גלגלי שיניים הם הגיבורים השקטים וההכרחיים של העולם המודרני. החל מהפעולות המורכבות של תיבת ההילוכים של כלי רכב ועד לעוצמה העצומה של טורבינת רוח, רכיבים משוננים אלה הם בסיסיים להעברת כוח מכנית. במשך מאות שנים, ייצור גלגלי שיניים היה שאיפה לדיוק ויעילות, הנשלט על ידי תהליכים מבוססים כמו חיתוך, עיצוב וחריטה. עם זאת, הדרישות הבלתי פוסקות של התעשייה המודרנית - להיקפי ייצור גבוהים יותר, יעילות עלות גבוהה יותר ושילוב הדוק יותר של רכיבים - דרבנו את פיתוחה של טכנולוגיה טרנספורמטיבית:סקיווינג כוח.

עקרון העיבוד של חיתוך כוח

בליבתה, חיתוך בכוח הוא תהליך חיתוך גנרטיבי רציף המשלב באופן סינרגטי את הסיבוב המהיר של חיתוך עם סידור הכלי-חומר העבודה של עיצוב גלגל השיניים. זהו תהליך "גלגול" או "הקצעה" מורכב שבו חותך מיוחד, רב-שיניים, וחומר גלגל השיניים מסתובבים בתנועה מסונכרנת מדויקת, דמוית רשת.

המאפיין המגדיר של סקיפינג פאוור הואזווית חיתוך צירים (Σ)בניגוד לחריצה (שם צירי הכלי וחומר העבודה נמצאים בזווית של 90 מעלות, מקוזזים על ידי זווית הסליל) או עיצוב (שם הצירים מקבילים), חיתוך בכוח פועל כאשר צירי הכלי וחומר העבודה מוגדרים בזווית ספציפית, לא מקבילה ולא מצטלבת. זווית זו היא הגורם המרכזי המאפשר את התהליך.

זווית מחושבת בקפידה זו יוצרת מהירות יחסית (החלקה) ספציפית בין קצוות החיתוך של הכלי לבין צלעות חומר העבודה. כאשר הכלי והחלק הגולמי מסתובבים במהירויות גבוהות, מהירות החלקה זו יוצרת את פעולת החיתוך. כלי החיתוך, הדומה לחיתוך מעצב אך בעל זווית סליל, "מקלף" או "מגרד" למעשה חומר מהחלק הגולמי עם כל מעבר של קצה החיתוך, ויוצר באופן רציף את פרופיל השן המעורבבת כאשר שני הרכיבים מסתובבים.

כלי עבודה: לב התהליך

החותך לחיתוך בכוח הוא כלי מורכב ומתמחה ביותר. הוא עשוי בדרך כלל מקרביד מצופה מוצק לקשיחות ועמידות מקסימלית בפני שחיקה, או מפלדת מתכות אבקה (PM) במהירות גבוהה (HSS) בעלת ביצועים גבוהים. תכנון הכלי - כולל זווית הסליל, זווית השיפוט והפרופיל - מחושב במיוחד עבור המודל הקינמטי של המכונה והגיאומטריה המדויקת של גלגל השיניים המטרה. מורכבות ספציפית לכלי זו היא גורם משמעותי בעלות הכוללת ובהקמת התהליך.

יתרונות וחסרונות של סקייבינג עם כוח

כמו כל תהליך ייצור, גם עיבוד שבבי עם כוח (power skiving) מציע סט ייחודי של פשרות.

יתרונות:

פרודוקטיביות גבוהה: זוהי שיטה מהירה משמעותית (פי 3-10) מעיצוב גלגלי שיניים ותחרותית מאוד עם חיתוך גלגלי שיניים. עבור גלגלי שיניים פנימיים, זוהי לרוב השיטה הפרודוקטיבית ביותר הקיימת.

גמישות ללא תחרות: התהליך יכול לעבד גלגלי שיניים פנימיים וחיצוניים כאחד, כמו גם גלגלי שיניים חריצים, גלגלי שיניים סליליים וגלגלי שיניים דוקרניים במכונה אחת.

יכולת "בעבודה אחת": ניתן לבצע עיבוד גס, גימור למחצה וגימור במערכת אחת. ניתן גם לבצע חיתוך קשה, או עיבוד שבבי של גלגלי שיניים לאחר טיפול בחום, מה שיכול לבטל את הצורך בפעולות השחזה נוספות.

איכות גבוהה: כאשר מבצעים חיתוך במכונה קשיחה ומודרנית, חיתוך בכוח יכול לייצר גלגלי שיניים מדויקים (למשל, AGMA 10-11, DIN 6-7) עם גימורי פני שטח מעולים.

פותר גיאומטריות קשות: אידיאלי עבור חלקים עם מרווח כלים מוגבל, כגון גלגלי שיניים עם כתף או אוגן, שבהם ציר לא יכול לצאת. זהו אתגר נפוץ בתכנוני תיבות הילוכים קומפקטיות.

חסרונות:

עלות הון גבוהה למכונה: התהליך דורש מכונת CNC מתקדמת ביותר, קשיחה ויציבה תרמית בעלת 5 צירים (או יותר) עם סנכרון אלקטרוני מושלם, המייצגת השקעה משמעותית.

תהליך וכלי עבודה מורכבים: הקינמטיקה מורכבת במיוחד. תכנון תהליכים דורש תוכנת סימולציה מתוחכמת לחישוב נתיבי כלים ולמניעת התנגשויות. הכלים עצמם יקרים וספציפיים ליישום.

רגישות לכוונון: התהליך רגיש מאוד לכוונון נכון, במיוחד זווית חיתוך הצירים. כל חוסר יישור יכול להשפיע באופן דרסטי על חיי הכלי ועל איכות החלק.

ניהול שבבים: הסרה במהירות גבוהה של כמויות גדולות של חומר עלולה ליצור אתגרי בקרת שבבים, במיוחד בעת עיבוד שבבי של גלגלי שיניים פנימיים עמוקים שבהם שבבים עלולים להידחס.

תרחישי יישום

חיתוך כוח אינו תחליף אוניברסלי לכל תהליכי גלגלי השיניים האחרים, אך זהו פתרון דומיננטי בתחומים ספציפיים בעלי ערך גבוה, המונע בעיקר על ידי ייצור המוני.

תעשיית הרכב: זהו הגורם המאמצ הגדול ביותר. התהליך משמש באופן נרחב לייצור רכיבי תיבת הילוכים פנימית כמו גלגלי שיניים טבעתיים, גלגלי שיניים פלנטריים וגופי מצמד בעלי חריצים. יכולתו ליצור גלגלי שיניים פנימיים וגלגלי שיניים מורכבים במהירות ובדיוק גבוה היא בעלת ערך רב עבור תיבות הילוכים אוטומטיות וחשמליות (EV) מודרניות וקומפקטיות.

תעופה וחלל: משמש לייצור ספליינים וגלגלי שיניים למערכות הפעלה, כאשר אמינות גבוהה ועיצובים מורכבים וקלים משקל הם בעלי חשיבות עליונה.

מכונות תעשייתיות: אידיאליות לייצור רכיבים כמו גלגלי שיניים של משאבות, מצמדים וגירים חרוטים אחרים שבהם פרודוקטיביות ודיוק הם המפתח.

המועמד האידיאלי לחילוץ מהיר הוא רכיב בנפח בינוני עד גבוה, במיוחד גלגל שיניים פנימי או גלגל שיניים עם כתפיים מתערבות, כאשר החיסכון בזמן המחזור יכול להצדיק את ההשקעה הראשונית הגבוהה במכונות ובכלים.

מַסְקָנָה

שיטת Power Skiving עשתה בהצלחה את הקפיצה מתפיסה תיאורטית בת 100 שנה למעצמת ייצור מודרנית. על ידי שילוב מהירות העיבוד השבבי עם גמישות העיצוב, היא גישר באופן מהותי על פער קריטי בייצור גלגלי שיניים. היא מציעה פתרון חסר תקדים לייצור בנפח גבוה של גלגלי שיניים פנימיים ורכיבים מורכבים בעלי חריצים, תוך קידום יעילות ומאפשר את הדור הבא של מערכות מכניות קומפקטיות וצפופות הספק. ככל שטכנולוגיית כלי המכונה, תוכנות הסימולציה ועיצובי כלי החיתוך ממשיכים להתפתח, אימוץ שיטת Power Skiving צפוי להתרחב, ולבסס עוד יותר את תפקידה ככוח מהפכני בייצור גלגלי שיניים.