Materiály ozubených řemenic: hliník, ocel nebo plast a pastva anodizace

Většina dotazů na ozubené řemenice uvádí profil a počet zubů, ale materiál nechává nevyplněný nebo uvádí pouze „hliník“ bez další specifikace. To obvykle postačuje pro lehké dopravníky. Vznikají však problémy, pokud je pohon rychlý, horký, vlhký nebo přenáší významný krouticí moment.

Níže je uvedeno, co jednotlivé materiály skutečně nabízejí, s údaji z veřejně dostupných zdrojů.

Hliník: výchozí volba a její omezení

Výrobci ozubených řemenic uvádějí třídy 6061, 6082, 7075, 6063 a třídy vhodné pro frézování, např. 2011 a AlCuMgPb. Nejrozšířenější je 6061-T6.

Publikované vlastnosti 6061-T6:

Rozhodující hodnotou je tvrdost. 93 až 95 HB je měkké. Časový řemen má tažné lana a zubovou plochu z látky nebo gumy; látka je abrazivní. Pokud řemen dlouhou dobu běží pod zatížením proti holým hliníkovým zubům, hliník se opotřebuje, profil zubu se rozšíří a vůle se zvětší.

Proto existuje anodizace u kladek a právě zde se mnoho lidí nechá chytit.

Anodizace: tvrdost, kterou chcete, a růst, na který musíte počítat

Důležité jsou dva typy, oba pod normou MIL-PRF-8625:

Povrchová tvrdost hliníku bez povlaku, anodizovaného a tvrdě anodizovaného.

Oproti neupravenému materiálu 6061 s tvrdostí 93 až 95 HB – to je výrazné zlepšení. Tvrdé anodování typu III je specifikací pro kladku, která musí odolat abrazivnímu kontaktu s pásou.

Nyní past. Anodizace není povlak aplikovaný na povrch součásti. Přeměňuje povrch a roste:

Anodizace roste z 50 % do materiálu (proniknutí) a z 50 % směrem ven (nárůst).

Rozměrový nárůst činí přibližně 50 % celkové tloušťky povlaku na každou stranu.

Vycházíme z publikovaného příkladu: povlak typu II o celkové tloušťce 0,5 mil poskytuje přibližně 6,35 µm nárůstu na každou stranu, 6,35 µm proniknutí a celkovou změnu průměru přibližně o 12,70 µm. U povlaku typu III o tloušťce 2,0 mil lze očekávat přibližně 1,0 mil na každou stranu.

U ozubnicové kladky se tento nárůst objeví na bočních plochách zubů. Tvrdě anodizovaná kladka obráběná na jmenovité rozměry před anodizací vychází z lázně s užšími zubovými mezerami, než jsou zadané. U jemných profilů s malým roztečným krokem, jako jsou T2,5 nebo AT3, desítky mikrometrů na každém boku zubu představují významnou část zubové mezery.

Řešení je jednoduché, ale musí být záměrné: zuby se obrábějí s menšími rozměry o očekávaný nárůst tloušťky vrstvy, nebo se zadají konečné rozměry po anodizaci a obráběč provede zpětný výpočet. Nepřipustitelné je obrábění na jmenovité rozměry, následné tvrdé anodizování a doufání v dobrý výsledek.

Pokud objednáváte tvrdě anodizované kladky, uveďte, zda se zadané rozměry vztahují k stavu před nebo po povrchové úpravě. Tuto otázku klademe u každé objednávky tvrdé anodizace, protože odpověď ovlivňuje dráhu nástroje.

Ocel: když hliník nestačí

Běžná označení ocelových ozubených kladek jsou C45E, 1045, S45C a 45# ocel.

Hliníková ozubená kladka s profilem T10

Publikované vlastnosti oceli AISI 1045 / C45:

Přibližně dvojnásobek pevnosti v tahu oproti slitině 6061-T6 a přibližně dvojnásobek tvrdosti před jakýmkoli povrchovým zpracováním. Oficiální zdůvodnění od výrobců řemenic je jednoduché: vyšší pevnost a tvrdost než u hliníku, větší hmotnost, vhodné pro vysoké zatížení a vysokou rychlost.

Hmotnost není vždy nevýhodou. U poháněné řemenice zvyšuje setrvačnost rovnost otáček. U servosystému, kde se snažíte minimalizovat odraženou setrvačnost, představuje skutečnou nevýhodu.

Vyberte ocel, pokud:

· Je točivý moment dostatečně velký na deformaci hliníkových zubů

· Pohon běží nepřetržitě za provozní rychlosti s abrazivním řemenem

· Je řemenice malá, takže zatížení zubů se soustředí na malý počet zubů

· Provozní teplota přesahuje teplotní rozsah, který hliník snáší

Plast: lehký, tichý a rozměrově nestabilní

Polymerové řemenice se používají v lehkých aplikacích, při manipulaci s potravinami a v případech, kdy je důležitá nízká hladina hluku nebo nízká hmotnost. Nejčastěji se používá PA6 (polyamid 6).

Publikované údaje pro PA6 z technického listu inženýrského polymeru:

Mez pevnosti v tahu vypadá respektabilně – činí čtvrtinu hodnoty slitiny 6061. Problém je v posledních dvou řádcích.

Nylon absorbuje vodu a zvětšuje se. Kolík vyrobený na přesné rozměry v suchém dílně a následně namontovaný v prostředí s vysokou vlhkostí nebo v prostředí, kde dochází k pravidelnému mytí pod tlakem, mění své rozměry. U ozubového kola to znamená změnu průměru rozteče a tím i změnu zaběhnutí zubů.

Dokumentace výrobce je k tomuto tématu jednoznačná: jde o faktor, který je třeba zohlednit při návrhu, nikoli o výrobní vadu. Je to vlastnost daná povahou polymerního materiálu.

Kde plastová kola fungují dobře:

· Lehké zatížení, nízké rychlosti

· Aplikace citlivé na hluk

· Korozivní prostředí, kde by kov selhal rychleji

· Aplikace, kde je řemenice záměrně výměnnou součástí

Tam, kde nejsou vhodné:

· Přesné polohování, protože rozměrový posun znehodnotí účel

· Vysoký krouticí moment, protože zuby se stlačují

· Horká prostředí blízko meze 100 °C pro nepřetržitý provoz

Měli bychom být jasní ohledně omezení publikovaných údajů, které jsme mohli ověřit: obsah nasycené vlhkosti a výsledná procentuální změna rozměrů nebyly dostupné z primární technické dokumentace. Hodnoty absorpce po 24 a 96 hodinách uvedené výše jsou skutečné; chování v dlouhodobé rovnováze v konkrétním prostředí by měl poskytnout dodavatel materiálu pro přesnou třídu.

Litina a nerezová ocel

Litina vyskytuje se u větších kladek, s třídami jako HT150, HT200, HT250 a GG25, které jsou označovány výrobci. Práh, kdy litinu nahrazuje hliník, je otázkou rozměru a nákladů, nikoli publikovaným pravidlem, a konkrétní průměrový limit jsme nebyli schopni ověřit. V praxi je to určeno ekonomikou lití: nad určitým průměrem je lití výhodnější než obrábění z polotovaru.

Nerez kladky používají označení jako SUS303, SUS304 a AISI 431. Použití je v prostředí s mytí pod tlakem (washdown), kde je požadována odolnost proti korozi, nikoli mechanický výkon. Poznámka: 303 a 304 jsou austenitické a nelze je tepelným zpracováním ztvrdit, takže nerezová kladka není tvrdá kladka.

Volba

Často kladené otázky

Způsobí tvrdé anodování, že bude můj hliníkový řemenice stejně tvrdá jako ocel?

Povrchová vrstva s tvrdostí 400 až 700 HV je tvrdší než ocel 1045 s tvrdostí 170 až 210 HB. Základní materiál pod povrchem zůstává měkký hliník, takže řemenice odolává opotřebení, ale ne deformaci při vysokém zatížení zubů.

Proč se mi anodovaná řemenice nepasovala na řemen správně?

Nejpravděpodobnější příčinou je, že profil zubů byl obráběn na jmenovité rozměry a růst povlaku anodizace zužuje mezery mezi zuby. Zkontrolujte, zda byly rozměry na výkresu stanoveny před nebo po anodizaci.

Lze použít řemenici z nylonu v aplikacích s čištěním pod tlakem?

Odolává korozi, ale nasává vodu a mění své rozměry. Pro čištění pod tlakem s přesnostními požadavky je lepší volbou nerezová ocel.

Je slitina 7075 lepší než 6061 pro řemenice?

Je pevnější, ale také dražší a méně odolná proti korozi. U většiny řemenicových aplikací je rozhodující povrchové opotřebení, nikoli objemová pevnost, proto obvykle stačí tvrdé anodování slitiny 6061 namísto přechodu na vyšší slitinu.

Jakou teplotu dokáže hliníková řemenice vydržet?

slitina 6061-T6 má maximální provozní teplotu z hlediska mechanických vlastností 170 °C. V praxi je však obvykle řemen omezením daleko dříve než řemenice.

Vyžadují ocelové řemenice povrchovou úpravu?

Pro ochranu proti korozi často ano, v závislosti na prostředí. Pro odolnost proti opotřebení je ocel 1045 s tvrdostí 170 až 210 HB obecně dostačující proti běžným řemenům bez dalšího kalení.

Společnost Tianjin HaoRongShengYe Electrical Equipment Co., Ltd. vyrábí ozubené řemenice z hliníku, oceli C45, litiny a nerezové oceli ve výrobních profilech HTD, GT, T, AT a imperiálních. Pokud objednáváte tvrdě anodované řemenice, uveďte nám, zda jsou rozměry zubů uvedeny před nebo po povrchové úpravě – podle toho nastavíme výrobní dráhu.