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

Для уменьшения трения между заготовкой и ограничительными дисками последние с внутренней стороны, обращенной к валкам, делаются с небольшим конусом.

Зубчатые валки с заборной частью состоят

из трех основных элементов по длине зуба (фиг. 79, б):

1)заборной части на длине /£;

2)калибрующей части на длине Z2;

3)обратного конуса на длине /3.

Наибольший диаметр валка на участке заборной части (в месте перехода заборной части в калибрующую) равен диаметру выступов зубчатого валка:

Da = т (z + 2,4),

а наименьший

Dal = т(?+ 1).

Назначение заборной части — облегчить осевое перемещение валков путем постепенного вдавливания зубьев в металл заготовки.

Калибрующий участок зубьев валков окончательно оформляет зуб обрабатываемого колеса, обеспечивая точность профиля и чистоту поверхности зубьев. Зубья валков на участке Z2 должны быть выпол­

нены с особой тщательностью в отношении как формы и размеров,

так и микрогеометрии рабочих поверхностей.

Обратный конус на зубьях валков имеет меньший угол, чем забор­ ная часть, и предотвращает образование на поверхностях накатан­ ного зуба рисок — следов контакта с задней торцовой поверх­ ностью валков.

Технология и технико-экономические показатели процесса нака­ тывания зуба маломодульных зубчатых колес. Основным условием

обработки зубчатых колес накатыванием в холодном состоянии яв­ ляется достаточная пластичность металла заготовки.

Этому условию удовлетворяют алюминиевые и медные сплавы,

за исключением бронз некоторых марок. Достаточной пластичностью для образования зубьев маломодульных зубчатых колес в холодном состоянии обладают некоторые марки нержавеющей стали при условии

соответствующей предварительной термической обработки.

Впроцессе накатывания зуба поверхностные слои металла сильно

наклепываются, и наклеп распространяется на значительную глу­ бину.

Вцелях уменьшения износа зубчатых валков, а также предотвра­ щения возможного перенапряжения поверхностных слоев металла

заготовки целесообразно вводить промежуточную термическую обра­

ботку — отжиг. Последний производится после накатывания чер­

новыми валками, не имеющими заборной части, или после предвари­ тельного прохода валками с заборной частью.

По результатам экспериментальных исследований диаметр заго­ товок из медных и алюминиевых сплавов следует делать на 0,05 -z- -н 0,06 модуля меньше диаметра начальной окружности обрабаты­ ваемого зубчатого колеса,

151

Из составляющих режима накатывания зубьев наибольшее влия­ ние на протекание процесса пластического деформирования и произ­ водительность обработки оказывают окружная скорость и продоль­ ная подача зубчатых валков — при работе валками с заборной частью и радиальная подача — при накатывании зуба валками без заборной части.

С увеличением числа зубьев условия их образования накатыва­

нием улучшаются, а оптимальные значения окружной скорости и соот­

ветственно производительность обработки повышаются. Наивыгод­ нейшие величины окружной скорости при накатывании маломодуль­ ных зубчатых колес (диаметром 6 -н 80 мм) по результатам экспери­ ментального исследования составляют 3-4-30 м!мин.

Экспериментальные исследования [41 ], проведенные на зубона­

катном станке с использованием двух зубчатых валков с заборной частью, выявили точностные возможности метода изготовления мало­ модульных зубчатых колес накатыванием.

Способ образования зуба выдавливанием зубчатыми валками,

профиль и размеры которых с большой точностью копируются на обрабатываемой заготовке, выгодно отличается от применяемых в настоящее время способов образования зуба.

Концентрическое расположение начальной окружности, окруж­ ностей выступов и впадин обеспечивает высокую точность накаты­ ваемых зубчатых колес по радиальному биению начальной окруж­ ности.

При накатывании зуба на длинных заготовках или коротких, но собранных на оправку в пакет (исследование проводилось на зуб­ чатых колесах, обрабатывавшихся в пакете) имеет место значитель­ ный разброс по точности, характеризуемый радиальным биением

начальной окружности. Так, из 25 обработанных зубчатых колес

Такой разброс в значительной мере объясняется неодинаковыми условиями пластической деформации металла при образовании зуба у заготовок, по-разному расположенных в направлении продольной подачи валков.

Естественно, что при накатывании зуба в конце длинной заго­ товки или на последних штучных заготовках, собранных в пакет, условия пластической деформации металла будут наиболее тяжелыми, так как по мере продвижения валков в направлении подачи коли­ чество вытесненного ими металла непрерывно растет. Соответственно этому увеличивается и степень наклепа, в результате чего глубина проникновения зубьев валков в заготовку получается различной.

Это положение подтверждается результатами измерения. Наи­ большие отклонения по диаметральным размерам получились у край­

них зубчатых колес. Значительно повышается износоустойчивость зуба по сравнению с колесами, обработанными резанием, что объ­ ясняется характером деформации металла при холодной пластиче­ ской обработке давлением (фиг. 81, б).

152

Произведенные замеры микротвердости и чистоты рабочих поверх­ ностей зуба накатанных зубчатых колес из дуралюмина и латуни

показали, что в результате наклепа поверхностная твердость зуба латунных колес возрастает по сравнению с исходной на 20 -4- 25%,

а дуралюминовых — на 15 ч- 20%. Чистота поверхности соответ­ ствует 8 ч- 9-му классу.

Схема накатывания зуба тремя валками [42] принципиально не отличается от схемы обработки двумя валками с осевой подачей заготовки (фиг. 77). Главным рабочим движением здесь также яв­

ляется синхронное вращение валков, вращение заготовки и относи­ тельное перемещение валков относительно друг друга. Деление

заготовки на заданное число зубьев производится в обоих случаях в начале процесса при помсщи направляющей шестерни, а в дальней­ шем автоматически зубьями самой заготовки.

Однако наличие третьего накатного валка позволяет вести про­ цесс более интенсивно и производительно, надежно центрировать

валки относительно заготовки, что исключает одну из серьезных причин снижения точности зубчатого венца. Замена осевой подачи заготовки подачей накатных валков вдоль оси заготовки несколько

упростили кинематику станка и позволили производить накатывание на токарных станках с помощью сравнительно несложных приспо­ соблений.

Приспособление, показанное на фиг. 80, устанавливается на осно­ вании суппорта токарного станка; заготовка (в виде прутка или пакета дисков) закрепляется в центрах, как показано на фиг. 81, а.

Основными условиями нормального протекания процесса нака­ тывания зуба являются: строгая параллельность осей вращения вал­ ков между собой, параллельность их оси вращения заготовки,

а также совмещение оси центрирующего отверстия приспособления

сосью центров станка. Допускаемое отклонение переднего торца одного из валков относительно торцов двух других не должно выхо­

дить за пределы + 0,005 мм.

Точность станка, на котором производится накатывание, оказы­ вает существенное влияние на точность основных размеров получае­

мых колес.

Станки, используемые для накатывания зубчатых колес, должны удовлетворять нормам точности, предусмотренным ГОСТ. При нака­ тывании колес 2-го и более высокого класса требования к точности станков повышаются. Прямолинейность и параллельность напра­ вляющих должны быть в пределах 0,02 мм на длине 1000 мм; допу­ стимая непараллельность оси шпинделя в направлении движения каретки в вертикальной плоскости не должна превышать 0,01 мм

на длине 300 мм, а в горизонтальной —0,08 мм на длине 500 мм. Настройка приспособления сводится к установке валков на межцен­

тровое расстояние Ло, рассчитываемое по формуле 2.

1 Временная производственная инструкция «Холодная накатка зубьев цилинд­ рических зубчатых колес малых модулей».

153

Фиг. 80. Трехвалковое приспособление к токарному станку для накатывания зуба маломодульных зубчатых колес (а); конструкция зубонакатного валка (б).

154

ствие необходимого зазора ведет к перегрузке зубьев валков, пере­ напряжению зубьев заготовки и потере точности зубчатого венца.

Наличие заборных конусов (фиг. 80, б) и заточки под углом 3 = 90° способствует созданию хороших условий пластического течения металла в осевом и радиальном направлениях. Именно заборная часть накатного валка осуществляет перемещение основного объема

металла в процессе накатывания; калибрующая часть производит окончательное оформление эвольвентного профиля накатываемого

зуба и придает его поверхностям требуемую чистоту.

В качестве материала для накатных валков, рекомендуется при­ менять инструментальные стали Х12Ф1 и Х12ФН; твердость валков после закалки RC = 60 — 61.

Тщательная отделка рабочих поверхностей накатного валка способствует уменьшению трения между ними и металлом заготовки, созданию лучших условий пластического течения металла и, как следствие, уменьшению необходимого усилия накатывания. Такое же

влияние на процесс накатывания оказывает качественная и обиль­ ная смазка. Хорошие показатели обеспечивает смазывающая смесь,

состоящая из 95% веретенного масла 2 (ГОСТ 1707—51) и 5% петро­ латума (ГОСТ 4096—54). Смазка должна подаваться в объеме 10-:-15 л

в минуту. Остальные условия накатывания близки к описанным ранее условиям обработки зубчатых колес двумя валками.

Основными составляющими режима накатывания, определяющими динамические характеристики процесса и его производительность, являются скорость накатывания (окружная скорость вращения заго­ товки) и продольная подача накатных валков относительно оси заго­ товки.

Производительность накатывания, выражаемая через длину L,

находится в прямой зависимости от числа оборотов заготовки в ми­ нуту’/? и скорости подачи валков s мм/об.

L — s-n мм/мин.

Однако с увеличением значений s и п возрастают нагрузка на зубья накатных валков и потребляемая в процессе накатывания мощность, ограниченные прочностью валков и мощностью станка.

Зависимости между режимом накатывания, величиной осевых Рх и радиальных Ру составляющих усилий и потребляемой мощностью накатывания при обработке, латунных и дуралюминовых зубчатых колес [42] с модулем т = 1 мм показаны на графиках фиг. 82. При накатывании зубчатых колес из цветных металлов (дуралюмин, латунь, бронза) рекомендуется работать со скоростью накатывания, равной 100 м/мин, и подачей не свыше 0,5 мм/об.

При накатывании незакаленных сталей марок 1X13, 2X13, 3X13, 4X13, ЗОХГСА скорость накатывания не должна превышать 50 м/мин, а подача —0,020 мм/об.

Исследования и пока еще небольшой опыт промышленного при­ менения описанного способа накатывания маломодульных зубчатых колес показали, что достигаемая точность обработанного давлением зубчатого венца по всем параметрам соответствует 3-му классу;

156

получение зубчатых колес более высокой точности связано с необхо­

димостью выполнения ряда дополнительных условий.

Одним из таких условий (помимо перечисленных ранее) является однородность исходной твердости металла заготовок. Так, при нака­ тывании зубчатых колес из дуралюмина марки Д1Т (т = 0,8 мм\ z = 104) 2-го класса точности выявлена необходимость выдерживать

Фиг. 82. Графики зависимостей: а —■ усилий Рх и Ру от подачи при накатывании зубчатого колеса из латуни Л62; б — усилий Рх и Ру от подачи при накатывании колес из дуралюмина Д16Т; в — потребляемой мощности от подачи при накатыва­ нии зубчатого колеса из латуни ЛС62; г — потребляемой мощности от подачи при накатывании колес из дуралюмина Д16Т.

Модуль т = 1; число накатываемых зубьев z = 50.

колебания твердости заготовок (а также отдельных участков каждой из них) в пределах не более 6-4-8 единиц НВ. Невыполнение этого условия (в одном случае твердость металла накатывавшихся заго­ товок из листового дуралюмина колебалась в пределах НВ = 38-4-90) приводит к значительному разбросу размеров зубьев накатываемых колес при постоянном значении диаметра заготовок под накатывание.

Разбивка же заготовок на группы по твердости, с соответственно различными диаметрами под накатывание, в производственных усло­ виях практически неосуществима.

Более широкое и эффективное внедрение в производство совершен­

ного и высокопроизводительного метода обработки маломодульных

зубчатых колес накатыванием требует:

а) повышения износостойкости и прочности накатного инстру­

мента;

157

158

подобного рода деталей давлением путем прокатывания деталей — тел вращения между двумя вращающимися роликами и волочением деталей, ограниченных профильными линейчатыми поверхностями.

Прокатыванием между роликами и плашками можно качественно и производительно обрабатывать профильные детали типа показан­ ных на фиг. 84 [90, 91 ].

В настоящее время относительно широкое применение на заводах получило накатывание наружной резьбы, в меньшей степени —

Фиг. 85. Схема прокатывания между роликами: а — подача заготовки сверху (s^i>fa); б—подача заготовки снизу (vj= г’а); в — без подачи заготовки (иг = v?).

накатывание знаков, делений и рифлений. Еще меньше распро­

странен процесс прокатывания при изготовлении разнообразных

профильных деталей.

Трудности, связанные с внедрением в производство прокатывания профильных деталей, обусловлены необходимостью изготовления сложных и трудоемких профильных роликов и установления опыт­

ным путем оптимальных параметров режима прокатывания. При от­

сутствии теории процесса и достаточно полных и надежных опытных данных выбор режима холодного прокатывания в каждом отдельном

случае связан с необходимостью проведения экспериментальных ис­

следований.

Ниже приводятся некоторые данные о сущности и теории про­ цесса, а также рекомендации по его отладке в производственных условиях, основанные на результатах экспериментального иссле­ дования [43 ] и испытаний, проведенных автором.

Процесс холодного прокатывания между роликами может быть осуществлен по одной из трех схем (фиг. 85).

При работе по первой схеме (фиг. 85, а) прокатывание заго­

товки производится между двумя профильными роликами 1 и 3,

160