Produkcja kół łańcuchowych – frezy i frezarki obwiedniowe

Technologia produkcji kół łańcuchowych

Produkcja kół łańcuchowych – frezowanie obwiedniowe, frezy, dłutaki i rowki wpustowe

Koło łańcuchowe, potocznie nazywane również zębatką łańcuchową, nie jest zwykłym kołem zębatym o zarysie ewolwentowym. Profil jego zębów musi być dopasowany do konkretnego rodzaju łańcucha, jego podziałki, średnicy rolki, szerokości wewnętrznej, liczby rzędów oraz liczby zębów koła.

W przypadku standardowego koła zębatego podstawowymi parametrami narzędzia są między innymi moduł i kąt przyporu. Przy kole łańcuchowym samo podanie modułu jest niewystarczające, a często wręcz nieprawidłowe. Narzędzie projektuje się na podstawie pełnej geometrii współpracującego łańcucha.

W produkcji seryjnej główną maszyną do wykonywania uzębienia zewnętrznych kół łańcuchowych jest najczęściej frezarka obwiedniowa CNC współpracująca ze specjalnym frezem ślimakowym. Przy dużych kołach, dużych podziałkach, produkcji jednostkowej oraz profilach specjalnych stosuje się również frezy krążkowe. Dłutaki Fellowsa znajdują zastosowanie między innymi przy ograniczonym wybiegu narzędzia, uzębieniu położonym blisko kołnierza, kołach wielowieńcowych oraz wybranych profilach specjalnych.

Kompletny proces może obejmować:

toczenie półfabrykatu,
wykonanie otworu i powierzchni bazowych,
frezowanie albo dłutowanie uzębienia,
wykonanie rowka wpustowego lub wielowypustu,
obróbkę cieplną i zabezpieczenie powierzchni,
gratowanie,
kontrolę profilu, bicia, otworu i rowka wpustowego.

ISO 606 określa parametry precyzyjnych łańcuchów rolkowych i tulejkowych oraz współpracujących z nimi kół łańcuchowych. Specjalne frezy ślimakowe do kół łańcuchowych muszą generować właściwy profil przy dokładnie ustalonej głębokości obróbki, dlatego poprawność projektu oraz ustawienia narzędzia ma kluczowe znaczenie.

Jak działa przekładnia łańcuchowa?

Przekładnia łańcuchowa składa się co najmniej z dwóch kół połączonych łańcuchem. Zęby koła wchodzą pomiędzy rolki, tulejki albo inne elementy konkretnego rodzaju łańcucha i przenoszą siłę obwodową.

Prawidłowo zaprojektowana przekładnia łańcuchowa umożliwia:

przenoszenie dużych momentów obrotowych,
pracę bez poślizgu typowego dla przekładni ciernych,
zachowanie średniego przełożenia,
pracę przy stosunkowo dużych odległościach osi,
zastosowanie jednego łańcucha do napędu kilku kół,
pracę w podwyższonej temperaturze i trudnym środowisku,
wymianę łańcucha bez demontażu wałów.

Przekładnia wymaga jednak prawidłowego smarowania, ustawienia osi oraz kontroli zużycia łańcucha i kół. Wydłużenie eksploatacyjne łańcucha wynika przede wszystkim ze zużycia jego przegubów, a nie z trwałego rozciągnięcia płytek. Zmiana podziałki pracującego łańcucha powoduje pogorszenie jego współpracy z kołem i przyspieszone zużycie boków zębów.

Charakterystyczną cechą napędu łańcuchowego jest efekt wieloboku, nazywany też efektem cięciwowym. Łańcuch nie opasuje idealnego okręgu, lecz układa się na punktach podziałowych jak na wieloboku. Powoduje to okresową zmianę chwilowej prędkości łańcucha, drgania i uderzenia podczas wchodzenia rolek w zazębienie. Efekt ten rośnie przy małej liczbie zębów koła.

Koło łańcuchowe nie ma typowego zarysu ewolwentowego

To jedna z najważniejszych różnic pomiędzy kołem łańcuchowym a klasycznym kołem zębatym.

W kole walcowym zarys ewolwentowy powstaje w wyniku współpracy dwóch uzębionych elementów. W standardowym kole do łańcucha rolkowego ząb musi natomiast:

umożliwić swobodne wejście rolki,
prawidłowo przejąć obciążenie,
prowadzić rolkę w obszarze zazębienia,
umożliwić jej wyjście bez zakleszczania,
uwzględnić luzy wymagane przez normę,
współpracować z nowym oraz dopuszczalnie zużytym łańcuchem.

Z tego powodu freza do koła łańcuchowego nie dobiera się wyłącznie na podstawie modułu. Należy znać co najmniej:

oznaczenie łańcucha,
właściwą normę,
podziałkę,
średnicę rolki,
szerokość wewnętrzną łańcucha,
liczbę rzędów,
rozstaw rzędów,
liczbę zębów koła.

Samo określenie „frez modułowy” nie definiuje prawidłowego narzędzia do koła łańcuchowego.

Najważniejsze parametry geometrii koła łańcuchowego

Podziałka łańcucha

Podziałka p jest odległością pomiędzy osiami kolejnych sworzni łańcucha. Jest to jeden z podstawowych parametrów zarówno łańcucha, koła, jak i narzędzia.

Średnica rolki

Średnica rolki wpływa bezpośrednio na kształt dna wrębu i powierzchni współpracujących z rolką. Dwa łańcuchy o takiej samej podziałce, ale innej średnicy rolki, mogą wymagać różnych profili narzędzi.

Liczba zębów

Liczba zębów wpływa na średnicę podziałową, krzywiznę profilu oraz warunki wejścia i wyjścia rolki.

Dla standardowego koła średnicę podziałową można wyrazić wzorem:

dₚ = p / sin(180° / z)

gdzie:

dₚ – średnica podziałowa,
p – podziałka łańcucha,
z – liczba zębów koła.

Na podstawie tego wzoru nie należy samodzielnie wyznaczać średnicy dna, średnicy zewnętrznej ani pełnego profilu zęba. Parametry te wynikają z właściwej normy i geometrii konkretnego łańcucha.

Liczba rzędów

Koła mogą współpracować z łańcuchami:

jednorzędowymi – simplex,
dwurzędowymi – duplex,
trzyrzędowymi – triplex,
wielorzędowymi.

W kołach wielorzędowych kontrolować należy nie tylko profil pojedynczego wieńca, lecz również szerokość zębów, rozstaw poprzeczny oraz wzajemne ustawienie wszystkich rzędów.

Najczęściej spotykane rodzaje łańcuchów i kół łańcuchowych

Rodzaj łańcucha	Przykładowe standardy	Najważniejsze cechy
Precyzyjne łańcuchy rolkowe i tulejkowe	ISO 606, DIN 8187, DIN 8188, ANSI B29.1	Najczęstsze napędy przemysłowe, wykonania simplex, duplex i triplex
Łańcuchy o podwójnej podziałce	ISO 1275	Napędy i transport przy mniejszych wymaganiach prędkościowych
Łańcuchy przenośnikowe	ISO 1977, DIN 8164	Transport materiałów, większe podziałki i często specjalne rolki
Łańcuchy Galla	DIN 8150	Konstrukcje tulejkowe stosowane w określonych napędach i urządzeniach
Łańcuchy zębate – silent chain	według normy lub systemu producenta	Specjalny profil płytkowy, inna geometria niż w łańcuchu rolkowym
Łańcuchy specjalne	rysunek klienta lub producenta	Niestandardowa podziałka, rolka, szerokość albo geometria ogniw

ISO 606 obejmuje krótkopodziałkowe precyzyjne łańcuchy rolkowe i tulejkowe oraz odpowiadające im koła. ISO 1275 dotyczy łańcuchów o podwójnej podziałce, natomiast ISO 1977 obejmuje wybrane łańcuchy i koła przenośnikowe.

W ofercie narzędzi do kół łańcuchowych spotyka się również wykonania według DIN 8150, DIN 8164, DIN 8198, DIN 8187, DIN 8188, ANSI, BS, IS oraz profili specjalnych.

Jak przebiega produkcja koła łańcuchowego?

1. Analiza łańcucha i dokumentacji

Przed zaprojektowaniem procesu należy jednoznacznie ustalić:

rodzaj łańcucha,
oznaczenie normowe,
podziałkę,
średnicę rolki,
szerokość wewnętrzną,
liczbę rzędów,
liczbę zębów koła,
materiał i twardość części,
wielkość produkcji.

W przypadku łańcucha specjalnego potrzebny jest jego rysunek albo kompletna dokumentacja profilu koła.

2. Toczenie półfabrykatu

Na tokarce wykonuje się najczęściej:

powierzchnie czołowe,
średnicę zewnętrzną półfabrykatu,
otwór,
piastę,
stopnie,
rowki osadcze,
powierzchnie ustalające,
ewentualny stożek pod tuleję mocującą.

Otwór jest często główną bazą technologiczną podczas późniejszego frezowania i kontroli. Niewspółosiowość uzębienia względem otworu będzie powodowała zmianę rzeczywistego napięcia i obciążenia łańcucha w czasie każdego obrotu.

3. Wykonanie uzębienia

Najczęściej wykorzystuje się:

frezowanie obwiedniowe frezem ślimakowym,
frezowanie kształtowe frezem krążkowym,
dłutowanie dłutakiem Fellowsa,
obróbkę na centrum CNC przy produkcji jednostkowej,
rozwiązania specjalne dla bardzo dużych kół.

4. Wykonanie rowka wpustowego lub wielowypustu

W zależności od sposobu połączenia koła z wałem stosuje się:

przeciąganie,
przepychanie,
dłutowanie narzędziem na wymienne płytki,
klasyczne dłutowanie,
frezowanie,
elektrodrążenie,
wykonanie wielowypustu wewnętrznego.

5. Obróbka cieplna

W zależności od obciążenia i materiału można stosować:

hartowanie indukcyjne zębów,
hartowanie objętościowe,
nawęglanie,
azotowanie,
ulepszanie cieplne,
brak dodatkowej obróbki cieplnej przy mniej wymagających zastosowaniach.

Obróbkę cieplną należy uwzględnić już przy ustalaniu naddatków, tolerancji otworu oraz kolejności wykonania rowka wpustowego.

6. Gratowanie i wykańczanie

Należy usunąć ostre zadziory powstające na wyjściu freza, ale bez niekontrolowanego zaokrąglania funkcjonalnego profilu zębów.

7. Kontrola gotowego koła

Kontrola powinna obejmować profil, podziałkę, bicie, szerokość uzębienia, ustawienie rzędów, otwór oraz element łączący koło z wałem.

Frezarka obwiedniowa CNC – główna maszyna do seryjnej produkcji kół łańcuchowych

W przypadku zewnętrznych kół łańcuchowych produkowanych seryjnie podstawową technologią jest frezowanie obwiedniowe.

Frezarki obwiedniowe CNC do kół łańcuchowych synchronizują ruch obrotowy freza ślimakowego z ruchem obrabianego koła. Profil powstaje w sposób ciągły, bez oddzielnego indeksowania części po wykonaniu każdego wrębu.

Najważniejsze zalety tej technologii to:

wysoka wydajność,
krótki i powtarzalny czas cyklu,
stabilna podziałka,
możliwość stosowania frezów jedno- i wielozwojnych,
możliwość przesuwania freza po długości roboczej,
dobre warunki automatyzacji,
możliwość obróbki kół jedno- i wielorzędowych,
możliwość jednoczesnej obróbki pakietu kilku identycznych kół,
możliwość automatycznego załadunku i rozładunku detali,
możliwość integracji z robotem, magazynem części lub podajnikiem,
możliwość pracy wielozmianowej z ograniczoną obsługą operatora,
możliwość wykorzystania narzędzi powlekanych.

Frezarki pionowe są najczęściej naturalnym wyborem dla kół tarczowych, piastowych i krótkich detali mocowanych na trzpieniu. Konstrukcje poziome mogą być korzystniejsze dla wałów z kołami łańcuchowymi, dłuższych części oraz elementów wymagających podparcia w kłach.

Jak dobrać frezarkę do produkcji kół łańcuchowych?

Przy doborze maszyny należy sprawdzić:

Parametr	Znaczenie
Maksymalna średnica koła	Musi uwzględniać również uchwyt i piastę
Maksymalna szerokość uzębienia	Ważna szczególnie przy kołach wielorzędowych
Zakres liczby zębów	Wpływa na wymaganą prędkość stołu
Średnica freza	Frezy do dużych podziałek mogą mieć znaczne gabaryty
Długość freza	Wpływa na możliwość przesuwania i regeneracji
Masa freza i trzpienia	Musi być bezpiecznie przenoszona przez wrzeciono i podparcie
Minimalna prędkość wrzeciona	Duże frezy wymagają często stosunkowo małych obrotów
Moment wrzeciona	Musi być wystarczający przy dużych profilach i szerokich kołach
Zakres przesuwu stycznego	Pozwala wykorzystać większą długość ostrzy
Odległość frez–stół	Decyduje o możliwości zastosowania dużego narzędzia
Kąt ustawienia głowicy	Musi odpowiadać kątowi pochylenia linii śrubowej freza
Wybieg narzędzia	Należy uwzględnić piastę, kołnierz i uchwyt
Usuwanie wiórów	Ważne przy głębokich wrębach i dużych podziałkach
Maksymalna szerokość pakietu	Przy obróbce kilku kół jednocześnie maszyna, frez i mocowanie muszą obsłużyć łączną szerokość wszystkich półfabrykatów oraz wymagany wybieg narzędzia

W przypadku kół łańcuchowych nie można dobierać obrabiarki wyłącznie na podstawie maksymalnej średnicy detalu. Często ograniczeniem okazuje się średnica, masa lub długość specjalnego freza.

Szczegółową zasadę procesu opisuje artykuł frezowanie obwiedniowe kół zębatych i profili specjalnych.

Pakietowe frezowanie kilku kół łańcuchowych w jednym zamocowaniu

W przypadku cienkich, jednakowych kół łańcuchowych bardzo wydajnym rozwiązaniem może być obróbka pakietowa. Kilka półfabrykatów zostaje zamocowanych współosiowo na wspólnym trzpieniu i obrabianych podczas jednego przejścia freza ślimakowego.

Z punktu widzenia maszyny pakiet zachowuje się jak jeden szerszy detal. Frez przechodzi przez łączną szerokość wszystkich kół, dzięki czemu jeden cykl pozwala wykonać uzębienie na kilku częściach.

Obróbka pakietowa może ograniczyć:

liczbę załadunków i rozładunków,
liczbę cykli pozycjonowania,
czas mocowania przypadający na jedną część,
czas pomocniczy,
koszt jednostkowy w produkcji seryjnej.

Nie oznacza to jednak, że dowolne koła można po prostu ułożyć jedno na drugim. Prawidłowo zaprojektowany pakiet wymaga kontroli:

płaskości powierzchni czołowych,
równoległości półfabrykatów,
powtarzalności ich grubości,
bicia otworów,
sztywności trzpienia,
sposobu osiowego docisku,
całkowitej szerokości pakietu,
wybiegu freza przed i za pakietem,
możliwości odprowadzania wiórów pomiędzy częściami,
mocy i momentu dostępnego na wrzecionie.

Szczególnie ważne jest mocne dociśnięcie wszystkich półfabrykatów. Przemieszczenie choćby jednego elementu podczas obróbki może spowodować błąd podziałki, uszkodzenie powierzchni czołowej albo zniszczenie narzędzia.

Pakietowa obróbka kilku oddzielnych kół nie jest tym samym co wykonywanie koła duplex lub triplex. W kole wielorzędowym poszczególne wieńce stanowią część jednego detalu i muszą mieć określony rozstaw poprzeczny. W pakiecie obrabianych jest natomiast kilka osobnych półfabrykatów, które po zakończeniu procesu zostają rozdzielone.

Wdrożenie obróbki pakietowej powinno być poprzedzone analizą sztywności mocowania, obciążenia freza, całkowitej szerokości skrawania oraz próbą technologiczną. Strona frezarek obwiedniowych Tradensa pokazuje również przykład pakietu kół łańcuchowych obrabianego z automatycznym systemem załadunku i rozładunku.

Film przedstawia pakietowe frezowanie kilku jednakowych kół łańcuchowych na pionowej frezarce obwiedniowej EIFCO. Półfabrykaty są mocowane współosiowo na wspólnym trzpieniu i obrabiane podczas jednego przejścia freza ślimakowego. Autoloader automatyzuje podawanie przygotowanego pakietu do strefy roboczej oraz odbiór części po zakończeniu cyklu.

Połączenie obróbki pakietowej z automatycznym załadunkiem ogranicza czas pomocniczy przypadający na pojedyncze koło i jest szczególnie korzystne w seryjnej produkcji cienkich, powtarzalnych detali.

Pakietowe frezowanie kół łańcuchowych na frezarce obwiedniowej EIFCO z automatycznym załadunkiem i rozładunkiem, przy użyciu frezów ślimakowych CTI.

Automatyzacja produkcji kół łańcuchowych

Frezowanie obwiedniowe dobrze nadaje się do automatyzacji, ponieważ po zamocowaniu detalu obróbka przebiega według powtarzalnego cyklu sterowanego numerycznie. Nowoczesna frezarka może współpracować z robotem, magazynem detali, podajnikiem albo dedykowanym systemem załadunku i rozładunku.

Automatyczny cykl może obejmować:

pobranie półfabrykatu albo przygotowanego pakietu,
oczyszczenie powierzchni bazowych,
załadunek na trzpień lub do uchwytu,
kontrolę prawidłowego osadzenia,
automatyczne zamknięcie mocowania,
frezowanie obwiedniowe,
ewentualne przesunięcie freza po jego długości roboczej,
przedmuch albo usunięcie wiórów,
rozładunek gotowej części,
odłożenie detalu do pojemnika, na przenośnik albo do następnej operacji.

Automatyzacja ma szczególne znaczenie przy:

dużej liczbie identycznych kół,
krótkim czasie samego skrawania,
pracy wielozmianowej,
obróbce pakietowej,
konieczności ograniczenia udziału operatora,
produkcji wymagającej stałej powtarzalności mocowania,
integracji frezarki z kolejnymi operacjami.

Przy dobrze dobranym systemie operator nie musi ręcznie obsługiwać każdego cyklu. Jego zadaniem staje się uzupełnianie magazynu, nadzorowanie stanu narzędzia, kontrola jakości oraz reagowanie na komunikaty maszyny.

Automatyzacja nie może być jednak projektowana niezależnie od detalu. Już na etapie doboru frezarki należy określić:

zakres średnic i grubości kół,
masę pojedynczego detalu lub pakietu,
sposób chwytania części,
orientację półfabrykatu,
wymagane powierzchnie bazowe,
czas cyklu,
pojemność magazynu,
sposób oddzielania gotowych części od półfabrykatów,
oczekiwany poziom autonomii stanowiska.

Więcej informacji o robotach, automatycznym załadunku i seryjnym frezowaniu pakietów kół znajduje się w poradniku automatyzacja frezowania obwiedniowego i produkcji kół łańcuchowych.

Frezy ślimakowe do kół łańcuchowych

Frezy ślimakowe do kół łańcuchowych są specjalnymi frezami obwiedniowymi przeznaczonymi do generowania profilu współpracującego z określonym łańcuchem.

Nie są to standardowe frezy modułowe. Konstrukcja zależy od:

podziałki,
średnicy rolki,
szerokości łańcucha,
liczby rzędów,
liczby zębów koła,
normy,
wymaganej szerokości wieńca,
typu obrabiarki.

Frezy mogą być wykonywane jako:

nasadzane,
trzpieniowe,
jednozwojne,
wielozwojne,
z profilem szlifowanym,
zataczane,
topping,
non-topping,
do jednego albo kilku rzędów,
standardowe lub specjalne.

Specjalne frezy do kół łańcuchowych generują prawidłowy profil przy określonej głębokości wejścia. Zbyt mała albo zbyt duża głębokość może zmienić geometrię wrębu i pogorszyć współpracę rolki z kołem. Frezy takie są dostępne w wykonaniach jedno- i wielozwojnych.

Frez jednozwojny czy wielozwojny?

Frez wielozwojny może znacząco zwiększyć wydajność, ponieważ podczas jednego obrotu narzędzia generuje większe przemieszczenie podziałowe detalu. Wymaga jednak:

odpowiednio szybkiego i dokładnego stołu,
stabilnego mocowania,
wystarczającej mocy,
prawidłowej synchronizacji,
dokładnego projektu narzędzia,
zaakceptowania wpływu liczby zwojów na możliwą jakość i obciążenie ostrzy.

Przy dużych podziałkach, bardzo dużych frezach, starszych maszynach i krótszych seriach frez jednozwojny bywa rozwiązaniem bezpieczniejszym.

Dlaczego frezy do kół łańcuchowych mogą mieć duże wymiary?

Koła łańcuchowe występują w znacznie szerszym zakresie podziałek niż wiele typowych kół zębatych stosowanych w przekładniach maszynowych. Dotyczy to szczególnie:

dużych łańcuchów rolkowych,
łańcuchów przenośnikowych,
łańcuchów Galla,
kół do przemysłu ciężkiego,
napędów górniczych,
urządzeń transportowych,
maszyn rolniczych i procesowych.

Duża podziałka i duża średnica rolki wymagają odpowiednio dużego profilu ostrza. W efekcie frez ślimakowy lub krążkowy może mieć dużą średnicę, znaczną długość oraz wysoką masę.

Ma to bezpośredni wpływ na:

cenę materiału narzędzia,
możliwość wykonania półfabrykatu,
czas produkcji freza,
wymagania wrzeciona maszyny,
sposób podparcia trzpienia,
możliwą prędkość obrotową,
opłacalność zastosowania stali proszkowej albo węglika.

Właśnie dlatego materiałów freza do koła łańcuchowego nie należy dobierać według tych samych zasad jak przy małym, wysokoobrotowym frezie do typowych uzębień samochodowych.

Frezy krążkowe do kół łańcuchowych

Frezowanie kształtowe polega na wykonaniu pojedynczego wrębu frezem odwzorowującym jego profil. Po zakończeniu przejścia koło zostaje obrócone o jedną podziałkę, a następnie obrabiany jest kolejny wrąb.

Frezy krążkowe do kół łańcuchowych sprawdzają się szczególnie przy:

produkcji jednostkowej,
krótkich seriach,
bardzo dużych kołach,
dużych podziałkach,
naprawach i odtwarzaniu części,
profilach specjalnych,
ograniczonej dostępności frezarki obwiedniowej,
produkcji na frezarce z podzielnicą,
przypadkach, w których wykonanie dużego freza ślimakowego byłoby nieekonomiczne.

W porównaniu z frezem ślimakowym frez krążkowy jest zwykle prostszy i może być tańszy, ale obróbka każdego wrębu oddzielnie zwiększa czas cyklu.

Frezowanie krążkowe jest metodą kształtową, w której profil ostrza zostaje bezpośrednio odwzorowany w kolejnych wrębach koła. Po wykonaniu jednego wrębu detal jest indeksowany o jedną podziałkę, a cykl powtarza się aż do wykonania całego obwodu. Metoda ta różni się zasadniczo od frezowania obwiedniowego, w którym profil powstaje w wyniku ciągłego, zsynchronizowanego ruchu freza i detalu.

Zasady doboru frezów krążkowych i palcowych, ich zależność od liczby zębów oraz porównanie obróbki kształtowej z metodą obwiedniową opisujemy szerzej w poradniku obróbka kształtowa kół zębatych, kół łańcuchowych i profili specjalnych.

Frez kształtowy nie powinien być traktowany jako uniwersalny dla dowolnej liczby zębów. Geometria może być zaprojektowana pod jedną liczbę zębów albo określony zakres. Im mniejsza liczba zębów, tym większe mogą być różnice w wymaganym zarysie.

Przy bardzo dużych średnicach i ograniczonej przestrzeni można również analizować specjalne frezy palcowe albo obróbkę profilową na centrum CNC.

Dłutaki Fellowsa do kół łańcuchowych

Dłutowanie Fellowsa jest metodą obwiedniową, w której narzędzie wykonuje ruch posuwisto-zwrotny oraz zsynchronizowany ruch obrotowy względem obrabianego koła.

Dłutaki Fellowsa do kół łańcuchowych mogą być stosowane do wykonywania:

uzębień zewnętrznych,
kół położonych blisko kołnierza,
kół wielowieńcowych,
kół zespolonych,
wybranych profili wewnętrznych i specjalnych,
części z ograniczonym miejscem na wybieg freza ślimakowego.

Dłutak musi zostać zaprojektowany specjalnie do profilu łańcucha. Standardowy dłutak ewolwentowy nie wykona prawidłowego profilu koła do łańcucha rolkowego.

Dostępne są między innymi konstrukcje:

talerzowe,
garnkowe,
trzpieniowe,
piastowe,
specjalne.

Dłutowanie jest zazwyczaj wolniejsze od frezowania obwiedniowego frezem ślimakowym, ponieważ skrawanie odbywa się tylko w jednym kierunku ruchu posuwisto-zwrotnego. Jego przewagą jest jednak dostęp do profili, których nie można efektywnie wykonać klasycznym frezem ślimakowym.

Do produkcji seryjnej i elastycznej można zastosować dłutownice Fellowsa CNC, umożliwiające wykonywanie zewnętrznych i wewnętrznych uzębień oraz profili specjalnych. Oferta dłutaków Tradensa obejmuje także narzędzia do kół łańcuchowych.

Frez ślimakowy, frez krążkowy czy dłutak Fellowsa?

Kryterium	Frez ślimakowy	Frez krążkowy	Dłutak Fellowsa
Metoda	Obwiedniowa ciągła	Kształtowa	Obwiedniowa posuwisto-zwrotna
Główna maszyna	Frezarka obwiedniowa	Frezarka z podzielnicą lub CNC	Dłutownica Fellowsa
Produkcja	Średnie i duże serie	Pojedyncze części i krótkie serie	Krótkie i średnie serie, profile trudno dostępne
Wydajność	Najwyższa	Niższa	Niższa
Duże koła i podziałki	Możliwe, ale frez może być bardzo duży	Bardzo dobre zastosowanie	Zależne od maszyny i dłutaka
Obróbka blisko kołnierza	Wymaga wybiegu, ograniczona geometrią freza	Wymaga wybiegu, ograniczona geometrią freza	Bardzo dobre zastosowanie
Koła zespolone	Zależne od przestrzeni	Możliwe	Często korzystne
Profile specjalne	Możliwe po zaprojektowaniu freza	Bardzo elastyczne	Możliwe po zaprojektowaniu dłutaka
Automatyzacja	Bardzo dobra	Możliwa	Dobra na dłutownicy CNC
Koszt jednostkowy w dużej serii	Zwykle najniższy	Wysoki	Zwykle średni

Materiały frezów do kół łańcuchowych

Dobór materiału musi uwzględniać nie tylko wielkość serii i parametry obróbki, lecz również fizyczne wymiary freza.

W przypadku kół łańcuchowych frezy bywają znacznie większe niż typowe narzędzia do małych i średnich kół zębatych. Zastosowanie najdroższego materiału nie zawsze jest więc ekonomicznie ani technologicznie uzasadnione.

Stal szybkotnąca HSS

Klasyczna stal HSS, na przykład M2, jest dobrym rozwiązaniem przy:

produkcji jednostkowej,
krótkich seriach,
umiarkowanych parametrach,
dużych frezach krążkowych i ślimakowych,
starszych albo mniej sztywnych obrabiarkach,
procesach, w których ważna jest odporność na wykruszenie,
narzędziach wielokrotnie ostrzonych.

Przy dużym narzędziu różnica kosztu półfabrykatu pomiędzy HSS a stalą proszkową może być bardzo wysoka. Jeżeli produkowana jest niewielka liczba kół, HSS może zapewnić najniższy całkowity koszt procesu.

Stal szybkotnąca kobaltowa HSSE

HSSE, najczęściej M35, jest często najlepszym materiałem dla dużych frezów do kół łańcuchowych pracujących w bardziej wymagających warunkach.

W porównaniu ze standardowym HSS zapewnia:

wyższą twardość w podwyższonej temperaturze,
większą odporność na zużycie,
możliwość zastosowania wyższych parametrów,
zachowanie stosunkowo wysokiej ciągliwości.

W przypadku dużych frezów do kół łańcuchowych HSSE jest zazwyczaj bardziej racjonalnym wyborem niż PM-HSS lub węglik spiekany.

Stale proszkowe PM-HSS

Stale proszkowe, takie jak S390, S290, ASP 2030 lub ASP 2052, mogą zapewniać:

wysoką odporność na zużycie,
bardzo dobrą stabilność ostrza,
wyższą twardość na gorąco,
możliwość podniesienia parametrów,
dobrą współpracę z nowoczesnymi powłokami.

W przypadku frezów do kół łańcuchowych PM-HSS ma sens ekonomiczny i technologiczny głównie dla narzędzi małych i średnich, szczególnie gdy:

produkcja jest powtarzalna,
seria jest wystarczająco duża,
frez nie ma ekstremalnej średnicy,
maszyna może wykorzystać wyższe parametry,
narzędzie będzie wielokrotnie ostrzone i ponownie powlekane.

Przy bardzo dużych frezach koszt oraz dostępność odpowiedniego półfabrykatu PM-HSS mogą wyeliminować korzyści wynikające z większej trwałości.

Węglik spiekany

Węglik jest stosowany w narzędziach do kół łańcuchowych bardzo rzadko.

Może zostać rozważony przy:

małym albo średnim frezie,
produkcji wielkoseryjnej,
bardzo sztywnej frezarce CNC,
stabilnym mocowaniu,
małym biciu narzędzia i części,
wymaganiu bardzo krótkiego czasu cyklu,
procesie, w którym rzeczywiście można wykorzystać wysoką prędkość skrawania.

Nie jest typowym materiałem dla dużych frezów do kół łańcuchowych ze względu na:

bardzo wysoki koszt,
kruchość,
masę i wymiary narzędzia,
ryzyko uszkodzenia podczas niestabilnego skrawania,
ograniczenia dostępności dużych półfabrykatów,
wymagania wobec obrabiarki.

Praktyczne zestawienie materiałów

Rodzaj freza i produkcji	Najczęściej właściwy materiał
Duży frez, produkcja jednostkowa	HSS
Duży frez, bardziej wymagający materiał lub seria	HSSE M35
Mały lub średni frez, krótka seria	HSS albo HSSE
Mały lub średni frez, produkcja seryjna	PM-HSS; węglik tylko wyjątkowo w stabilnej produkcji wielkoseryjnej
Mały frez, bardzo stabilna produkcja wielkoseryjna	węglik spiekany
Duży frez ślimakowy lub krążkowy	Najczęściej HSS albo HSSE
Dłutak Fellowsa	HSS, HSSE albo PM-HSS

Powłoki frezów i dłutaków do kół łańcuchowych

Powłoka powinna być dobierana razem z materiałem podłoża, materiałem koła, parametrami oraz sposobem chłodzenia.

Stosuje się między innymi:

TiN,
TiAlN,
AlTiN,
powłoki AlCrN,
Alcrona Pro,
Alcrona EVO,
inne powłoki dobrane do konkretnej aplikacji.

TiN

TiN jest uniwersalną powłoką stosowaną między innymi na frezach HSS i HSSE pracujących przy umiarkowanych parametrach. Jest często racjonalnym rozwiązaniem przy dużych narzędziach i obróbce z chłodziwem.

TiAlN i AlTiN

Powłoki te są stosowane przy wyższych obciążeniach cieplnych i podwyższonych parametrach.

Alcrona Pro i Alcrona EVO

Alcrona Pro jest powłoką AlCrN szeroko wykorzystywaną na narzędziach do obróbki uzębień. Jej następcą jest Alcrona EVO, która według Oerlikon Balzers oferuje między innymi większą twardość, mniejszą przewodność cieplną, lepszą adhezję oraz wyższą odporność na szok termiczny. Producent wskazuje ją również do frezów ślimakowych i innych narzędzi HSS do obróbki uzębień.

Nie oznacza to jednak, że najnowsza powłoka zawsze będzie najbardziej opłacalna. Przy dużym frezie HSS wykonującym pojedynczą serię tańsza powłoka albo nawet narzędzie niepowlekane mogą być ekonomicznie uzasadnione.

Po ostrzeniu powierzchni natarcia freza część powłoki zostaje usunięta. Jeżeli narzędzie ma nadal pracować z pełnymi korzyściami powłoki, powinno zostać przygotowane i ponownie powleczone zgodnie z uzgodnionym cyklem regeneracji.

Tokarka CNC jako maszyna pomocnicza

Tokarka CNC jest najczęściej wykorzystywana do przygotowania półfabrykatu:

wykonania otworu,
obróbki piasty,
planowania powierzchni,
wykonania średnic bazowych,
rowków i otworów montażowych.

Na odpowiednio wyposażonej tokarce możliwe jest również frezowanie obwiedniowe małych i średnich kół za pomocą specjalnej oprawki napędzanej. Wymaga to:

osi C,
synchronizacji obrotów detalu i narzędzia,
właściwego cyklu hobbingu,
wystarczającego momentu oprawki,
możliwości ustawienia kąta freza,
odpowiedniej przestrzeni na wejście i wybieg narzędzia.

Rozwiązanie jest atrakcyjne przy krótkich i średnich seriach oraz wtedy, gdy koło ma zostać wykonane kompletnie w jednym zamocowaniu. Przy seryjnej produkcji uzębienia główną maszyną pozostaje jednak dedykowana frezarka obwiedniowa.

Jak wykonać rowek wpustowy w kole łańcuchowym?

Koło łańcuchowe może być mocowane na wale za pomocą:

wpustu,
wielowypustu,
tulei zaciskowej,
tulei stożkowej,
połączenia bezwpustowego,
kołnierza lub śrub.

W przypadku połączenia wpustowego należy wykonać wewnętrzny rowek o określonej szerokości, głębokości i tolerancji.

Dłutowanie rowka narzędziem na wymienne płytki

Przy produkcji jednostkowej i małoseryjnej dobrym rozwiązaniem są dłutaki na płytki i oprawki napędzane do rowków wpustowych.

Rowek można wykonać:

statycznie ruchem osi tokarki lub centrum CNC,
dynamicznie oprawką typu live broaching,
na klasycznej dłutownicy,
na dłutownicy CNC.

Metoda pozwala często wykonać otwór, piastę i rowek w jednym zamocowaniu. Jest szczególnie korzystna przy:

częstych zmianach szerokości rowka,
produkcji kilku wariantów części,
braku opłacalności dedykowanego przeciągacza,
szybkich zleceniach jednostkowych,
potrzebie ograniczenia liczby zamocowań.

Przeciąganie

W produkcji średnio- i wielkoseryjnej najwydajniejszą metodą jest zazwyczaj przeciąganie.

Przeciągacze i przepychacze do rowków wpustowych wykonują profil za pomocą kolejnych zębów o stopniowo zwiększającej się wysokości.

Zalety przeciągania:

krótki czas cyklu,
możliwość wykonania rowka w jednym przejściu,
wysoka powtarzalność,
stabilna tolerancja,
łatwa automatyzacja,
korzystny koszt jednostkowy przy większej serii.

Proces może być realizowany na maszynach do przeciągania rowków wpustowych w wykonaniu pionowym lub poziomym.

Przepychanie na prasie

Przy prostych i stosunkowo krótkich rowkach można zastosować przepychacz pracujący na prasie hydraulicznej albo mechanicznej.

Narzędzie podlega wtedy ściskaniu, dlatego szczególne znaczenie mają:

długość przepychacza,
jego przekrój,
prawidłowe prowadzenie,
osiowość prasy,
podparcie koła,
ryzyko wyboczenia.

Porównanie metod

Kryterium	Dłutak na płytki	Przeciągacz	Przepychacz
Typowa seria	Jednostkowa i małoseryjna	Średnia i duża	Mała i średnia
Elastyczność wymiarów	Wysoka	Mała – narzędzie dedykowane	Średnia
Czas cyklu	Dłuższy	Najkrótszy	Krótki lub średni
Maszyna	Tokarka CNC, centrum, dłutownica	Przeciągarka	Prasa
Obciążenie narzędzia	Zginanie i skrawanie posuwisto-zwrotne	Rozciąganie	Ściskanie
Ryzyko wyboczenia	Niewielkie przy prawidłowym wysięgu	Niewielkie	Największe
Koszt uruchomienia	Niski lub średni	Wyższy	Zwykle niski

Szczegółowe porównanie znajduje się w poradniku metody produkcji rowków wpustowych – dłutowanie, przeciąganie i przepychanie.

Jak kontrolować koło łańcuchowe?

Kontrola uzębienia

Należy kontrolować między innymi:

podziałkę,
średnicę podziałową,
średnicę zewnętrzną,
średnicę dna wrębów,
profil powierzchni współpracujących z rolką,
grubość i szerokość zębów,
bicie promieniowe,
bicie osiowe,
ustawienie poszczególnych rzędów,
rozstaw poprzeczny wieńców,
stan powierzchni po obróbce cieplnej.

Do kontroli można stosować:

maszyny współrzędnościowe,
projektory pomiarowe,
maszyny do pomiaru profilu,
pomiar przy użyciu rolek lub elementów wzorcowych,
sprawdziany specjalne,
kontrolę funkcjonalną z odpowiednim odcinkiem łańcucha.

Kontrola funkcjonalna łańcuchem nie zawsze zastępuje pełny pomiar geometryczny. Zużyty albo niezgodny łańcuch może prowadzić do błędnej oceny koła.

Kontrola otworu i rowka wpustowego

Sprawdzeniu podlegają:

średnica i tolerancja otworu,
bicie otworu względem wieńca,
szerokość rowka,
głębokość,
położenie względem osi,
równoległość boków,
długość robocza.

W produkcji seryjnej można stosować sprawdziany GO/NOGO do rowków wpustowych. Dostępne są wykonania do różnych tolerancji oraz sprawdziany specjalne projektowane według dokumentacji części.

Jak dobrać metodę produkcji koła łańcuchowego?

Warunki produkcji	Najczęściej właściwa metoda
Zewnętrzne koło, duża seria	Frezowanie obwiedniowe
Zewnętrzne koło, średnia seria	Frezowanie obwiedniowe
Bardzo duża średnica lub podziałka	Frez krążkowy albo specjalny frez ślimakowy
Pojedyncze koło odtworzeniowe	Frez krążkowy lub obróbka CNC
Uzębienie blisko kołnierza	Dłutak Fellowsa
Koło zespolone lub wielowieńcowe	Dłutak Fellowsa albo specjalna strategia hobbingu
Profil specjalny	Frez krążkowy, ślimakowy albo dłutak projektowany indywidualnie
Rowek wpustowy, mała seria	Dłutak na płytki
Rowek wpustowy, duża seria	Przeciągacz i przeciągarka
Krótki standardowy rowek i dostępna prasa	Przepychacz
Duża seria cienkich, identycznych kół	Pakietowe frezowanie obwiedniowe kilku półfabrykatów w jednym zamocowaniu
Produkcja wielozmianowa	Frezarka obwiedniowa z automatycznym załadunkiem i rozładunkiem
Duża różnorodność kół w średnich seriach	Frezarka CNC z programami dla kolejnych detali i elastycznym systemem podawania
Bardzo duże koło albo krótka seria	Frezowanie kształtowe frezem krążkowym lub palcowym

Jakie dane są potrzebne do wykonania freza lub dłutaka?

Dane łańcucha

Dokładne oznaczenie łańcucha, np. z uwzględnieniem serii i liczby rzędów.
Norma.
Podziałka.
Średnica rolki.
Szerokość wewnętrzna.
Liczba rzędów.
Rozstaw poprzeczny rzędów.
Rysunek łańcucha, jeżeli jest niestandardowy.
Producent i typ łańcucha specjalnego.

Dane koła

Liczba zębów.
Średnica zewnętrzna.
Szerokość zębów.
Liczba wieńców.
Rozstaw wieńców.
Średnica otworu.
Wymiary piasty.
Rowek wpustowy albo wielowypust.
Kołnierze, stopnie i powierzchnie ograniczające wybieg.
Materiał.
Twardość przed obróbką.
Planowana obróbka cieplna.
Wymagana dokładność.
Wielkość serii.
Liczba detali w partii produkcyjnej.
Możliwość obróbki kilku kół w pakiecie.
Grubość pojedynczego koła oraz planowana szerokość pakietu.
Tolerancja grubości i płaskości powierzchni czołowych.
Planowany czas pracy maszyny na zmianę.
Oczekiwany poziom automatyzacji.

Dane maszyny

Producent i model frezarki albo dłutownicy.
Maksymalna średnica freza.
Maksymalna długość freza.
Sposób mocowania.
Zakres obrotów wrzeciona.
Dostępny moment.
Zakres obrotów stołu.
Możliwość shiftingu.
Zakres kąta ustawienia głowicy.
Chłodzenie lub praca na sucho.
Dostępna przestrzeń na wejście i wybieg.
Sposób mocowania detalu.
Możliwość automatycznego mocowania detalu.
Dostępne interfejsy do współpracy z robotem lub podajnikiem.
Maksymalna masa pojedynczego detalu albo pakietu.
Maksymalna szerokość pakietu.
Dostępna przestrzeń dla chwytaka i automatycznego systemu załadunku.
Wymagany czas cyklu oraz docelowa liczba części na zmianę.

Dane narzędzia

Frez ślimakowy, krążkowy czy dłutak Fellowsa.
Konstrukcja nasadzana albo trzpieniowa.
Wymagane wymiary mocowania.
Frez jedno- czy wielozwojny.
Topping lub non-topping.
Profil szlifowany albo zataczany.
Preferowany materiał.
Powłoka.
Oczekiwana liczba ostrzeń.

Istniejący frez lub jego rysunek, jeżeli ma zostać odtworzony.

Najczęstsze błędy przy produkcji kół łańcuchowych

Dobór narzędzia według modułu

Koło łańcuchowe nie jest standardowym kołem ewolwentowym. Moduł nie zastępuje informacji o podziałce, rolce i pełnym oznaczeniu łańcucha.

Brak średnicy rolki

Sama podziałka nie definiuje pełnego profilu. Inna średnica rolki oznacza inne dno wrębu i powierzchnie współpracujące.

Pominięcie liczby rzędów

Frez i szerokość przejścia muszą uwzględniać koła simplex, duplex, triplex albo wielorzędowe.

Wybór PM-HSS do bardzo dużego freza bez analizy ekonomicznej

Wzrost trwałości może nie zrekompensować bardzo wysokiego kosztu dużego półfabrykatu proszkowego. Dla dużych frezów najczęściej bardziej racjonalne są HSS albo HSSE.

Traktowanie węglika jako standardowego materiału

Węglik jest w tej grupie narzędzi stosowany rzadko. Nie jest automatycznie najlepszym wyborem, szczególnie przy dużych wymiarach i mniej stabilnych obrabiarkach.

Nieuwzględnienie maksymalnej średnicy freza w maszynie

Frezarka może mieścić detal, ale nie być przystosowana do średnicy, masy lub długości potrzebnego freza.

Brak miejsca na wejście i wybieg

Piasta, kołnierz albo sąsiedni wieniec mogą uniemożliwić frezowanie obwiedniowe. Wtedy konieczne może być dłutowanie albo zmiana konstrukcji procesu.

Odtwarzanie profilu wyłącznie ze zużytego koła

Zużyte zęby nie przedstawiają pierwotnego profilu. Jeżeli nie ma dokumentacji, należy zmierzyć również łańcuch, ustalić normę i odtworzyć geometrię projektową.

Nieprawidłowe bazowanie

Bicie wieńca względem otworu powoduje okresową zmianę warunków pracy łańcucha, hałas i nierównomierne zużycie.

Brak ponownego powlekania po ostrzeniu

Ostrzenie usuwa powłokę z powierzchni natarcia. Dalsza praca bez regeneracji może istotnie zmienić trwałość i sposób zużycia narzędzia.

Najczęściej zadawane pytania

Jaka maszyna jest najlepsza do seryjnej produkcji kół łańcuchowych?

Najczęściej frezarka obwiedniowa CNC ze specjalnym frezem ślimakowym do określonego łańcucha.

Czy koło łańcuchowe można wykonać zwykłym frezem modułowym?

Nie. Standardowy frez modułowy ma profil przeznaczony do uzębienia ewolwentowego i nie odtwarza prawidłowego zarysu koła do łańcucha rolkowego.

Kiedy wybrać frez krążkowy?

Przy produkcji jednostkowej, dużej średnicy lub podziałce, naprawie, odtwarzaniu koła oraz wtedy, gdy wykonanie dużego freza ślimakowego jest nieopłacalne.

Kiedy stosuje się dłutak Fellowsa?

Przy uzębieniu położonym blisko kołnierza, ograniczonym wybiegu freza, kołach zespolonych, wybranych profilach wewnętrznych i innych częściach trudno dostępnych dla freza ślimakowego.

Czy PM-HSS jest najlepszym materiałem na każdy frez?

Nie. PM-HSS jest szczególnie korzystny dla małych i średnich frezów pracujących seryjnie. Przy dużych narzędziach częściej uzasadnione są HSS albo HSSE.

Czy wykonuje się frezy do kół łańcuchowych z węglika?

Tak, ale bardzo rzadko. Węglik może mieć sens przy małych lub średnich narzędziach, dużej serii i bardzo stabilnej frezarce CNC.

Czy jeden frez może wykonywać koła o różnej liczbie zębów?

W wielu przypadkach tak, ale dopuszczalny zakres powinien zostać potwierdzony przez projektanta narzędzia. Szczególną uwagę należy zwrócić na małe liczby zębów i profile specjalne.

Jak wykonać rowek wpustowy w małej serii?

Najczęściej dłutakiem na wymienne płytki na tokarce CNC, centrum obróbczym albo dłutownicy.

Jak wykonać rowek w dużej serii?

Najwydajniejszym rozwiązaniem jest zazwyczaj przeciągacz pracujący na pionowej lub poziomej przeciągarce.

Czy kilka kół łańcuchowych można obrabiać jednocześnie?

Tak. Cienkie, identyczne półfabrykaty można w odpowiednich warunkach zamocować na wspólnym trzpieniu i frezować jako jeden pakiet. Pozwala to ograniczyć czas załadunku, mocowania i pozycjonowania przypadający na pojedynczą część. Należy jednak sprawdzić łączną szerokość pakietu, sztywność trzpienia, docisk osiowy, moc maszyny, długość freza oraz możliwość skutecznego odprowadzania wiórów.

Czy produkcję kół łańcuchowych można całkowicie zautomatyzować?

Można zautomatyzować załadunek, mocowanie, frezowanie, przesuwanie freza, przedmuch, rozładunek i transport części do kolejnej operacji. Rzeczywisty poziom autonomii zależy od geometrii detalu, wielkości serii, rodzaju mocowania, kontroli narzędzia oraz sposobu organizacji półfabrykatów i gotowych części.

Dobierz kompletną technologię produkcji koła łańcuchowego

Produkcję koła łańcuchowego należy analizować jako kompletny proces, a nie wyłącznie jako dobór pojedynczego freza. Rodzaj łańcucha definiuje profil zębów, liczba części wpływa na wybór technologii, a wymiary freza muszą odpowiadać rzeczywistym możliwościom maszyny.

Tradensa dostarcza:

frezy ślimakowe do kół łańcuchowych,
frezy krążkowe i profilowe,
dłutaki Fellowsa,
frezarki obwiedniowe CNC,
dłutownice Fellowsa CNC,
dłutaki na płytki do rowków wpustowych,
przeciągacze i przepychacze,
maszyny do przeciągania,
sprawdziany GO/NOGO.

Zaprojektuj z nami kompletny proces produkcji kół łańcuchowych

Planujesz wdrożenie nowych kół łańcuchowych, skrócenie obecnego czasu cyklu albo automatyzację istniejącej produkcji? Prześlij nam rysunek koła, oznaczenie łańcucha, podziałkę, średnicę rolki, liczbę zębów, materiał, wielkość partii oraz dane posiadanej obrabiarki.

Przeanalizujemy nie tylko geometrię freza. Dobierzemy kompletny proces obejmujący:

frezowanie obwiedniowe lub kształtowe,
frez ślimakowy, krążkowy albo dłutak Fellowsa,
właściwy materiał narzędzia i powłokę,
pionową lub poziomą frezarkę obwiedniową,
możliwość pakietowej obróbki kilku kół,
automatyczny załadunek i rozładunek,
wykonanie rowka wpustowego,
kontrolę gotowego koła.

W przypadku istniejącej produkcji możemy również przeanalizować aktualny czas cyklu, sposób mocowania, zużycie narzędzi oraz ekonomiczną zasadność przejścia na proces zautomatyzowany.

Prześlij rysunek i zaprojektuj proces produkcji

Narzędzia, maszyny i wiedza do produkcji kół łańcuchowych

Blog

Dowiedz się więcej