Để giảm chi phí đầu tư các thiết bị thuỷ lực có lực ép quá lớn, người ta thường thiết kế bánh răng có kích thước lớn theo kiểu bánh răng ghép. Với bánh răng ghép, khi chế tạo, người ta sẽ chế tạo vành răng riêng và chế tạo moay ơ riêng. Do vậy, khi tạo bánh răng, người ta chỉ cần rèn ép phần vành răng là đủ.
Bánh răng ghép có những ưu điểm đặc biệt sau:
a- Không yêu cầu máy rèn ép với lực ép lớn như rèn ép bánh răng liền khối.
b- Chi phí chế tạo khuôn cho rèn ép vành răng thấp hơn nhiều so với chi phí chế tạo khuôn để rèn ép toàn bộ bánh răng.
c- Tiết kiệm kim loại quý hiếm
d- Dễ dàng thay thế khi vành răng bị hỏng.
Do các ưu điểm đặc biệt đó, hiện nay, trong các hộp giảm tốc lớn, hầu hết các bánh răng có đường kính từ 800mm trở lên đều được thiết kế theo kiểu vành răng ghép.
ở các nước công nghiệp phát triển, do được trang bị các thiết bị luyện kim và rèn ép thích hợp, nên việc tạo phôi vành răng có chất lượng cao không mấy khó khăn. Còn Việt Nam, do không có đầy đủ các thiết bị luyện kim và đặc biệt là các thiết bị rèn ép lớn, nên đến nay ta chưa thể chế tạo được các bánh răng lớn nói chung và các vành răng lớn có chất lượng cao nói riêng. Vì vậy, hầu hết các hộp giảm tốc lớn đều phải nhập ngoại và các phụ tùng thay thế của chúng cũng phải nhập.
Để có thể khắc phục các khó khăn về thiết bị trong việc chế tạo các vành răng lớn có độ bền cao, Viện Nghiên cứu Cơ Khí đã đưa ra một giải pháp hợp lý: Phối hợp công nghệ hàn và gia công áp lực để tạo phôi chi tiết vành răng có chất lượng tốt, đáp ứng nhu cầu ngày càng lớn ở Việt Nam.
2. Nội dung việc phối hợp công nghệ hàn và gia công áp lực để tạo phôi vành răng bao gồm:
a) Tạo được dải thép có thành phần hoá học phù hợp với vật liệu của vành răng, có kích thước về chiều dầy và chiều rộng phù hợp.
b) Lốc nguội dải thép thành vành tròn, trong đó có đường kính ngoài lớn hơn đường kính ngoài của vành răng, có đường kính trong nhỏ hơn đường kính trong của vành răng.
c) Hàn nối hai đầu mút của vành tròn.
d) Làm bền mối hàn bằng gia công biến dạng dẻo ở trạng thái nóng.
đ) Xử lý nhiệt để khử toàn bộ ứng suất dư của phôi vành răng.
e) Lốc tròn lại lần cuối.
Sau khi kết thúc quá trình tạo phôi, nó được chuyển sang thực hiện các nguyên công gia công cơ khí và xử lý nhiệt.
Cuối cùng, vành răng được ghép vào moay ơ ở trạng thái nóng.
Để tăng khả năng chống xoay giữa vành răng và moay ơ, sau khi ghép căng ở trạng thái nóng, chúng tôi dùng que hàn thép không gỉ với đường kính f = 3mm để hàn liên kết một số điểm giữa vành răng và moay ơ.
3. Chất lượng của vành răng được chế tạo theo công nghệ phối hợp hàn và gia công áp lực.
Bằng phương pháp gia công phối hợp, chúng tôi đã tạo được vành răng mà vật liệu chủ yếu đã được thông qua công nghệ cán có chất lượng tương đương như thép rèn ép hoặc cao hơn.
Để nâng cao chất lượng về độ bền kim loại chỗ mối hàn, chúng tôi đã giải quyết bằng hai biện pháp:
a) Hợp kim hoá và cải thiện cấu trúc kim loại mối hàn trong quá trình hàn tự động bằng cách phối hợp các phero Crôm và phero Titan với một hàm lượng nhất định trong thành phần của thuốc hàn gốm.
b. Gia công biến dạng dẻo kim loại mối hàn ở trạng thái nóng với tỷ số biến dạng e = 10%. Việc thực hiện nguyên công gia công biến dạng dẻo kim loại mối hạn được thực hiện trên máy ép thủy lực có sự hỗ trợ của đồ gá chuyên dùng và thiết bị nung cục bộ.
Để kiểm tra độ bền của kim loại vành răng, trong đó có kim loại mối hàn, chúng tôi đã tiến hành chế tạo một số mẫu thử kéo và được tiến hành thử độ bền tại phòng thí nghiệm Cơ lý của Viện Nghiên cứu Cơ khí. Các kết quả thí nghiệm được thể hiện ở bảng 1.
Phân tích các số liệu thí nghiệm bền ta thấy, độ bền của thép đúc thấp hơn nhiều độ bền của thép cán cùng loại, thường chỉ khoảng 72 á 75% đối với thép 45 và 80 á 84 đối với thép 40 X.
Độ bền của mối hàn, do được hợp kim hoá tốt, nên không thua kém nhiều so với độ bền của thép cán cùng loại, thường đạt 85 á 88%. Nếu sau hàn được gia công biến dạng, độ bền của thép mới hàn sẽ đạt 95 á 98% độ bền của thép cán cùng loại.
Sau khi đã phân tích các kết quả thí nghiệm bền, cho phép ta khẳng định được phương hướng dùng công nghệ phối hợp hàn và gia công áp lực để tạo phôi chi tiết lớn, đặc biệt là vành rănh có độ bền cao, là hợp lý trong điều kiện cụ thể của Việt Nam hiện nay. Độ bền kéo đứt của vành răng được chế tạo theo công nghệ phối hợp có thể đạt từ 95 á 98% độ bền của vành răng được chế tạo bằng công nghệ rèn ép...
4. Các kết quả thực tiễn
ứng dụng công nghệ phối hợp hàn và gia công áp lực để chế tạo các vành răng có kích thước lớn cho các hộp giảm tốc GT3B - 2080 (lò nung Klinker của Công ty Xi măng Hải Phòng) hộp giảm tốc GT-2B-1320 (cho máy cán thô của Công ty Thép Nam Đô, hộp giảm tốc Kử - 2 - 1000 (Công ty Nhiệt điện Phả Lại) bộ truyền bánh răng lớn máy nghiền liệu (Công ty liên doanh Mỏ Đồng Sinh quyền Lao Cai). Tất cả các hộp giảm tốc và bộ truyền bánh răng được chế tạo theo công nghệ phối hợp đều hoạt động tốt. Cần phải nói thêm rằng, trước đó, để chế phôi các vành răng của hộp giảm tốc GT3B – 2080, người ta dùng công nghệ đúc và đã không cho kết quả tốt, vành ràng mới chạy được ít ngày đã bị vỡ.
5. Kết luận
Qua một thời gian dài thử nghiệm trong sản xuất (từ 2 năm đến 3 năm liên tục) chúng tôi có thể kết luận như sau:
Bằng việc sử dụng công nghệ phối hợp tạo phôi vành răng lớn với độ bền tương đương với độ bền vành răng được tạo bằng công nghệ rèn ép, từ đó cho phép ta có thể chế tạo được các hộp giảm tốc lớn có độ bền cao mà trước đây ta thường phải nhập từ nước ngoài. Cho phép ta chế tạo được các vành răng và bánh răng thay thế của các hộp giảm tốc lớn trong các máy nghiền bi của các công ty xi măng, các nhà máy nhiệt điện và của nhiều ngành công nghiệp khác. Giá thành chế tạo một hộp giảm tốc theo công nghệ phối hợp được thực hiện ở Việt Nam chỉ chiếm 45 á 50% giá nhập một hộp giảm tốc tương tự.
