2.3 Особенности изготовления деталей типа дисков

К деталям типа дисков относятся маховики, тормозные барабаны, диски сцепления, цилиндрические и конические колеса, диски с гладким или шлицевым отверстием.

Конструктивная особенность деталей типа дисков состоит в том, что все они имеют форму тела вращения, у которого диаметр превышает высоту (длину). Диски имеют центральное отверстие – цилиндрическое, коническое или шлицевое, у многих деталей предусмотрены отверстия для крепления, расположенные по окружности, концентричной центральному (посадочному) отверстию.

На операциях обработки резанием технологическими базами служат сначала один торец и наружная или внутренняя цилиндрическая поверхность заготовки, а в последующем – поверхности, обработанные на первой операции. Если требуется угловая ориентация, то используются ее выступающие бобышки, а при их отсутствии – отверстие, обработанное на первых операциях.

Наиболее массовыми и характерными деталями типа дисков являются зубчатые колеса.

2.4 Технология изготовления зубчатых колес

2.4.1 Особенности конструкции зубчатых колес

Зубчатые колеса нашли самое широкое применение в машиностроении: в автотракторной промышленности - коробки перемены передач, редукторы отбора мощности, дифференциалы, в станкостроении – коробки скоростей, коробки подач и т.п.

Различают типы зубчатых передач по взаимному расположению осей валов:

- параллельное (прямозубые, косозубые и шевронные цилиндрические передачи, реечные передачи);

- пресекающееся (прямозубые конические передачи, косозубые конические передачи с косыми и криволинейными зубьями);

- скрещивающееся (винтовые, гипоидные, глобоидные и червячные).

Стандартами установлены 12 степеней точности для зубчатых колес. Для некоторых степеней числовые значения допусков и отклонений пока не предусмотрены, эти степени точности оставлены для будущего развития. К ним относятся: для цилиндрических передач – 1 и 2, для конических – 1,2, 3, для червячных – 1 и 2 для m<1 мм.

Для каждой степени точности установлены три нормы точности: кинематическая, норма плавности работы и норма пятна контакта.

В автотракторной промышленности в основном применяются зубчатые колеса 7 и 8 степеней точности.

Зубчатые колеса с твердостью зубьев НВ ≤ 270 проходят термическую обработку до механической обработки, с твердостью НRC 45 ÷ 62 – в процессе механической обработки.

Центральные посадочные отверстия в зубчатых колесах изготавливают гладкими, коническими и с шпоночными пазами.

2.4.2 Влияние различных факторов на технологию изготовления зубчатых колес.

На выбор технологического процесса изготовления зубчатого колеса влияют следующие факторы:

- форма зубчатого колеса;

- форма и расположение зубчатого венца;

- число зубчатых венцов;

- материал колеса;

- точность зубчатого венца;

- физико-механические свойства зубчатого венца.

Форма зубчатого колеса определяет выбор метода базирования. Вал-шестерни обрабатываются идентично деталям класса валов, т.е. в качестве баз используются центровые отверстия. Зубчатые колеса с посадочным отверстием и длиной, превышающей диаметр обрабатываются как детали класса втулок. Остальные колеса, у которых диаметр превышает длину обрабатываются как детали типа дисков.

Форма и расположение зубчатого венца предопределяет выбор метода зубообработки.

Для наружных зубьев цилиндрических колес это фрезерование концевыми и дисковыми модульными фрезами (методы копирования), фрезерование червячными фрезами (метод обкатки). Эти методы используются тогда, когда между венцом и соседними элементами конструкции колеса достаточно места для выхода указанных инструментов. В противном случае и при обработке внутренних зубьев цилиндрических колес используется процесс зубодолбления.

Для нарезания прямозубых конических колес применяется зубострогание, зубофрезерование двумя дисковыми фрезами и протягивание круговой протяжкой.

Конические колеса с круговыми зубьями обрабатываются резцовыми головками.

Червячные колеса нарезаются червячными фрезами.

Число зубчатых венцов и их расположение на число операций зубообработки и их характер.

Материал колеса влияет на режимы обработки и методы получения заготовки. Материалы для изготовления зубчатых колес выбираются в зависимости от их назначения, передаваемых нагрузок и условий эксплуатации. При этом учитываются следующие требования к материалу: хорошая обрабатываемость резанием, минимальное коробление при термообработке, низкая стоимость.

В соответствии с основными эксплуатационными требованиями высокой прочности, износостойкости, долговечности и с учетом технологических требований для изготовления зубчатых колес применяются конструкционные стали: углеродистые (40, 45, 50), углеродистые пониженной прокаливаемости (55ПП), хромистые (20Х, 35Х, 40Х, 50Х), хромоникелевые (12ХН, 12ХН3А, 20ХН3А), хромомарганцовистые с титаном (18ХГТ, 25ХГТ) и др.

Высоконагруженные зубчатые колеса изготавливают из комплекснолегированных сталей, разнообразных по химическому составу, механическим и технологическим свойствам. В связи с малым содержанием углерода зубчатые колеса из легированных сталей подвергаются химико-термической обработке (цементации, нитроцементации, азотированию), после чего они имеют высокую износостойкость, ударную вязкость, усталостную прочность.

Углеродистые стали по сравнению с легированными характеризуются лучшей обрабатываемостью резанием и низкой стоимостью, однако уступают им по прочности, износостойкости, склонны к короблению при термообработке.

Для изготовления зубчатых колес используются также серый чугун, пластмассы, слоистые пластики, металлокерамические материалы.

Из серого чугуна изготавливают зубчатые колеса, работающие при малых окружных скоростях и передающие небольшие усилия. Зубчатые колеса из таких пластиков, как текстолит, нейлон и др., работающие при высоких окружных скоростях (40 – 50 м/с) отличаются низким уровнем шума при работе, плавностью передачи и способностью гасить вибрации. При этом они входят в зацепление с зубчатыми колесами, изготовленными из стали или чугуна.

Технологический процесс получения заготовки зубчатого колеса должен обеспечивать получение мелкодисперсной структуры и наилучшее расположение волокон материала. К основным технологическим процессам получения заготовок зубчатых колес относятся свободная ковка, штамповка на кривошипных прессах, горизонтально-ковочных машинах, поперечно-клиновая прокатка, холодная штамповка, горячая высадка на многопозиционных автоматах, спекание из порошковых смесей в закрытых штампах.

Для снятия напряжений и улучшения обрабатываемости откованные и отштампованные заготовки, независимо от оборудования на котором они получены, подвергаются термообработке – нормализации или отжигу.

В последнее время получило распространение изготовление заготовок зубчатых колес с предварительным формообразованием зубчатого венца, что позволяет сэкономить материал, снизить трудоемкость механической обработки и улучшить расположение волокон материала. Предварительное формообразование зубчатого венца осуществляется штамповкой или горячим накатыванием зубьев. Полученные заготовки подвергают термообработке – нормализации или отжигу.

В последнее время получило также распространение холодное окончательное накатывание цилиндрических зубчатых колес модулем до 1,5 мм.

Червячные колеса изготавливаются из бронз для скоростей скольжения выше 2 м/с и из чугуна до 2 м/с. Червяки изготавливаются из конструкционных сталей 45, 40Х, термообработка – улучшение до НВ 280–300 или закалка ТВЧ до НRC 45–50, или из стали 20Х с последующей цементацией и закалкой.

Физико-механические свойства зубчатого венца назначаются в зависимости от условий эксплуатации, что предопределяет технологию термической обработки. Для зубчатых колес с низкой твердостью это отжиг и нормализация, для колес с средней твердостью – улучшение, для колес с высокой твердостью – объемная закалка, закалка ТВЧ, химико-термическая обработка.

Точность зубчатого венца определяет выбор операций зубоотделки и окончательной обработки посадочных поверхностей. Для чистовой обработки зубьев низкой и средней твердости это шевингование, для зубьев высокой твердости – шлифование и хонингование (в основном для снижения шероховатости, удаления заусенцев и забоин).