51. Материалы и методы получения заготовок зубчатых колес

Основные требования к материалам: - прочность поверхностного слоя и высокое сопротивление истиранию; - достаточная прочность при изгибе; - обрабатываемость, возможность получения достаточной точности и чистоты поверхности. Основным материалом зубчатых колёс является сталь, используют также чугун и пластмассу. Для уменьшения опасности повреждения поверхности зубьев применяют термообработку. Твердость поверхности должна быть такой, чтобы получить колеса необходимой точности. Наибольшее распространение получили углеродистые стали 35; 40; 50; 50Г. Применяют также легированные стали 40Х; 45ХН. Углеродистые стали подвергают нормализации и улучшению, твёрдость поверхности 300…320 НВ. Колёса с твердостью НВ обладают сравнительно невысокой прочностью. Однако благодаря технологическим преимуществам широко применяется в условиях единичного и мелкосерийного производства в мало- и средненагруженных передачах при отсутствии жестких требований к габаритам и массе, а также в передачах с большими колёсами (диаметром более 500 мм), термическая обработка которых затруднена. Для лучшей приработки зубьев и равномерного их изнашивания для прямозубых передач рекомендуется твёрдость рабочих поверхностей зубьев шестерни назначать больше твёрдости зубьев колеса на 20…30 единиц НВ. Легированные стали закаливают, иногда применяют поверхностную закалку, цементацию, азотирование (НВ > 350). Применение высокотвёрдых материалов уменьшает габаритные размеры передачи и увеличивает её долговечность. Однако колёса из таких материалов требуют повышенной точности изготовления и монтажа, а обработку резанием производят до термообработки. При твёрдости обоих колёс >350 НВ колеса не прирабатываются. Для неприрабатывающихся зубчатых передач не требуется обеспечивать разность твёрдостей зубьев шестерни и колеса. Но такие колёса требуют высокой точности изготовления и повышенной жёсткости валов и опор. Нарезание зубьев при высокой твёрдости затруднено. Поэтому колёса нарезают до термообработки, а отделку зубьев производят после термообработки. Применяют в условиях крупносерийного и массового производства в средне- и высоконагруженных передачах, а также при высоких требованиях к габаритам и массе передачи. Крупные зубчатые колёса из пластмассы применяют для обеспечения бесшумной работы. Шестерня из пластмассы работает с колесом из стали; нагрузочная способность таких передач невысока.

Поперечно-клиновая прокатка круглыми валиками или плоскими плашками (рис. 198, а) по сравнению с объемной штамповкой на молотах и прессах обеспечивает экономию металла на 10—15%. Припуск на механическую обработку умень­шается с 2,0—2,5 мм до 1,0—1,5 мм. Произво­дительность прокатных станов ВНИИМЕТМАШа составляет 360-900 шт/ч.

Горячая объемная штамповка осущест­вляется на многопозиционных автоматах про­изводительностью 70—180 шт/мин. Заготовки не имеют облоя; припуск (на диаметр) под ме­ханическую обработку 1,0- 1,5 мм. На автома­тах можно изготовлять заготовки зубчатых колес диаметром до 170 мм из штанги диаме­тром 90 мм. Заготовки зубчатого колеса диа­метром 67 мм и высотой 40 мм высаживаются за пять переходов из горячекатаного прутка с производительностью 70 шт/мин. Отход ме­талла в стружку — около 6 %. Этот метод при­годен и для штамповки конических колес.

Метод горячего накатывания зубьев цилин­дрических зубчатых колес разработан ЗИЛом совместно с ВНИИМЕТМАШем взамен чер­нового нарезания зубьев колеса (z = 46; mn = 6 мм; b = 70 мм; β = 16º7'). Поковку 4 (рис. 198,б), полученную на ковочном прессе, уста­навливают в зажимное приспособление, зажимают между стаканами 3 и включают индук­тор для нагрева поковки. Зубья накатывают за два последовательных этапа. Сначала гладки­ми роликами 2 калибруют штампованную по­ковку по внешнему диаметру и ширине зубча­того венца, затем заготовка перемещается в верхнее положение. После вторичного нагре­ва заготовки зубчатыми роликами 1 накаты­вают зубья. Время цикла накатки составляет 2,4 мин. Припуск на сторону зуба 1,5 мм. Го­рячее накатывание позволяет снизить расход металла на заготовку (~ 4 кг), высвободить рабочих, зуборезные станки, площадь и т. д.

Получение зубчатых колес литьем под давлением. В условиях крупносерийного и массового производства зубчатые колеса модулем т„ 0,5 мм, работающие при окружных скоростях до 1-1,5 мс, изготавливают литьем под давлением из сплавов на цинковой основе типа ЦАМ 4-1, обладающих хорошими литейными качествами и высокими антифрикционными свойствами, а также из алюминиевых сплавов типа АЛ2. Литьем под давлением целесообразно изготавливать плоские (торцовые) зубчатые колеса цилиндро-конических передач, конические и цилиндрические колеса и трибки с прямыми и косыми зубьями, главным образом, небольших размеров, сложной конфигурации и сармированием. Литьем под давлением можно получить зубчатые венцы 9-12-й степеней точности, габаритные размеры в пределах 10-11 квалитетов точности, а шероховатость поверхности не выше параметров 2 = 20... Яа - 1,25 мкм, для цинкового литья параметры шероховатости зубчатого венца Яа = 0,63...0,32 мкм. Точность размеров и шероховатость поверхности отливок зависит от точности изготовления и качества обработки рабочих поверхностей оформляющих элементов пресс-формы.