книги из ГПНТБ / Шнейдер, Юрий Григорьевич. Холодная бесштамповая обработка точных деталей давлением

плашки совершают принудительное поступательное движение, а заго­ товка устанавливается в центрах или закрепляется другим способом,

обеспечивающим возможность ее вращения вокруг оси.

Накатные станки Roto-Flo изготовляются трех размеров, с плаш­ ками. длиной 635, 914 и 1270 мм.

Станок состоит из жесткой рамы и двух горизонтальных располо­

женных одна над другой кареток, в которых закреплены накатные плашки. На каждой каретке за плашкой установлена рейка и между

ними — реечная шестерня (фиг. 71). Два гидравлических цилиндра (один — для осуществления движения вперед, другой — для уско­ ренного обратного хода) перемещают нижнюю каретку. Движение рейки нижней каретки через реечную шестерню передается рейке верхней каретки с верхней плашкой. Таким образом достигается строгая синхронность движения обеих плашек —-одно из основных

условий получения высокой точности накатываемых зубьев. Накатные плашки выполнены в виде клиньев, по всей длине кото­

рых весьма точно сделаны зубья (зубья шлифуются попарно, одно­ временно у обеих плашек); они имеют наименьшую величину перед­ него конца, входящего в контакт с заготовкой в начале хода, и посте­ пенно увеличиваются до полного размера. Несколько последних калибрующих зубьев имеют одинаковый полный размер, в соответ­ ствии с формой и размерами обрабатываемой детали. По мере про­ движения плашек навстречу одна другой глубина проникновения их зубьев в металл заготовки постепенно увеличивается, пока не

будет достигнута полная высота накатываемых зубьев. Зубья забор­

ной части плашки, осуществляющие формирование зубьев детали,

шлифуются поверху ступенчато, аналогично режущим протяжкам.

Зубья калибрующей части шлифуются особо тщательно, на специ­ ально созданном для этой цели станке. Плашки изготовляются из высоколегированной стали с высоким содержанием углерода и хрома.

Одним из важных условий получения качественных зубьев и шли­ цев, особенно эвольвентного профиля, является правильный выбор диаметра заготовки под накатывание; величина его близка к величине диаметра начальной окружности и зависит в первую очередь от пла­

стичности металла и размеров накатываемых зубьев.

Заготовки под накатывание протачиваются или шлифуются

сдопускаемыми отклонениями +0,025 мм на диаметр.

Втабл. 16 приведены размеры накатываемых зубьев и диаметров Заготовок под накатывание для трех деталей: полуоси, вала воздуш­ ного винта и ведущей шестерни заднего моста. Чертеж полуоси пока­ зан на фиг. 72; оба участка с зубьями обрабатываются последова­ тельно накатыванием на специальной установке, состоящей из двух станков Roto-Flo, смонтированных в линию и обслуживаемых авто­

матическим приспособлением для перемещения заготовок (фиг. 73).

Заготовки вручную укладываются в гнезда приспособлений, уста­ новленных на бесконечном цепном конвейере. Очередная заготовка при подходе к накатным плашкам автоматически устанавливается между ними в центрах и прокатывается. После накатывания первого участка на одном из станков заготовка автоматически снимается и

141

Таблица 16

Характеристика зубчатых деталей, накатываемых плоскими плашками

участка на другом станке. После накатывания зубьев на втором уча­ стке накатные плашки возвращаются в исходное положение, причем электроблокировка исключает возможность возврата плашек до разгрузки заготовок. В обоих случаях несколько последних оборо­ тов заготовка совершает между одинаковыми по профилю и размерам

калибрующими зубьями плашек.

Несмотря на ручную загрузку и съем заготовок, общее время обработки полуоси составляет всего 14,5 сек. Оно складывается из

(5,5 сек.). Ранее применявшаяся обработка зубьев на полуосях зани­ мала 48 сек.

Две другие детали с зубчатыми участками, характеристики кото­

рых приведены в табл. 16, также обрабатываются на станках Roto-Flo. Валы воздушных винтов накатываются на станках с автомати­ ческой магазинной загрузкой заготовок. Время накатывания 28 зубьев не превышает 3,5 сек.

Опыт довольно длительного производственного применения метода накатывания зубьев мелкошлицевых соединений выявил следующие

основные его достоинства:

1)создается возможность высокопроизводительной обработки закаленных деталей твердостью до RC = 40;

2)высокая точность (2-й класс) и чистота поверхности (6 -н 8-й классы) в сочетании с благоприятным изменением структуры обра­ батываемого металла обеспечивают создание мелкошлицевого соеди­ нения высокой прочности (образованию такой структуры способ­

ствует совпадение направления течения металла при накатывании с профилем зуба);

143

3) в результате упрочнения зуба оказывается возможным умень­ шить ширину зубьев с 38,10 до 30,48 мм\ за счет повышения проч­ ности зубьев на скручивание у некоторых деталей уменьшены высота и шаг зубьев, что привело к увеличению поперечного сечения, а сле­ довательно, и прочности валов.

Рассмотрение различных способов обработки накатыванием дета­ лей со шлицами и рифлями свидетельствует не только о их достоин­ ствах по сравнению с обычно применяемыми методами обработки резанием (фрезерование, протягивание) в отношении производи­ тельности и качества обработки, но и об их универсальности и о воз­ можности их широкого применения в различных отраслях промыш­ ленности.

12. Накатывание зуба маломодульных зубчатых колес

Зубчатые колеса являются одной из самых распространенных деталей в машино- и приборостроении. В промышленности ежегодно изготовляется свыше 150 млн. зубчатых колес только среднего

и крупного модулей. Не менее велико количество маломодульных

зубчатых колес.

Сложность и высокая стоимость изготовления зубчатых колес обычными методами зубонарезания (фрезерованием, долблением, строганием) обусловлены главным образом трудоемкостью обработки зубьев, составляющей от 48 до 62% общей трудоемкости изготовления колес (при этом от 9 до 15% веса металла отходит в стружку) а также значительным расходом дорогостоящего инструмента, при одновре­ менном снижении эксплуатационных, главным образом прочностных качеств зубчатых колес вследствие перерезания волокон металла и создания концентраторов напряжений. Все эти недостатки опреде­ лили необходимость изыскания новых, более совершенных и произ­ водительных методов обработки зубчатых колес. Одним из таких методов является накатывание зубьев колес, основанное на пласти­

ческой деформации металла. В этом случае образование зуба не свя­

зано с отходом металла и с перерезанием его волокон, а также с необ­ ходимостью осуществления предварительной и чистовой обработки

(шевингования, доводки) точных зубчатых колес, так как одновре­

менно с формообразованием достигаются хорошее качество поверх­ ности и высокие эксплуатационные свойства колес; трудоемкость

накатывания значительно ниже обработки резанием.

Однако высокие показатели в отношении точности и качества поверхности достигаются лишь при холодном накатывании (без на­ грева заготовки), возможности которого в настоящее время ограни­ чены обработкой маломодульных зубчатых колес — с модулем зуба до 1 мм (горячим накатыванием обрабатываются зубчатые колеса

с модулем до 10 мм).

Существует несколько схем накатывания цилиндрических зуб­ чатых колес с прямым и винтовым зубом; все они основаны на прин­ ципе обкатки.

144

Экспериментально опробованы и нашли промышленное примене­ ние специальные станки и различные устройства, работающие по трем схемам, показанным на фиг: 74.

Накатывание зуба по другим известным схемам (фиг. 75) мало исследовано.

Обработка зуба маломодульных зубчатых колес и рифлений двумя плашками (их иногда называют рейками) по схеме, показан­ ной на фиг. 74, а, было описано в предыдущей главе и иллюстриро­ вано примерами накатывания зуба на автомобильных полуосях и дру­ гих деталях. Этот способ накатывания в Советском Союзе пока не по­ лучил распространения. Основным его недостатком является слож­ ность и трудоемкость изготовления инструмента — плашек.

Наибольшее число экспериментальных исследований проведено на станках, работающих по схеме, показанной на фиг. 74, б.

Испытания в производственных условиях были проведены над устройствами с тремя роликами (валками), работающими по схеме, приведенной на фиг. 74, в; они получили некоторое промышленное применение.

Схемы с четырьмя, шестью и восемью роликами (фиг. 75) принци­ пиально неотличаются оттрехроликовой, так как количество роликов практически ограничивается диаметром заготовки и накатных валков.

Экономически целесообразно работать с предельно большим допу­ стимым числом валков.

С увеличением числа валков производительность накатывания повышается:

V = s1-k-n,

где v—скорость накатывания в мм/мин;

St—ширина участка заготовки, обжимаемого одним валком; k — число накатных валков;

п — число оборотов заготовки в минуту.

Выбор схемы с радиальной или с осевой подачей валков опреде­ ляется в первую очередь длиной образующей обрабатываемого зуба.

Результаты сравнительных испытаний [41 ] выявили преимуще­

ства работы по схеме с двумя валками (фиг. 74, б) при накатывании зуба на отдельных заготовках небольшой ширины и по схеме с тремя

на оправку тонких заготовках. В первом случае накатывание зуба на одной заготовке производится валками, не имеющими заборной части (фиг. 76). Заготовка 3 устанавливается центровым отверстием на фиксирующих штырях оправки 5 и поводка 6, которые закреплены в стойке 12 центрирующего приспособления.

Сменное центрирующее устройство устанавливается на основании 13 таким образом, что в процессе накатывания зуба обеспечиваются

качание и самоустанавливаемость заготовки относительно зубчатых

валков. В данном случае накатывание осуществляется последова­ тельно двумя парами валков: предварительно валками 2 и 9 и

146

окончательно — калибрующими валками 4 и 10, принудительно вра­ щающимися в одном направлении.

При сближении валков в радиальном направлении в результате пластической деформации металла принудительно вращающейся заготовки происходит постепенное заполнение впадин зуба валков

металлом и образование зуба на заготовке.

Деление заготовки на заданное число зубьев осуществляется прину­

дительно с помощью делительных зубчатых колес; ведущих 1 и 8

и ведомого 7. Ведущие колеса жестко сидят на

рями.

Число зубьев ведомого колеса равно числу зубьев накатывае­ мого. Оба колеса вращаются синхронно.

При накатывании зубчатых колес малого диаметра ведомое

заготовок) производительнее осуществлять двумя валками, имеющими

заборную часть, по схеме, показанной на фиг. 77.

Заготовка 2 (или несколько собранных на оправке в пакет заго­ товок) закрепляется в центровочном приспособлении так же, как при накатывании зуба валками, не имеющими заборной части.

Валки 1 и 3 с заборной частью и обратным конусом, установлен­ ные на определенном расстоянии один от другого, обкатываются с заготовкой, перемещающейся принудительно вдоль валков.

148

Наличие заборной части обеспечивает постепенное проникновение

валков в металл заготовки и заполнение впадин зуба валков без изменения их межосевого расстояния.

Образование профиля при накатывании зубчатых колес как рей­

ками (фиг. 78, а), так и валками (фиг. 78, б), основано на принципе обкатывания.

Как и в первом случае, принудительное синхронное с валками вращение сообщается заготовке делительным колесом, находящимся

взацеплении с зубчатыми валками.

Фиг. 78. Образование зубьев с помощью: а — производящей рейки; б — производящего колеса.

d$ — диаметр полоидной окружности заготовки; d^ и — диаметр по-

лоидной окружности инструмента.

Указанные схемы обработки зуба маломодульных зубчатых колес накатыванием двумя валками явились исходными при проектирова­ нии специального зубонакатного станка. Приводим некоторые резуль­

таты испытания данного станка при холодном накатывании зуба

маломодульных колес из дуралюмина, латуни и нержавеющей стали

определенных марок.

149

Зубонакатной инструмент. Инструментом для накатывания зуба

маломодульных зубчатых колес являются зубчатые валки. Последние

определяется профилем зуба валков; головка зуба валка образует ножку зуба накатываемого колеса, а ножка зуба валка — головку

зуба колеса. Это определяет размеры элементов зуба валков: головка

зуба делается равной 1,2 модуля, а ножка —1 модулю.

Фиг. 79. Профиль зуба предварительных и калибрующих валков (а); профиль зуба валков с заборной частью (6).

выступов зубчатого валка в сравнении с нормальным зубчатым колесом данного модуля с определенным числом зубьев также соот­ ветственно увеличивается (на 0,4 модуля) и рассчитывается по фор­

муле

z — число зубьев валка.

Остальные конструктивные параметры зубчатого валка рассчи­ тываются обычным порядком.

Валки без заборной части как для предваритель­ ной, так и для черновой и чистовой обработки имеют зубья, образую­ щая которых параллельна оси валков.

Профиль зубьев предварительных, черновых и чистовых (калибру­ ющих) валков показан на фиг. 79.

Черновые и чистовые валки одновременно устанавливаются на шпиндели станков. С обоих торцов каждого валка на шпиндели надеваются ограничительные диски — реборды 11 (фиг. 76) несколько большего диаметра, чем зубчатые валки.

Назначение реборд — препятствовать перемещению вытесняемого валками металла в осевом направлении и образованию облоя.

150