1.2 Основные особенности и классификация современных способов отделочной обработки зубчатых колес
Отделочные виды обработки зубчатых колес бывают со снятием стружки (шевингование, шлифование, хонннгование, притирка) и без снятия стружки (обкатывание). К отделочным работам со снятием стружки относят также зубозакругляющие операции, снятие фасок и заусенцев.
Шевингование зубьев применяют для незакаленных колес. Оно заключается в том, что методом обкатки специального инструмента по зубчатому колесу с поверхности зуба снимают припуск размером 0,1…0,25 мм. В качестве инструмента применяют дисковый шевер — зубчатое колесо, на поверхности зубьев которого имеются узкие прорези, образующие кромки, или шевер-рейку с аналогичными зубьями.
Шевер для обработки прямозубых зубчатых колес имеет винтовые зубья с углом подъема до 15°, а для обработки косозубых — прямые зубья. На рис. 1 показан дисковый шевер с режущими кромками на боковых поверхностях зубьев.
Рисунок 1.1 – Зубчатое колесо
Из двух способов шевингования зубьев более распространено шевингование с помощью дискового шевера. Шевингование производят на специальном станке (рис.2). Шевер 4, установленный под углом к оси обрабатываемого зубчатого колеса 5, получает принудительное вращение с частотой 250 об/мин, вызывая этим вращение зубчатого колеса, свободно установленного в центрах на оправке 6. Скрещивание осей приводит к продольному относительному скольжению зубьев шевера и зубчатого колеса. Столу 8 сообщают продольную подачу 0,1…0,3 мм на один оборот зубчатого колеса. В конце хода стол подают в поперечном (вертикальном) направлении на 0,02…0,04 мм, после чего стол возвращают в начальное положение. Число ходов стола зависит от размера припуска. При необходимости получить зубья бочкообразной формы, имеющие большое распространение в современных конструкциях, используют предусмотренную в станке качающуюся плиту 7 с кронштейном 3 и установленным в нем пальцем 1. Палец индексируется в копире 2, укрепленном на кронштейне, и, скользя по копиру, заставляет плиту 7 в конце хода стола наклоняться, в результате чего шевер врезается в зубчатое колесо, формируя зубья у краев более тонкими, чем в середине.
1.3 Анализ и области применения основных методов нанесения износостойких покрытий. Определение рационального способа нанесения покрытий на рабочие поверхности зубчатых колес
Рассмотрим следующие методы повышения качества поверхностных слоев зубчатых колес:
- нанесения покрытий на поверхности зубчатых колес;
- термическое упрочнение;
- местное упрочнение;
- зубохонингование;
- поверхностно-пластическая деформация.
- химико-термическая обработка рабочих поверхностей зубчатых колес,
Помимо данных методов используются другие технологические методы повышения качества поверхностей зубчатых колес: зубошевингование, обкатка зубьев, притирка, зубошлифование, выглаживание зубьев и другие.
Рисунок 1.2 - Классификация методов повышения качества поверхностей зубчатых колес
Нанесение покрытий на поверхности зубчатых колес имеют основной целью обеспечения свойств наносимого материала (или оксидной пленки наносимого материала) поверхностям зубчатых колес, на которые наносится данный материал. Теоретические основы и технологии нанесения покрытий рассмотрены в работах [10, 11, 1, 5, 12, 20, 6]. Нанесение покрытий на поверхности зубчатых колес производятся в зависимости от назначения и условий работы соответствующих поверхностей. В зависимости от назначения и исходного материала заготовки зубчатого колеса, выбирают состав наносимого покрытия, способ нанесения и количество наносимого материала. Для повышения износостойкости применяют нитриды титана, для повышения коррозионной стойкости применяют хромоникелевые покрытия, для снижения коэффициента трения на рабочих поверхностях используют покрытия, содержащие бронзу, сплавы олова и графит. В производстве зубчатых колес методы нанесения покрытий не получили широкого применения в качестве метода повышения качества, чаще всего для повышения износостойкости тяжелонагруженных высокоскоростных зубчатых колес. Это связано с необоснованно высокими затратами на выполнение технологического процесса нанесения покрытий. Используемые методы нанесения покрытий, с целью упрощения технологии, в большинстве случаев предполагают нанесение покрытий на всю поверхность изделия. Такой метод в некоторых случаях может привести к снижению параметров качества некоторых зон и участков изделия, поскольку наличие покрытия, не предусмотренного по функциональному назначению, может привести с существенному снижению точности отдельных участков и зон изделия а в некоторых случаях может потребовать дополнительную механическую обработку требуемую вследствие необходимости снятия припуска, образованного покрытием. Большая эффективность достигается при использовании местных покрытий. При этом покрытия наносятся только на рабочие поверхности изделия, а также на прилегающие к ним поверхности, как правило, не принимаю непосредственного участия в процессе работы. В некоторых случаях возможно применение слоистых покрытий, которые обеспечивают выполнение нескольких требований, а также могут адаптировать свойства поверхностей зубчатых колес к условиям эксплуатации. На данном этапе развития технологии машиностроения технологии нанесения покрытий не учитывают возможности нанесения покрытий на элементы зубчатых колес на прецизионном и супурпрецизионном уровнях глубины технологии, что может отражаться непрогнозируемыми изменениями свойств в различных направлениях. Применения покрытий в большинстве случаев ограничивается зубчатыми поверхностями, при этом не учитываются местные уровни глубины технологии, которые согласно классификации разделяются на 7 уровней (поверхностные точки, объемные точки, поверхностные линии, объемные линии, поверхности, поверхностные слои и объемные зоны).
Термическое упрочнение может использоваться как для повышения механических свойств зубчатых колес, так и для повышения параметров качества поверхностного слоя зубьев. Термическим упрочнением достигается повышение предела прочности материала, твердости, ударной вязкости. Также термообработки, наряду с последующей чистовой и отделочной обработкой, способствует снижению абразивного износа, выкрашивания и трещинообразования. При этом может использоваться либо объемная закалка и отпуск зубчатых колес, либо поверхностная закалка исполнительных поверхностей. Вид термического упрочнения и последовательность его выполнения определяется химическим составом материала заготовки, а также назначением детали. Объемной закалке в большинстве случаев подвергаются среднеуглеродистые и легированные стали, однако при высокой твердости зубьев применение объемной закалки не эффективно, так как наблюдается разброс значений по пределу усталости, а также низкая ударная вязкость, что снижает надежность передачи. Также при высокой твердости весьма сложно исправление деформаций возникшей при закалке, путем механической обработки [15]. Объемная закалка, как способ повышения качества зубчатых колес, не учитывает ориентации технологических воздействий в зависимости от особенности эксплуатации зубчатых колес, выполняется на недостаточно прецизионном уровне.
Поверхностная закалка выполняется для упрочнения зубчатого венца, целью которой является снижения изгибных и контактных напряжений, а также усталостного выкрашивания поверхностей зубьев. Наиболее распространенные методы поверхностной закалки: газопламенная закалка и закалка токами высокой частоты.
Газопламенная закалка производится при нагреве поверхности пламенем с высокой температурой. Пламя образуется при горении смеси ацетилена и кислорода. Применяются методы одновременного нагрева и закалки, непрерывно-последовательный нагрев и закалка при перемещении и комбинированный метод. Достоинством данного метода является простота реализации и использование универсальное оборудование. Недостатком метода является трудность регулирования оптимальной температуры нагрева вследствие чего возможны пережег поверхностных слоев, неравномерность нагрева и длительность процесса.