МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Омский государственный технический университет»

А.А. Федоров, А.В. Телевной

Электрохимическая обработка зубчатых колес

Учебное пособие

Омск

Издательство ОмГТУ

2012

УДК 621.9.047:621.833 (075)

Рецензенты:

Федоров, А.А.

Ф33 Электрохимическая обработка зубчатых колес : учеб. пособие /А.А. Федоров, А.В. Телевной . – Омск : Изд-во ОмГТУ, 2012. – 80 с.

В настоящем учебном пособии излагаются основные сведения о методе электрохимической обработки зубчатых колес и результаты исследования процесса статико-гидродинамического электролиза, точности изготовления и формирования микрорельефа в процессе обработки. Приводятся данные по повышению изгибной, контактной и усталостной прочности. Описаны методы расчета и рекомендации по проектированию технологических процессов, анализируется их эффективность.

Учебное пособие предназначено для студентов 5 курса обучающихся по специальностям 151001 «Технология машиностроения» для всех форм обучения, а также для бакалаврантов 4 года подготовки, направление 151900 «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств». Оно может быть использовано при курсовом и дипломном проектировании и проведении научно-исследовательских работ студента.

Печатается по решению редакционно-издательского совета

Омского государственного технического университета

УДК 621.9.047:621.833 (075)

ББК 30.61+34.445 я73

© Омский государственный

технический университет, 2012

Введение

Повышение надежности, экономичности и производительности, уменьшение шума и вибрации машин, оборудования и других изделий машиностроения, является ключевой проблемой при проектировании и изготовлении объектов машиностроения. В связи с уменьшением на планете Земля запасов металлов и энергоносителей все более и более остро возникает проблема снижения материалоёмкости и энергопотребления производимых машин.

Сложность решаемой проблемы заключается в том, что при уменьшении габаритов и металлоёмкости машин, резко возрастают удельные нагрузки в опорных узлах, парах трения и передачах. И как следствие, ускоренный износ и выход машин из строя. Известно, что при любых видах нагружения наибольшие напряжения возникают в поверхностном слое детали. Верхние слои противостоят также износу, коррозии и тепловому воздействию. В то же время наследственный поверхностный слой, получаемый на финишной операции, после механической обработки (рис. 1) содержит прижоги, неконтролируемые остаточные напряжения, субмикроскопические и микроскопические трещины (рис. 2) и инородные материалы.

Рис. 1. Поверхность стали после шлифования (атомно-силовая микроскопия, размер скана 50×50 мкм)

Субмикроскопические трещины берут начало на поверхности трения и входят, сужаясь, в глубь детали. Развиваясь по длине, мелкие трещины образуют сетку на отдельных ограниченных или больших участках поверхности. При работе шестерни в узле, происходит раскрытие микротрещин в результате действия эффекта Ребиндера и пульсирующего давления смазочного масла. Образование микротрещин повышает износ пары трения: острые кромки производят режущее действие, а вблизи кромок происходит выкрашивание материала. Трещины со временем забиваются продуктами износа, действующими как абразив.

а)	б)

Рис 2. Микроскопические трещины на поверхности термообработанной стали исследованные на атомно-силовом микроскопе

Концентрация напряжений ( ) тем больше, чем острее дефект и больше его длина, что выражается формулой 1.

, (1)

где - длина трещины, - радиус закругления в вершине дефекта.

Величина радиуса в вершине трещины может быть очень малой, т.е. трещина, очень острая, но она не может быть меньше 0,1 нм, т.е. меньше, чем диаметр атома, и надо полагать, что минимальный радиус трещин составляет примерно 10 нм. Отсюда для такой предельно острой трещины величина К составляет значения, приведенные в таблице 1.

Таблица 1

	600	200	60
, мм	1	0,1	0,01

Это значит, что если такая предельно острая трещина доросла до 1 мм, то в ее вершинах напряжение в 600 раз больше среднего. Если принять теоретическую прочность на отрыв равной 21000 МПа, то при среднем напряжении всего лишь 100 МПа в устье трещины длиной 0,1 мм возникает напряжение, равное теоретической прочности, и разрушение произойдет путем отрыва одних слоев атомов от других. Начавшийся лавинный процесс разрушения будет протекать до тех пор, пока трещина не разделит деталь на две части или более, так как по мере роста длины трещины, что следует из приведенного выше уравнения, требуется все меньшее и меньшее напряжение.

Таким образом, наличие на поверхности зубчатых колес трещин размером менее 1 мкм является крайне опасным, так как, их тяжело обнаружить а, разрастаясь, они могут привести к разрушению детали. Это приведет к выходу из строя узла и может спровоцировать аварийную ситуацию.

Данные дефекты наиболее часто встречаются при обработке высоколегированных сталей и деталей, прошедших химико-термическую обработку. Поэтому, например, подшипники качения одного типоразмера, работающие в одинаковых условиях, практически имеют различную долговечность, рассеивание которой может достигать сорокакратной величины [7].

Одним из путей практического решения важнейшей проблемы машиностроения является технологическое обеспечение конструкционной прочности деталей машин на финишных операциях.

В данном учебном пособии рассматриваются вопросы технологического обеспечения конструкционной прочности зубчатых колес на базе электрохимических методов обработки.

В учебном пособии реализуется принцип проблемного метода обучения. Структура пособия включает аналитические исследования и выявления противоречий, формулировки проблем, математические модели и экспериментальные исследования, разработку методики расчёта электрода-инструмента, рекомендации по проектированию новых технологических процессов, их оснащению и внедрению в промышленность. Комплексный подход к изложению материала учебного пособия позволяет раскрыть логику научных исследований и будет способствовать профессиональной подготовке технолога к творческой работе при решении практических задач.