Bề mặt răng mềm hay cứng? Ranh giới 350 HBW quyết định vật liệu, nhiệt luyện và trình tự gia công bánh răng

Câu trả lời cốt lõi: khi chọn vật liệu bánh răng, trước tiên hãy xác định độ cứng bề mặt răng, sau đó mới xem đến mác thép. Trong thực tế kỹ thuật, 350 HBW được lấy làm ranh giới giữa bề mặt răng mềm và răng cứng — dưới ranh giới này dùng phương án tôi luyện: thép 45 khoảng 217–255 HBW, 40Cr khoảng 241–286 HBW, 42CrMo khoảng 269–302 HBW, với trình tự công nghệ “cắt răng trước, xử lý nhiệt sau”, nhờ đó biến dạng do xử lý nhiệt không ảnh hưởng đến biên dạng răng đã hình thành, và chi phí thấp; trên ranh giới này dùng thấm carbon và tôi: 20CrMnTi có thể đạt 58–62 HRC ở bề mặt trong khi lõi vẫn ở 30–45 HRC, và trình tự được đảo ngược thành “xử lý nhiệt trước, mài răng sau”, kéo theo nhiều nguyên công hơn và chi phí cao hơn, nhưng với cùng tải trọng có thể chế tạo bánh răng nhỏ hơn và nhẹ hơn. 350 HBW là một quy ước kỹ thuật, không phải một giá trị được cố định trong bất kỳ tiêu chuẩn nào; trong thực tế phải cân nhắc cùng với tốc độ, tải trọng, va đập và ràng buộc về kích thước.

1. Trước tiên hãy hỏi: bề mặt răng mềm hay bề mặt răng cứng#

Bánh răng có bề mặt răng mềm là những bánh răng có độ cứng bề mặt răng dưới 350 HBW sau khi tôi luyện hoặc thường hóa. Bề mặt răng mềm và dựa vào quá trình chạy rà để cải thiện tiếp xúc; trình tự công nghệ là “cắt răng trước, xử lý nhiệt sau”, nhờ đó biến dạng do xử lý nhiệt không phá hủy độ chính xác biên dạng răng đã hình thành, và chi phí thấp.

Bánh răng có bề mặt răng cứng có độ cứng bề mặt răng trên 350 HBW (hoặc trên 45 HRC). Bề mặt răng cứng và khả năng chịu tải mạnh; với cùng tải trọng, bánh răng có thể nhỏ hơn và nhẹ hơn; nhưng trình tự bị đảo ngược — xử lý nhiệt trước, sau đó mài răng — kéo theo nhiều nguyên công hơn và chi phí cao hơn.

Ranh giới 350 HBW là một quy ước kỹ thuật thường được dùng trong ngành, không phải một con số được quy định bởi bất kỳ tiêu chuẩn nào. Điều thực sự quyết định là tốc độ, tải trọng, có va đập hay không, và có bao nhiêu không gian lắp đặt.

2. Tra cứu nhanh vật liệu bánh răng thông dụng và độ cứng#

Các giá trị độ cứng trong bảng là những khoảng phổ biến trong sổ tay; giá trị cuối cùng lấy theo bản vẽ và thỏa thuận kỹ thuật.

3. Vì sao thấm cacbon tôi cứng lại cho “bề mặt cứng, lõi dai”#

Thấm cacbon tôi cứng là đưa thép cacbon thấp (hàm lượng cacbon 0,15%–0,25%) vào môi trường giàu cacbon và nung nóng để cacbon khuếch tán vào bề mặt, sau đó tôi và ram ở nhiệt độ thấp. Khi đó một chiếc bánh răng mang cùng lúc hai tính cách: hàm lượng cacbon bề mặt tăng lên khoảng 0,8%, sau khi tôi đạt độ cứng 58–62 HRC, cho khả năng chống mài mòn và chống áp lực; hàm lượng cacbon ở lõi hầu như không đổi, độ cứng giảm xuống 30–45 HRC, cho độ bền cao và khả năng chống gãy dưới va đập.

Cả Ti và Mn trong 20CrMnTi đều có thể cải thiện tính tôi cứng, nên ngay cả những tiết diện lớn hơn cũng có thể tôi cứng hoàn toàn. Chiều sâu lớp thấm hiệu dụng thường dùng cho bánh răng tải trung bình là 0,8–1,5 mm: quá mỏng thì lớp cứng sẽ sụp dưới tải; quá dày thì chi phí tăng trong khi độ dai va đập thực tế lại giảm.

Thấm cacbon còn có một lợi ích kèm theo: chuyển biến mactenxit ở bề mặt để lại ứng suất nén dư, nên ứng xử mỏi uốn tại chân răng dễ dự đoán hơn so với các chi tiết tôi cao tần có cùng độ cứng. Đó là lý do các hộp truyền động chịu tải va đập — ô tô, máy móc xây dựng — hầu như đều dùng thép thấm cacbon.

4. Vài cái bẫy dễ mắc phải#

1. Bản vẽ chỉ ghi mác thép mà không ghi độ cứng là thông tin chưa đầy đủ. Cùng một loại 40Cr có thể đi hai hướng, tôi cải thiện hoặc tôi bề mặt, và độ cứng bề mặt răng chênh nhau gần gấp đôi (241–286 HBW so với 45–55 HRC), nên quy trình công nghệ, báo giá và thời gian giao hàng hoàn toàn khác nhau.
2. Chi tiết thấm cacbon cần dự trữ đủ lượng dư mài ngay từ trước. Biến dạng do thấm cacbon tôi cứng không thể tránh khỏi, và mài răng là bảo đảm cuối cùng cho độ chính xác. Lượng dư mài cho chi tiết thấm cacbon thường lớn hơn so với chi tiết tôi cải thiện (thường là 0,2–0,3 mm mỗi bên đối với mô-đun trung bình), và không được mài thủng lớp cứng.
3. Với sản xuất thử lô nhỏ, đừng chọn ngay 20CrMnTi. Chu kỳ thấm cacbon cộng với mài răng tính bằng tuần; nếu tải không lớn thì 40Cr hoặc thậm chí thép 45 tôi cải thiện là đủ và tốn ít chi phí hơn. Chọn vật liệu đắt không phải là thành tích; chọn đúng mới là.

5. Chỉ khi thông tin vật liệu được ghi rõ mới có thể bàn rõ về giá#

Một bản vẽ bánh răng đạt chuẩn nên ghi ít nhất ba điều trong cột vật liệu: mác thép, phương pháp nhiệt luyện và khoảng độ cứng. Khi ba điều này đã được xác định, mới có cơ sở để bàn về quy trình công nghệ và chi phí — bánh răng trụ răng thẳng và răng nghiêng được gia công theo bản vẽ, hỗ trợ gia công bao gồm phay lăn thô, phay lăn tinh, cà răng và mài răng, còn năng lực nhiệt luyện và kiểm tra được trình bày tại hệ thống kiểm tra và chất lượng .

Hãy gửi bản vẽ — mô-đun, số răng, cấp chính xác, yêu cầu nhiệt luyện, điều kiện làm việc — và đội ngũ kỹ thuật sẽ phản hồi sau khi duyệt bản vẽ kèm đề xuất vật liệu và nhiệt luyện, quy trình công nghệ và báo giá. Liên hệ Geyon Transmission .