاد شود.


ابزار معمولی از جنس فولاد تندبر است که ممکن است به منظور افزایش مقاومت در مقابل سایش با لایه ای از نیترید تیتانیم (TiN) فوق سخت به روش بخار نشانی فیزیکی (PVD) پوشانده شده باشد. اخیرا ابزارهای بشقابی شکل دورانداختنی (یک بار مصرف) برای تولید چرخ دنده به بازار آمده اند که نیاز به سنگ زنی و پوشش دادن مجدد ابزارهای معمولی را از میان برمی دارند. سنگ زنی مجدد یک ابزار ، مستلزم دو عمل تنظیم روی ماشین است. از آنجا که ابزارهای دورانداختنی همه به یک اندازه هستند، تنظیم مجدد ماشین پس از تعویض ابزار ضروری نیست.
برای شروع عمل تراش پیش از هر مسیر تراش، ابزار در حالی که همراه چرخ دنده ی خام می چرخد، شروع به تغذیه به طرف داخل می کند. پس از ایجاد عمق مناسب، تغذیه به داخل متوقف شده و ابزار چرخ دنده و خام به چرخش خود ادامه می دهند تا تمام دندانه ها طی فرایند تولید ایجاد شوند.
با این نوع ماشین ها می توان چرخ دنده با دندانه های مستقیم یا مارپیچ تراشید. برای تراشیدن دندانه های مارپیچ، ابزار و چرخ دنده و خام در هر مسیر رفت و برگشت ابزار، حرکت نوسانی- دورانی دارند. جهت چرخش در مسیر تراش، عکس جهت چرخش در مسیر بازگشت است. به خاطر آن که تنظیم پایان مسیر چرخش در هر نقطه ای دلخواه امکان پذیر است، از ماشین های صفحه تراش چرخ دنده مشخصاً در تراشیدن چرخ دنده های خوشه ای استفاده می شود. برخی ماشین های صفحه تراش چرخ دنده را می توان به دو چرخ دنده ی تراشنده (معمولا با قطرهای متفاوت) مجهز ساخت. از این ماشین ها می توان برای تراش چرخ دنده های داخلی نیز استفاده کرد.
راهنمای مارپیچ و زاویه مارپیچ چرخ دنده
حرکت مارپیچی رفت و برگشت محور ابزار توسط یک راهنمای مارپیچی صورت می گیرد، که به جای راهنمای ساده (در چرخ دنده های ساده) روی یاتاق محور نصب شده است و می توان آنها را در تمام ماشینهای کله زنی به کار برد.
در حالی که ماشینهای کله زنی قدیمی دارای راهنماهای مارپیچی از نوع یاتاقان کشویی معمولی بودند، ماشینهای کله زنی پر سرعت جدید مجهز به راهنما و یاتاقانهای هیدرواستاتیک هستند. از مزایای این ماشینها می توان به نداشتن فرسودگی، راحت کار کردن آنها به نداشتن اصطکاک مکانیکی و تعادل کامل جرم روی محور ابزارگیر، اشاره کرد. این کیفیتها شرایط براده برداری را بهتر می کنند به ویژه اگر زاویه مارپیچ بزرگ، تعداد پاسهای براده برداری زیاد و نیروی برش بالا باشد.


تراش چرخ دنده های مارپیچی دوبله (جناغی) به روش کله زنی
چرخ دنده های مارپیچی دوبله را که دارای دندانه های پیوسته هستند، تنها می توان با ابزارهای برشی نوع پینیون و با استفاده از ماشینهای کله زنی مارپیچی دوبله تولید کرد. ابزارهای کله زنی جفت با روش تیز کاری ویژه و لبه های برش روبه رو، روی ابزارگیرهای هم محور، حین حرکت غلتشی با چرخ دنده، حرکت مارپیچی نوسانی دیگری به آنها اضافه می شود که این حرکت با دو راهنمای مارپیچی با جهت مارپیچ مخالف و لید یکسان هدایت می شود. بدین ترتیب قسمتهای چپ و راست چرخ دنده مارپیچی به صورت دوبله تراش می خورد.




انواع ماشین های صفحه تراش چرخ دنده مخصوص انبوه سازی ساخته شده اند. ماشین صفحه تراش چرخ دنده ی گردان، در واقع ده واحد صفحه تراش نصب شده بر روی یک پایه ی گردان با مکانیزم حرکت مشترک است. در هر لحظه، نُه چرخ دنده در حال تراشیده شدن هستند و در واحد دهم، چرخ دنده تمام شده از ماشین باز و یا چرخ دنده ی خام به ماشین بسته می شود. در ماشین صفحه تراش چرخ دنده اقماری، شش چرخ دنده ی خام با حرکت اقماری دور یک چرخ دنده ی تراشنده ی بزرگ مرکزی می چرخند. یک قسمت از چرخ دنده بدون دندانه است تا بتوان از آنجا چرخ دنده ی ساخته شده را برداشت و چرخ دنده ی خام را روی محور خالی شده بست.
ماشین های صفحه تراش چرخ دنده با کنترل عددی کامپیوتری امروزی (CNC) مجهز به سیستمهای رفت و آمدی هیدرومکانیکی هستند که در آنها سرعت برش در حین تراش در مسیر برگشت، یکنواخت نگاه داشته می شود. سرعت این ماشین ها بین 500 تا 1700 دور بر دقیقه است و در آنها از ابزار تراش با پوشش TiN استفاده می شود. این ابزارها عمر مفید زیادتری دارند.
ماشین های چرخ دنده تراش با ابزار مارپیچ (هاب1)
• دندانه های ابزار برش مانند یک حلزون2 حول یک استوانه قرار دارند و چرخ دنده خام مثل یک چرخ حلزون با آن تماس پیدا کرده و شکل می گیرد.
• سه نوع حرکت پیشروی3 در هاب زدن وجود دارد.

شکل شماتیک روش هاب


شکل واقعی روش هاب




ابزار هاب

در پشت هر یک از سطح های تراش مارپیچ، خلاصی ایجاد شده است. مقطع دندانه در سطح عمود بر خط مارپیچ، شبیه دندانه ی سطح دندانه دار است. (ابزار تراش مارپیچ را می توان یک پیچ حلزونی بریده بریده نیز فرض کرد.)

طرز کار ابزار تراش مارپیچ هنگام تراش کاری چرخ دنده ی صاف در شکل مربوطه نمایش داده شده است. برای تراشیدن چرخ دنده ی صاف، محور ابزار تراش باید تحت زاویه ی مارپیچ ابزار نسبت به محور چرخ دنده خام بسته شود. در تراش کاری چرخ دنده های مارپیچ، زاویه ی مارپیچ چرخ دنده به انحراف محور تراش افزوده می شود. تراش کاری چرخ دنده با ابزار تراش مارپیچ یک عمل پیوسته است که در آن ابزار تراش مارپیچ و چرخ دنده ی خام به وسیله ی جعبه دنده به هم مربوط شده اند. برای شروع عمل تراش، ابزار تراش را طوری تنظیم می کنند که از چرخ دنده ی خام جدا باشد و سپس آن را آن قدر بطرف داخل حرکت می دهند تا عمق مطلوب دندانه ایجاد شود. سپس ابزار تراش مارپیچ به موازات محور چرخش چرخ دنده ی خام، تغذیه می شود. با چرخش چرخ دنده ی خام، دندانه ها تولید می شوند و تغذیه ی ابزار در پهنای چرخ دنده ی خام، پهنای مناسب به دندانه می دهد.

از آن جا که چرخ دنده تراشی با ابزار مارپیچ، یک عمل پیوسته با ابزار چند لبه است، سریع و اقتصادی می باشد و تعداد بیشتری چرخ دنده توسط این فرایند نسبت به سایر فرایندها تولید می شود. کیفیت چرخ دنده های تولیدی با این فرایند بسیار خوب است و تهیه محورهای خارخور و هزارخار نیز با این روش میسر است. ابزارتراش ممکن است تک راهه، دو راهه یا سه راهه باشد. ابزارهای تراش چند راهه آهنگ تولید را بالا می برند ولی دقت کار آنها به اندازه ی دقت کار ابزارهای چرخ دنده تراش مارپیچ یک راهه نیست.
ماشین های چرخ دنده تراش با ابزار مارپیچ در اندازه های گوناگون ساخته می شوند. ماشین هایی که برای تراش چرخ دنده های بزرگ و دقیق به کار می روند، معمولا در اتاق های مخصوص با دمای کنترل شده نصب می شوند. دمای سیال تراش کاری به دقت کنترل می شود تا از تغییر ابعاد و عدم دقت حاصل از تغییرات دما جلوگیری شود.
تراش چرخ دنده های داخلی
چند سالی است که از فرایند حلزون تراش در تراش چرخ دنده های داخلی مارپیچی و ساده مورد استفاده قرار می گیرد.
ماشین حلزون تراش شبیه ماشین چرخ دنده زنی هاب است که به جای کلگی هاب دارای کلگی تراش است. ابزار تراش یک ابزار کله زنی مارپیچی تیز شده یا یک ابزار کله زنی ساده می باشد. شرایط درگیری آن با چرخ دنده داخلی مثل شرایط درگیری هاب و چرخ دنده داخلی است که تعداد استارتهای آن با تعداد دندانه های ابزار برابر است اما تنها یک دندانه در هر استارت.
ابزار تراش مثل یک تیغه فرز تک دندانه در ابزارگیر تراش نصب می شود که روی محورهای ظاهری با چرخ دنده داخلی درگیر می شود. این شرایط نیاز به این دارد که تنها چرخ دنده های داخلی با قطرهای مرجع کاملا بزرگ (تقریبا 300mm به بالا) و با عرض دندانه محدود (بسته به طرح کلگی تراش و نصب ابزار) با این فرایند تولید شوند.

تولید چرخ دنده به روش شکل دادن غلتکی سرد
در سال های اخیر، روش شکل دادن غلتکی سرد توسعه ی فراوان یافته و امروزه مقادیر بسیار زیادی چرخ دنده با این روش ساخته می شوند. همان طور که در شکل مربوطه مشاهده می شود، این فرایند اساساً همانند شکل دادن غلتکی رزوه است، با این تفاوت که در بیشتر موارد امکان شکل دادن دندانه ها طی یک دور چرخش چرخ دنده ی خام وجود ندارد و غلتک ها طی چند دور چرخش، به تدریج در جهت طول قطعه تغذیه می شوند.

همان گونه که در شکل مشاهده می شود، به خاطر سیلان فلز که در سطوح طرفین هر دندانه صورت می گیرد، سطوح فوقانی دندانه های تولیدی با این روش، صاف نبوده و از نظر شکل درست نیستند (یک خط فرو رفته بین دو برآمدگی در شکل). لیکن از آنجا که سطح فوقانی دندانه دخالتی در امر درگیری دو چرخ دنده ندارد، این امر اشکالی تولید نمی کند، البته به شرط این که فضای آزاد بین دندانه چرخ دنده جفت شونده با آن کافی باشد. در صورت لزوم می توان با یک تراش کاری سبک سطح فوقانی را صاف و قطر قسمت بالای دندانه را تصحیح کرد.
غلتک های شکل دهنده ی سخت شده بسیار دقیق ساخته می شوند و در نتیجه، چرخ دنده های تولیدی به روش شکل دادن غلتکی غالبا از دقت بسیار خوبی برخوردارند. علاوه بر این، کار سرد شدید موجب ایجاد دندانه هایی با سطوح بسیار صاف و سخت تر از چرخ دنده های ماشین کاری شده ی معمولی می شود. در نتیجه این چرخ دنده ها به ندرت نیاز به عملیات سخت کردن یا پرداخت اضافی دارند و مشخصه های سایشی آنها بسیار خوب است.

به علت سرعت زیاد این فرایند (تا 50 برابر سرعت تراش چرخ دنده) و سادگی مکانیزه کردن آن، و این حقیقت که تراشه ای تولید نمی شود و لذا در مصرف ماده خام صرفه جویی صورت می گیرد، و به دلیل این که نیاز به کارگر ورزیده ندارد، برای چرخ دنده های کوچک غالبا یک قطعه ی بلند را نورد کرده و سپس چرخ دنده را با ضخامت دلخواه از آن می برند. غالباً از فولاد نرم با محدوده ی قطری 4 تا 5 اینچ، با حداقل شش دندانه، گام قطری خشن تر از 12 و زاویه ی فشار کوچک تر یا مساوی 20 درجه استفاده می شود.
در واقع نیاز به دقت و ظرفیت تحمل بار چرخ دنده ها از گسترش چنین روشهایی تا حدی که مورد نیاز صنایع باشد، جلوگیری کرده است. اما یک فرایند ترکیبی (فلزتراشی + شکل دهی بدون براده) جهت تولید چرخ دنده های دقیق در صنایع چرخ دنده اتومبیل موفقیت خود را نشان داده است. از فرایندهای بدون براده برداری در تولید چرخ دنده هایی که دقت کمی دارند و نیازی به ظرفیت تحمل بار زیادی نیست، استفاده می شود.


دیگر فرایندهای چرخ دنده سازی
با استفاده از فرایند گرد فلزکاری می توان چرخ دنده های مرغوب از نظر دقت ابعاد و کیفیت سطح تهیه کرد. معمولا این روش برای تولید چرخ دنده های کوچک به کار گرفته می شود. البته امروزه چرخ دنده های بزرگ تر و با کیفیت بسیار خوب را با روش آهنگری پودر با استفاده از قطعات پیش شکل داده شده ی گرد فلزکاری تهیه می کنند. فراورده های این روش بسیار محکمتر و فشرده تر از محصولات روش های معمولی گرد فلزکاری هستند. چنین چرخ دنده هایی با هزینه کم تر، کارایی فوق العاده خوب دارند. غالبا چرخ دنده های تهیه شده با این روش نیاز به پرداخت نداشته یا فقط مختصری پرداخت می شوند.
ابزارهای فرم برای متالورژی پودر
فرایند
در تولید قطعات زینتر شده اعمال زیر انجام می شود:
پرسکاری
(تف جوشی1)
(سایز کردن2)
با عملیات پرسکاری قطعات قالب گیری شده حاوی پودر فلزی تحت فشار زیاد 40-80MN/cm2 می توان قطعات ترد، دقیق و فشرده ای را تولید کرد که استحکام لازم در حالت جامد را برای حمل و انتقال دارا می باشند. مواد به کار رفته پودرهای فلزی آلیاژ شده هستند که بسته به کاربرد قطعه دارای مواد غیرفلزی بوده و یا فاقد آن می باشند. مخلوط پودری گرافیت نیز اضافه می شود تا در طی قالب گیری به عنوان یک روانکار عمل کند تا یکنواختی زیادی در ساختار قطعه پرس شده به دست آید و به قسمتهای پرداخت شده خواص روانکاری داده شود.

در فرایند تف جوشی، خشتها را تحت گاز محافظ تا دمای زیر نقطه ذوب عنصر اصلی پودر فلزی حرارت می دهند. بدین ترتیب فرایند زینتر سازی و تف جوشی صورت می گیرد. خواص فیزیکی قطعه زینتر شده از نظر استحکام تنشی، چکش خواری یا سختی به مقادیری می رسند که به خواص مواد ذوب شده با ترکیبات مشابه، شباهت دارد و کاربرد فنی آن را تضمین می کند. قطعه فولادی زینتر شده را می توان با روشهای معمولی سخت کرده و تمپر نمود. قطعه چدنی زینتر شده کم کربن را می توان با فرایندهای معمولی سخت کرد و کربن دهی نمود.
تغییر متالورژی ساختار حاصل از فرایند تف جوشی، تغییرات ابعادی را در پی خواهد داشت. بسته به ترکیبات فلزی تا اندازه 3% در ابعاد قطعه انقباض یا انبساط صورت می گیرد. این مسئله را باید هنگام طراحی قالب در نظر داشت. از طرف دیگر باید در نظر داشت که این تغییر در ابعاد تا حد زیادی دقت قطعه زینتر شده را تحت تاثیر قرار می دهد. چرخ دنده های زینتر شده دقتهای بالای پروفیل و تنظیم دندانه را برآورده نمی کنند.
فرایند کالیبراسیون، سایز کردن یا فشرده کاری برای چرخ دنده های زینتر شده حتما لازم است. بسته به دقت ابزار و خواص مواد، فرایند کالیبراسیون دقت لازم را مجددا ایجاد می کند. با این حال این فرایند محدودیتهایی نیز دارد. بعد از بهبود دقت حاصل از تغییر شکل پلاستیکی فرایند سایز کردن تغییر شکل الاستیکی دیگری روی قطعه کار و ابزار ایجاد می شود که تحت فشار زیاد سایز کردن صورت می گیرد. هنگام طراحی شکل و ابعاد ابزار باید تغییر شکلهای پلاستیک و الاستیک را در نظر گرفت. تاثیر مواد را باید به وسیله آزمایش مشخص و با اقدامات مناسب یکنواختی آن را حفظ کرد.
ابزارها را باید با دقت خیلی زیادی ماشینکاری کرد تا با حداکثر لقی در حد 0.01mm% در مرکز قرار بگیرد. در فرایند زینترسازی ابزار را طوری نصب و هدایت می کنند که فلز پودر شده به طور یکنواخت فشرده شود و مرکزیت ابزار حتی در فشارهای زیاد و مدت زمان طولانی تولید نیز حفظ شود.
چرخ دنده را می توان طی فرایندهای مختلف ریخته گری نیز تولید کرد. چرخ دنده های ریختگی در ماسه سطوح ناصاف دارند، و از نظر ابعاد دقیق نیستند. از این چرخ دنده ها فقط برای کارهایی استفاده می شود که سرعت چرخ دنده کم است و صدای تولید شده و عدم دقت اهمیت ندارد. چرخ دنده هایی که به روش ریخته گری حدیده ای تولید می شوند دارای دقت نسبتا خوب و پرداخت قابل قبول هستند. از این چرخ دنده ها می توان در انتقال بارهای سبک در سرعت های میانه استفاده کرد. چرخ دنده های ریخته شده در قالب های با مدل ذوب شدنی می توانند مشخصه های پرداخت سطح خوب داشته و دقیق باشند. این چرخ دنده ها را می توان از مواد محکم ریخت و آنها را برای انتقال بارهای سنگین مورد استفاده قرار داد. چرخ دنده ی خام بسیاری از چرخ دنده های کامل شده به روش های ماشین کاری، ریختگی هستند. در چرخ دنده های بزرگ تر برای کاهش مقدار ماشین کاری، شکل دندانه ی قطعه ی ریختگی نزدیک به شکل نهایی آن است.
مقادیر زیادی چرخ دنده به روش بریدن با قالب نر و ماده توسط پرس تهیه می شوند. غالبا ضخامت این گونه چرخ دنده ها بیش از 5/1 میلی متر نیست. با پرداخت کاری لبه ی این چرخ دنده ها پس از بریدن با قالب، دقت ابعاد بسیار خوب حاصل می شود. از این چرخ دنده ها در ساعت های بزرگ، ساعت های مچی، انواع درجه ها و سنجه ها و ماشین های حساب استفاده می شود. با روش بریدن با قالب نر و ماده ظریف نیز می توان چرخ دنده های مسطح و کم ضخامت با کیفیت مناسب تولید کرد.
مقادیر زیادی چرخ دنده ی پلاستیکی به روش قالب گیری پلاستیک تولید می شوند. کیفیت این چرخ دنده ها فقط در حد قابل قبول است و صرفا برای بارهای سبک مناسب هستند. معمولا چرخ دنده های دقیق و مناسب برای کارهای سنگین را به وسیله ی ماشین کاری پلاستیک های لایه ای تهیه می کنند. چنانچه این چرخ دنده با چرخ دنده های فلزی جفت شوند، صدای بسیار کمی تولید می کنند.
چرخ دنده های کوچک بسیار دقیق را می توان طی فرایند حدیده کاری تولید کرد. برای این منظور میله های بلند با قطر مساوی قطر چرخ دنده ی مورد نظر را حدیده کاری می کنند، سپس آن را ورقه ورقه می برند. از میان مواد مختلف فقط برنج، برنز، آلیاژهای آلومینیم و منیزیم برای این کار مناسب هستند.
از فرایند ماشین کاری شعله ای (بریدن با شعله ی اکسی استیلن) می توان برای تولید چرخ دنده هایی استفاده کرد که در سرعت های پایین کار می کنند و دقت آنها مطرح نیست.
تعداد کمی چرخ دنده به روش شکل دادن غلتکی گرم تهیه می شوند. در این فرایند یک چرخ دنده ی اصلی سرد را همراه قطعه ی خام دیگری می غلتانند.
پرداخت چرخ دنده ها1
- در کاربردهایی که عملکرد با کیفیت بالا برای چرخ دنده مورد نیاز است (مانند سرعتهای بالا یا بارهای سنگین)، لازمست پس از ایجاد دندانه ها، عملیات پرداخت ظریفی روی دندانه ها انجام شود.
- معمولا پرهزینه است و در جاهایی که دقت بالا لازمست، پرداخت انجام می شود.
- دو الگوی کلی برای پرداخت دندانه ها :
• براده برداری ظریف از روی دندانه ها
• فشردن سطح دندانه ها برای ایجاد یکنواختی در سطح


روش های پرداخت چرخ دنده ها
- پرداخت قبل از عملیات حرارتی :
• تراشیدن دندانه1
• غلتک کاری دندانه2
- پرداخت بعد از عملیات حرارتی :
• سنگ زدن دندانه3
• هونینگ دندانه4