Помогите с выбором стали для зубчатой рейки

Помогите с выбором стали для изготовления зубчатой рейки, заготовка будет резаться на лазере из листовой стали а потом отгибаться бортик для жёсткости, планируемая толщина 4мм, модуль 5. Зубчатое колесо будет из термически не обработанной ст45. Перемещаться на данном механизме будет в районе 15-20кг с невысокой скоростью, похожее на откатные ворота только вертикально. 

Первой мыслью было ст3, но что то подсказывает что это не надолго, склоняюсь к нержавейке

А смысл? Почему не из той же стали 45? Если для атмосферостойкости против коррозии, так смазывайте почаще и все будет ОК.

Потому что нужно отогнуть полочку для жесткоси, а 45 сталь плохо поддаётся гибке, да и найти её листовую тот ещё квест

11 часов назад, Механик.. сказал:

Первой мыслью было ст3

Это правильный выбор.

11 часов назад, Механик.. сказал:

но что то подсказывает что это не надолго

20 кг это очень маленькая нагрузка. Вырезайте рейку вдоль проката листа и всё будет хорошо.

Спасибо, посмотрим сколько ходить будет) 

А при лазерной резке, сталь 45 не закалится разве? И будет жрать шестерню.

Резать надо так, чтобы вдоль направления проката располагались зубья, а линия гиба полочки поперек проката. Рейка при этом будет поперек направления проката.

11 часов назад, 0503 omd сказал:

Рейка при этом будет поперек направления проката.

Напряжённое состояние вблизи впадины зуба показано на рисунке. Прочность стали вдоль проката выше, чем поперёк. Следовательно, вырезать рейку нужно вдоль проката листа. В противном случае сопротивление разрушению вблизи впадины зуба будет существенно ниже.

13 часов назад, lekalschik сказал:

сталь 45 не закалится разве?

Нержавейка тоже науглероживается. После плазмы всё туго обрабатывается.

         Илья Ильич. При таком направлении проката, вдоль рейки, волокнистая структура металла перерезается при нарезке зубьев, поэтому их прочность снижается при нагрузке на изгиб, а именно такую схему нагружения испытывает каждый зуб. Для изгиба важно, чтобы волокна (направление проката) располагались вдоль зуба, перпендикулярно длине рейки.

4 часа назад, 0503 omd сказал:

волокнистая структура металла перерезается при нарезке зубьев

Как говорил товарищ Хачикян (друг Мимино): "Я Вам одну умную вещь скажу, только Вы не обижайтесь" В структуре стали нет никаких волокон. Волокна - это условность, доставшаяся нам от прадедов-кузнецов. Чтобы убедиться в этом, достаточно рассмотреть структуру стали в микроскоп. Сталь имеет зернистое строение.  

При обработке давлением изменяется форма первичных кристаллитов. Зёрна вытягиваются вдоль направления деформационного воздействия: прокатки, ковки, волочения и др видов обработки, формируя характерную текстуру – «волокнистое» строение.

В холоднодеформированном металле подобная волокнистая структура сохраняется естественным образом. После горячего деформирования зёрна металла в ходе рекристаллизации приобретают равноосную форму, однако волокнистая текстура стали, обусловленная предшествующей деформацией, всё равно выявляется после травления.

Причиной возникновения «стальных волокон» в горячем прокате являются неметаллические включения (сульфиды и фосфиды железа). Неметаллические включения кристаллизуются в последнюю очередь, поэтому они располагаются по границам металлических зёрен (рис.1).

Рис.1

При горячей пластической деформации, в условиях близких к всестороннему сжатию, неметаллические включения, как и зёрна основного металла, вытягиваются вдоль направления течения (рис.2), но в отличие от зёрен основного металла они не испытывают последующей рекристаллизации.

Рис.2

В результате рекристаллизации стали формируется структура, представленная на рис.3:

Рис.3

по границам равноосных зёрен располагаются кристаллиты сульфидов и фосфидов, имеющие вытянутую форму с заострённым концом.

Такая форма включений крайне неблагоприятна, т.к. при нагружении стального изделия вблизи острых концов включений происходит концентрация действующих напряжений. Другими словами, сульфиды и фосфиды железа являются в структуре, как бы, готовыми «трещинами», которые значительно ухудшают механические свойства стали. Проанализировав рис.1-3 можно видеть, что при приложении нагрузки вдоль проката концентрация напряжений будет минимальна, а поперёк проката – максимальна. Таким образом, для стандартной деформированной стали в независимости от состояния поставки (прокат, поковка) характерна анизотропия свойств: прочность стали вдоль проката существенно выше, чем поперёк.

Впрочем, если кому-то хочется вырезать деталь из проката таким образом, чтобы сопротивление стали зарождению и распространению трещин было минимально, то пусть такой мастер ни в чём себе не отказывает.

Илья Ильич, в ваших словах чувствуется обида, которая всегда была плохим советчиком. Я прекрасно понимаю, что волокон, как таковых в прокатанном металле нет, но анизотропия присутствует, как правильно вы заметили. Поэтому, при гибке листовых материалов с малым радиусом, данную анизотропию всегда учитывают при раскрое полосы. Сколько раз я рисовал эти схемы раскроя с указанием стрелочками направления проката я умолчу, но в моей голове всегда срабатывает, как у собаки Павлова, что линия гиба должна быть поперек направления проката. Во всех справочниках допустимый минимальный радиус гиба при расположении линии гиба поперек проката меньше, чем при расположении линии гиба вдоль проката. Трещины с внешней стороны гибки чаще появляются при гибе вдоль проката. Вы говорите об абстрактной нагрузке на рейку, я говорю о конкретном изгибающем моменте на зуб рейки, который возникает при воздействии на него зуба шестерни. Сопоставьте ваши картинки рейки и структуры проката. Дефекты металла, которые в теории прокатки называются локациями, если память не изменяет, вытянуты вдоль проката. Если изгиб воздействует вдоль дефекта, то отрыв происходит легче, так как большая длина дефекта попадает под воздействие изгибающей нагрузки. Представьте себе, для наглядности, что в металле уже есть трещина. Чтобы ее увеличить, допустим мы хотим кусок металла отломить, как нам лучше гнуть, поперек или вдоль трещины? На тело рейки тоже воздействует момент. Чтобы его оценить надо изобразить схему нагружения, но там у товарища предусмотрена полка для усиления.

18 часов назад, 0503 omd сказал:

линия гиба должна быть поперек направления проката

Совершенно верно, т.к. в этом случае растягивающие напряжения на линии изгиба параллельны неметаллическим строчкам и концентрация напряжений в  металле при гибе минимальна. Теперь нужно определиться, что важнее: загнуть полку или обеспечить долгосрочный ресурс. В первом случае, рейку нужно вырезать поперек проката, во втором - вдоль. Лично я выбираю долговечность, т.к. в случае задачи ТС загиб полки, ка мне кажется, не вызовет проблем.

18 часов назад, 0503 omd сказал:

Вы говорите об абстрактной нагрузке на рейку

О какой абстракции идёт речь? О растягивающих напряжениях при изгибе вблизи впадины, которые я нарисовал? Если так, то хотелось бы увидеть Ваше представление напряжённого состояния в опасном сечении детали. Полка усиления необходима рейке только для придания жесткости. Основную нагрузку при эксплуатации несут зубья рейки.

18 часов назад, 0503 omd сказал:

Если изгиб воздействует вдоль дефекта, то отрыв происходит легче, так как большая длина дефекта попадает под воздействие изгибающей нагрузки.

Не изгиб, а напряжения растяжения при изгибе. Именно воздействие растягивающих напряжений ответственно за образование и распространение трещины, которая у зубчатых реек, в большинстве случаев, берет начало у впадины зуба. Я совершенно не понимаю смысл сказанного: "... большая длина дефекта попадает под воздействие изгибающей нагрузки". Это как? Можете нарисовать?

Вы согласны с тем, что при изгибе зуба рейки максимальные растягивающие напряжения будут в обозначенном мной месте

18 часов назад, 0503 omd сказал:

Я прекрасно понимаю, что волокон, как таковых в прокатанном металле нет

Тогда зачем нужно было ранее писать

В 15.02.2022 в 10:30, 0503 omd сказал:

волокнистая структура металла перерезается при нарезке зубьев, поэтому их прочность снижается при нагрузке на изгиб

Дело не в обиде, как Вы выразились, а в том ,чтобы ТС получил грамотную консультацию по своему вопросу. Вы советуете вырезать рейку поперек листа, я - вдоль. При таком противопоставлении мнений ТС нужны чёткие обоснования. Согласны?

18 часов назад, 0503 omd сказал:

Сколько раз я рисовал эти схемы раскроя с указанием стрелочками направления проката я умолчу

Вообще-то, количество не всегда  означает качество.

Извините... А не проще готовую рейку от ворот купить?
готовое легко доступное изделие, которое всегда можно заменить...
Разве что малость тяжеловато....

При всем моем уважении, остаюсь при своем мнении. Немного уточню. Есть два опасных сечения при нагружении зубчатой рейки. Изгиб зуба и изгиб самой рейки. Для нагруженного зуба более оптимально направление проката вдоль его оси, перпендикулярно длине рейки. Как нагружена рейка можно понять по расчетной схеме, которой нет. Рейка наверняка имеет какие-то направляющие и крепление, которые компенсируют воздействие изгибающего момента, нам неизвестна ширина рейки. И да, для изгиба самой рейки более оптимально направление проката вдоль. При заявленной нагрузке в 20 кг, резать можно вдоль и поперек с одинаковым успехом.