книги из ГПНТБ / Шор Э.Р. Новые процессы прокатки

304 Поперечная прокатка профилей периодического сечения

С этого момента начинается обжатие зуба шестерни и оно проис­ ходит до тех пор, пока валок не повернется на угол |3ь точка касания зубьев при этом переместится по линии зацепления от

точки С в точку В. При дальнейшем повороте валка, хотя ка­ сание зубьев продолжается, обжатие их уже не происходит.

Рис. 172. Определение угла захвата валков при полной высоте зубьев прокатываемой шестерни (А. Д. Кузьмин)

Угол может быть определен по формуле

]Л(О2+2/i)2 — d| — d02 • sina0

■где D2 — диаметр по вершинам зубьев прокатываемой шестерни; d2 — диаметр основной окружности шестерни;

а0—угол зацепления.

Так как при расчете важнсизнать наибольшую нагрузку на ва­

лок, то нет необходимости определять промежуточные значения давления металла на валки и отвечающие им значения проме­ жуточных углов захвата.

Обжатие h обычно выражается в долях миллиметра и величи­ на 2Л в формуле (104) является очень малой по сравнению с D2, поэтому ею можно пренебречь. Кроме того, при угле ао, рав­

ном 20°,

306 Поперечная прокатка профилей периодического сечения

Крутящий момент на прокатных валках. При прокатке ше­ стерен между валками и заготовкой возникают усилия, вв.зывающие радиальное и тангенциальное перемещения металла.

Исходя из схемы, представленной на рис. 173, А. Д. Кузьмин вывел следующую формулу для определения крутящего момента от сил Р] и Т[, возникающих при прокатке шестерни без прину­

дительного вращения.

Рис. 173. Силы, действующие на валок при прокатке

Расстояние точки приложения равнодействующей F до цен­ тра валка без большой погрешности может быть принято равным

Di .

радиусу валкатак как деформация заготовки производится

в основном вершиной зуба. Угол <pb характеризующий положе­ ние равнодействующей по дуге захвата, А. Д. Кузьмин для слу­ чая прокатки шестерен рекомендует принимать в пределах 0,66— 0,75 угла захвата. Поэтому

308 Поперечная прокатка профилей периодического сечения

Нарезка шестерен такого же размера на фрезерном станке продолжается около 8 мин., что соответствует производитель­

ности п — -у- = 7,5 шт/час.

Технология прокатки цилиндрических шестерен

Размер и форма заготовки. Исходной заготовкой при прокат­

ке шестерен является гладкий цилиндр, иа образующей поверх­ ности которого профилируются в процессе прокатки зубья. Раз­ меры заготовки определяются опытным путем и зависят от спо­ соба и температуры прокатки. Правильным выбором величины диаметра заготовки определяются заполнение зуба к окончатель­ ные размеры изделия. При определении диаметра заготовки сле­ дует находить из положения, что объем металла, вытесненный

зубом валка из впадины изделия, должен быть равен объему

головки зуба изделия. Точный теоретический подсчет величины диаметра заготовки затруднен ввиду невозможности учесть ко­

личество металла, вытесняемого в заусенец при штучной прокат­ ке и сдвигаемого «в направлении, обратном подаче, при «прут­ ковой» прокатке. На основании опытных работ можно прини­ мать диаметр заготовки D-.

при tn = 1,75 мм

D = Oh.o + (0,8-1,0) tn;

при tn — 3 мм

=+(0,6 4-0,8)»?,

где Dn.o — диаметр начальной окружности шестерни.

Ширина заготовки для штучной прокатки берется равной ши­ рине валков. Для прутковой прокатки длина заготовки опреде­ ляется конструкцией стана. Чтобы избежать резки прокатан­

ной прутковой заготовки на отдельные шестерни, целесообразно

проводить прокатку набора (пачки), составленного из отдель­

ных заготовок, ширина которых равна ширине заданных шесте­ рен с припуском 0,2—0.3 мм на дальнейшую обработку по торцу.

Температура прокатки. Температура начала и конца прокат­

ки оказывает большое влияние на качество металла и поверх­ ность зубьев шестерни.

На основании опытных работ можно рекомендовать темпера­

туру начала прокатки 950—1100° и конца прокатки 600—6503 (для углеродистой и низколегированной конструкционных ста­ лей). При прокатке при температурах выше указанных наблю­ даются: а) незаполнение зуба изделия, так как вследствие увели­ чения пластичности увеличивается переход металла в заусенец;

О) увеличение внутреннего отверстия прокатываемых шестерен, являющееся следствием тангенциальной раскатки заготовки; в)

понижение механических свойств зуба изделия, вызываемое ро­ стом зерна и склонностью к образованию видманштеттовой струк­ туры; г) ухудшение поверхности зуба изделия, являющееся след­

ствием крупного зерна металла; д) интенсивное образование окалины; окалина уменьшает размеры заготовки и, закатываясь в зуб изделия, снижает его прочность и ухудшает поверхность.

Низкая температура начала прокатки приводит к увеличению

давления металла на валок, а также затрудняет пластическую

деформацию металла и заполнение зуба. Прокатка при низкой температуре требует более мощного привода, более жесткой конструкции стана и вызывает быстрый износ валков.

Калибровочная операция является заключительной. Поэтому

для получения более твердой поверхности (нагартовки) зуба окончание прокатки желательно вести при 600—650°. Температу­ ра конца прокатки шестерен, в дальнейшем подвергающихся тер­ мической обработке, может быть повышена.

При определении температуры нагрева металла необходимо принимать во внимание диаметр заготовки. Заготовки малого диаметра быстрее отдают тепло валкам, чем заготовки большего диаметра; поэтому температура нагрева их должна быть не­ сколько выше.

Способ и среда, в которой производится нагрев, также ока­ зывают влияние на качество изделия. Лучшим способом нагрева следует считать нагрев токами высокой частоты, обеспечиваю­ щий чистоту поверхности изделия и удобство работы..

Инструмент. В качестве инструмента на станах для попереч­

ной прокатки применяется зубчатый валок в виде коррегирован-

ной шестерни. Необходимость коррегирования зуба валка дик­ туется следующими соображениями: зуб изделия, формуясь во впадине валка, получает размеры впадины и имеет отношение

высоты головки и ножки, обратное принятому на зубе валка. Если вести прокатку валками с нормальными размерами зуба,

то зуб изделия будет иметь высоту головки 1,2 модуля и высоту ножки 1 модуль. Кроме того, замеры прокатанных шестерен по­ казали отклонение размеров впадин от размеров формующего зуба валка в сторону увеличения их ширины. Исходя из этого, при калибровке валков необходимо уменьшить толщину зуба валка и иметь обратное отношение высоты головки и ножки зу­ ба по сравнению с обычным зацеплением.

Число зубьев на валках следует принимать по возможности

большим, так как это увеличивает плавность зацепления и тем самым благоприятно сказывается на делении зубьев шестерен. На валках нарезается 60—80 зубьев. Дальнейшее' увеличение числа зубьев, хотя и улучшает условия прокатки, но влечет за

собой увеличение размеров стана и повышение стоимости из­

31Q Поперечная прокатка профилей периодического сечения

делия. Во избежание формования зубьев накатываемой шестер­ ни в одних и тех же впадинах число зубьев на валках не следует

так как это улучшает условия деления зубьев. Кроме того, при­ менение черновых валков оправдывается с точки зрения удлине­ ния срока службы более дорогих и точных чистовых валков.

Применение черновых валков дает возможность разбить про­ цесс прокатки на две операции—-черновую и чистовую. Целью черновой операции является деление зубьев и выполнение ос­

новной деформации заготовки. Получение же точного профиля зуба изделия относится к чмстовой операции. Это дает возмож­ ность при выборе профиля черновых валков исходить не из про­ филя изделия, а из условия облегчения деформации.

Профиль зуба чистовых валков должен соответствовать про­

филю зуба изделия. Диаметр валков определяется модулем и числом зубьев.

Ширина валков для штучной прокатки устанавливается в за­ висимости от ширины прокатываемых шестерен.

Для предотвращения течения металла в сторону и для обра­

зования правильной торцовой поверхности изделия валки имеют ограничительные реборды.

Качество прокатанных шестерен. Шестерни, полученные по­ перечной прокаткой, подвергали следующим исследованиям:

1) определялось Колебание длины общей нормали; 2) колеба­ ния величины межцентрового расстояния; 3) биение окружности выступов; 4) профиль зуба; 5) проводилось металлографическое

исследование.

Ниже приведены некоторые результаты этих исследований.

Шестерни (т=1,75 мм и 2 = 84), полученные на лаборатор­ ном стане штучной прокаткой (с радиальной подачей валков),

Имели колебание длины общей нормали при охвате 10 зубьев

в пределах 0,12—0,25 мм. Шевронные колеса (т— 1,75 мм и z=30)—0,10—0,18 мм, Для шестерен прутковой прокатки ко­ лебания длины общей нормали составляют 0,08—0,12 мм. Ве­ личина колебаний зависит от совершенства делительного при­ способления, правильности установки заготовки и величины за­ зоров в кинематической цепи. Точность зацепления рабочих вал­ ков соответствует III классу точ^сти.

При усовершенствовании процесса и, в частности, при при­ менении более точных рабочих валков колебания длины общей нормали могут быть уменьшены.

Колебание межцентрового расстояния у большинства заме­ ренных шестерен лежит в пределах IV класса точности, а у от­

дельных-шестерен достигает III класса. Лучшие результаты по­

прокатки (с осевой подачей заготовок), у которых величина ко-' лебаний составляет 0,08—0,14 мм.

Для шевронных шестерен величина биения окружности вы­ ступов лежит в пределах от 0,03 до 0,10 мм, а для прямозубых шестерен прутковой прокатки в пределах 0,04—0,15 мм.

Рис. 174. Кривые твердости зуба прокатанной шестерни по ее различным сечениям (/—5)

Металлографическое исследование показало, что зубья про­ катанных шестерен имеют мелкое зерно на поверхности зуба. Ха­ рактерно расположение волокон по профилю зуба, что увеличи­ вает прочность прокатанных шестерен по сравнению с фрезеро­ ванными.

Так как температура конца прокатки составляет 600—650°,

что разница в твердости середины и поверхности зуба доходит-

до 20—25 Hv.

Область применения прокатанных шестерен. Способ изготов­

ления шестерен методом поперечной прокатки может быть при­

менен во всех отраслях машиностроения, где имеется массовое или крупносерийное производство шестерен.

В тех отраслях машиностроения, где к шестерням предъяв­ ляют повышенные требования в отношении точности, прокаткой

могут быть заменены операции чернового нарезания зубьев:

в отраслях машиностроения, где применяются шестерни с пони­ женной точностью (например, сельскохозяйственное машино­ строение), прокатку шестерен можно рассматривать как окон­ чательную операцию по образованию зуба.

Опытные работы показали, что лучшие результаты дает про­

катка шевронных шестерен. В силу благоприятных условий де­ ления зубьев и деформации материала, присущих процессу про­

катки шевронных колес, обеспечивается их более высокая точ­ ность по сравнению с прямозубыми.

Кроме того, применение процесса прокатки для изготовления

шевронных колес может дать большой экономический эффект, так .как существующие способы их изготовления сложны, требу­ ют специальных дорогостоящих станков и инструмента и мало­

производительны. Прокатка же шевронных шестерен не вносит осложнений в процесс и машинное время такой прокатки равно машинному времени прокатки прямозубой шестерни. Исходя из

этого, процесс прокатки следует рекомендовать в первую оче­ редь для изготовления шевронных шестерен.

Прокаткой можно изготовить шевронные шестерни с числом перегибов более двух, изготовление которых существующими

способами представляет значительные трудности. Кроме того,

прокаткой можно изготовлять червяки, шлицевые зацепления, фрезы и т. п. детали.

Обработка прокатанных шестерен. Технологический процесс прокатки дает возможность получать шестерни с заданным мо­ дулем, числом зубьев и наружным диаметром, но не обеспечи­

вает окончательное получение других размеров шестерен. Поэ­ тому прокатанные шестерни требуют механической обработки.

Обработка прокатанных шестерен в основном сводится к

сверлению и расточке внутреннего отверстия и обработке торцо­ вых поверхностей. Обработка торцовых поверхностей затрудне­ ния не представляет и производится обычным способом. Обра­ ботка же внутреннего отверстия более сложна, и от правильно­ сти ее зависит качество шестерен. При обработке внутреннего отверстия прокатанных шестерен за базу принимается наруж­ ный диаметр. Замеры прокатанных шестерен показали, что на­ ружный диаметр их имеет эллипсность в пределах 0,01—0,03 мм\ таким образом, вполне возможно взять этот элемент шестерни в. качестве базы.

Применение высокочастотного нагрева дает возможность прокатывать заготовки на оправке с готовым отверстием и обра­ ботанными торцовыми поверхностями.

При прутковой прокатке готовый прокат режется на отдель­ ные шестерни, дальнейшая обработка которых аналогична об­ работке шестерен, получаемых штучной прокаткой.

Для получения точного зацепления зубья прокатанных ше­ стерен могут быть подвергнуты доводочным операциям. В ос­

тальных же случаях зубья прокатанных шестерен не подверга­ ют обработке.

Сравнение производительности зуборезного оборудования и

стана для прокатки шестерен показывает, что производитель­ ность последнего значительно выше. Так, например, при изго­ товлении прямозубых шестерен т=1 льи и z = 30 мм с шириной венца 8 мм на зуборезном станке производительность его по ма­

Следует отметить, что большая часть времени прокатки при­ ходится на вспомогательные операции (установка заготовки, реверсирование валков, перемещение заготовки из одних валков в другие и т. д.). Уменьшение вспомогательного времени путем механизации стана промышленного типа позволит еще более повысить производительность.

Прокатка прямозубых, шевронных и косозубых шестерен воз­ можна на одном стане и требует только замены рабочих валков.

Кроме того, возможность изготовления шестерен со сложным профилем (например, шевронных с числом перегибов больше двух) выгодно отличает этот способ от всех других способов из­

готовления шестерен.

Валки, применяемые для прокатки, просты и могут изготов­ ляться нормальным инструментом на обычных зуборезных станках.

Валки для прокатки шестерен со сложным профилем изго­ тавливают сборными. Например, валки для шевронных шесте­ рен с 4 перегибами состоят из четырех косозубых шестерен, со­ бранных вместе.

Экономичность способа прокатки обусловливается прежде

всего высокой производительностью, простотой и дешевизной оборудования и инструмента.

Ввиду расположения волокон металла по контуру зуба про­

катанные шестерни имеют более высокие механические свойства, чем шестерни, изготовленные резанием. Замеры по сечению по­

казали, что поверхность зуба и прилегающие к ней слои имеют повышенную твердость по сравнению с внутренними слоями. При