книги / Технология производства и методы обеспечения качества зубчатых колес и передач

с переменными по высоте зубьями. На этом участке происходит постепенное увеличение высоты зуба за счет вытеснения металла из ножки зуба в головку. Окончательное оформ­ ление зуба происходит па участке калибрования инструментом с полным и постоянным по высоте зубом за счет перераспределения металла, выдавленного на стадии формирова­ ния. Эта стадия процесса производится при определенном усилии, развиваемом гидроци­ линдром поджима подвижной бабки станка.

Таким образом, на этапе калибрования в станке обеспечена возможность для увеличе­ ния межцентрового расстояния, что необходимо для компенсации погрешности размеров по диаметру исходной заготовки. Усилие поджима гидроцилиндров подвижной бабки ус­ танавливается из расчета номинального значения диаметра заготовки, и при попадании «полной» заготовки на участке калибрования происходит увеличение межцентрового рас­ стояния, что исключает переполнение зуба, его перегрузку и поломку.

Вследствие того, что накатывается сразу вся ширина зубчатого венца, отпадает необ­ ходимость в наличии свободного пространства для выхода инструмента. Таким образом, зубчатые венцы могут быть накатаны практически в любом месте детали. Применяя боко­ вые реборды для ограничения осевого течения металла у торцов зубчатых венцов, можно накатывать относительно узкие зубчатые колеса поштучно.

Затылованныи накатник представляет собой дисковое зубчатое колесо шириной, равной ширине зубчатого венца детали со срезанными по специальному закону вершинами зубьев.

Высота зубьев накатника распределяется по периметру инструмента на три участка: заходный, формирующий, калибрующий.

Заходный участок предназначен для загрузки заготовок в зону накатки. Формирующий участок обеспечивает обжатие заготовки и формообразование зуба.

Это достигается постепенным повышением высоты зубьев иакатника. Длина формирую­ щего участка лежит в пределах 250-270". В целях оптимального распределения нагрузок на накатник увеличение высоты зуба на первой половине формирующего участка не­ сколько больше средней величины; на второй половине, где зубья накатника имеют боль­ шую высоту, повышение высоты зуба меньше среднего.

Величина калибрующего участка приблизительно равна 80". Зубья накатника на нем имеют постоянную высоту. На этом участке производится калибрование зубьев детали. Как показали эксперименты, для повышения качества накатываемых деталей целесооб­ разно производить реверсирование на калибрующем участке инструмента.

Для уменьшения концентраций напряжений в ножке н головке зуба накатника на всех участках выполняются радиусы. Их величина зависит от модуля и формы зуба.

Накатники изготовляются из стали ЭП 569 (55Х6ВЗСМФ), обладающей при твердо­ сти HRC 57-59 высокими показателями прочности и ударной вязкости.

Достигнутая стойкость накатников составляет 12-20 тыс. деталей до восстановления и зависит от материала накатываемых шестерен.

Заготовки под накатку должны удовлетворять следующим основным требованиям:

—твердость не должна превышать 187 НВ — для зубчатых колес и 229 НВ — для шлицевых деталей;

—поле допуска диаметра под накатку А8 или А9;

—биение диаметра под накатку не должно превышать 0,5f2, где F2 — радиальное биение зубчатого венца или шлицевого Denua.

Для повышения стойкости инструмента заготовки под накатку целесообразно под­ вергать фосфатировашно и омылнванню, что существенно снижает контактное трение в очаге деформации.

—

13,5

60

rn = 0,8+1 ,0 мм. Z = 8+16. а = 20е,

Рд= 32+58°, сталь 40Х

т = 1,25+1,5 мм, z - 13+15, а = 20°, Рд = 45°, сталь 45

Рис. 6 .10 . Примеры изделий, изготавливаемых с использованием зубонакатных станков Мин­ ского ПКТИ: а — шестерня спидометра; б — шестерня редуктора; в — вал; г — вал трактора веду­ щий. Время обработки, мин: при фрезеровании: а — 4,5; б — 4,0; а — 14,7; г — 29; при накатыва­ нии: а — 0,25; б — 0.25; в — 1,2; г — 3,5

Зубонакатный станок для многопроходного накатывания отличается от однопроход­ ного усиленными шпиндельными узлами и наличием механизма радиальной подачи на­ катников. Станок для многопроходного поперечного накатывания выполняется по схеме на рис. 6.8, а.

При накатывании зубчатым затылованным цилиндрическим инструментом много­ проходным методом обработка детали производится за 2-12 проходов в зависимости от модуля и диаметра зубчатого колеса. На каждый проход задается определенная радиаль­ ная подача накатника.

Станок для накатки с осевой подачей отличается от однопроходного станка усилен­ ными шпиндельными узлами и наличием механизма осевой подачи.

На рис. 6.10 приведены примеры изделий, изготавливаемых с применением накатных станков конструкции Минского ПКТИ.

Как следует из приведенных данных, производительность зубо- и шлицеобработки при замене зубофрезерования холодным накатыванием повышается в 8-18 раз.

Холодная накатка в авто- и тракторостроении имеет реальное применение для шли­ цевых валов модулем 3,5 мм и диаметром до 120 мм, тонкостенных шлицевых венцов мо­ дулем до 3,5 мм и диаметром до 165 мм, зубчатых колес модулем до 2,5 мм и диаметром до 120 мм. Точность накатываемых зубчатых колес соответствует 9-й степени по ГОСТ 1643-81.

©! и ©2 накатники 3, 6, межосевое станочное расстояние которых а в процессе накатывания остается неизменным. Ведущий накатник 6 имеет угловую скорость ©,, большую, чем тихоходный ведомый 3 — ©2- Век­ тор окружной скорости ведущего накатника 6 совпадает с направлением вектора скоро­ сти движения заготовки v8. Колеса 1 и 2 составляют тангенциальную гитару, функция ко­ торой — понизить угловую скорость ведомого накатника 3 ©2- Колесо 4 промежуточное.

мента и реборды, ухудшается товарный вид колеса. При переходе на холоднокатаиный лист эти недостатки устраняются.

Срок службы реборд связан с количеством перешлифовок рабочих кромок, что зави­ сит от материала и термической обработки. Очистка инструмента с разборкой произво­ дится после накатывания 30-40 тыс. колес.

6.4.3. Зубонакатные станки

Технические характеристики зубонакатиых станков приведены в табл. 6.1.

В основу конструкции экспериментального промышленного образца станка-автомата модели СДИК-С4 для холодного накатывания зубчатых венцов мелкомодульных колес положен метод дифференциального накатывания. В станке реализованы:

—метод поштучного накатывания венцов;

—технология, по которой процесс зубообраэовапня разбит на три этапа: деление, формирование и калибрование;

—свободное деление заготовки с фиксацией по центральному отверстию;

—бункерная загрузка и автоматическая посадка заготовок на ведущие пальцы транс­ портирующей цепи;

—непрерывная подача заготовок в накатники бесконечной транспортирующей цепью, постоянная скорость которой обеспечивается специальным винтовым приводом;

—автоматический съем готовых колес.

Основные узлы станка —станина с механизмом привода, механизм подачи заготовок, блоки накатников и загрузочное устройство.

Накатывание венцов ведется на поступательно движущихся заготовках тремя парами накатников. Заготовка перемещается транспортирующей цепью со звеньями, снабженны­ ми ведущими пальцами. В начальный момент контакта заготовки с накатниками она по­ лучает вращение от трения о реборды, которые выполняют роль направляющих и бази­ рующих элементов. Кинематическая связь заготовки с накатниками возникает с появле­ нием впадин зубьев. Станок является автоматом непрерывного действия, совмещающего рабочие операции с транспортированием заготовки. Чтобы сохранить направление движе­ ния заготовок и одновременно осуществить реверсирование, ведущие накатники устанав­ ливаются в шахматном порядке. После выхода из последней пары накатников готовое ко­ лесо набегает на съемное устройство и падает в ящик готовой продукции.

Переналадка станка при изменении числа зубьев венца колеса сводится к изменению межосевого расстояния накатников, а для определенного диапазона диаметров загото­ вок — и к смене делительных накатников. Изменение модуля зубьев колес или ширины накатываемого венца требует смены инструмента. Изменение диаметра центрального от­ верстия колеса требует смены ведущих пальцев транспортирующей цепи. Полная перена­ ладка станка выполняется за 35 мин.

Стойкость накатного инструмента при работе в режиме деления и формирования со­ ставляет 300-400 тыс. колес, калибрования —100 тыс. колес.

Станок модели СБИК-69 для бесцентрового тангенциального накатывания. В стан­ ке реализовано:

—поштучное накатывание зубчатых венцов на заготовках;

—технология, по которой процесс накатывания разбит на четыре этапа: деление, пер­ вое и второе формирования и калибрование;

—бункерная загрузка заготовок с автоматической подачей их в накатники.

Станок предназначен для накатывания зубчатых венцов колес малых модулей в хо­ лодном состоянии. Рабочие операции в станке совмещены с транспортными, и зубообразование является заключительной операцией в изготовлении колеса.

Варьирование передаточных отношений иТи wCKпозволяет изменять скорость танген­ циального движения заготовки vs и тем самым менять производительность станка. Вы­ бран оптимальный вариант настройки секций с учетом захвата самых малых по диаметру заготовок и создания условия разрыва потока заготовок, т. е. передаточные отношения скоростных и тангенциальных гитар постоянны.

Накатной инструмент по секциям унифицирован конструктивно н но числу зубьев, и по наружному диаметру реборд. Отличие его заключается в различных значениях сме­ щения исходного контура.

208 Г л а в а 6

В станке используются накатники диаметром до 120 мм. Стойкость накатников дос­ тигает 300-400 тыс. колес.

Первые формирующие накатники нагружены значительно больше, чем последующие, высота зуба нх больше п нзгнбная прочность ниже, чем у делительных. Стойкость их ко­ леблется в пределах 75-100 тыс. колес.

На втором этапе формирования фактически заканчивается оформление зубьев, и здесь накатник имеет более высокий зуб. Стойкость накатников 60-70 тыс. колес.

Высота зубьев калибрующих накатников должна соответствовать полной высоте зуба накатываемого венца, их стойкость — 40-50 тыс. колес (максимально до 100 тыс. колес). На этом этапе практикуется сочетание калибрующих и формирующих накатников.

Накатники изготавливают из легированных сталей Х6ВФ; стойкость нх выше, чем у накатников из стали ХВГ, на 10-15%.

Станок модели СБНК-78 для бесцентрового накатывания зубчатых венцов предна­ значен для накатывания зубчатых венцов колес малых модулей в холодном состоянии. Рабочие операции в нем совмещены с транспортными, зубообразование является завер­ шающей стадией в изготовлении зубчатого колеса.

Производительность станка можно регулировать сменой шкивов клниоременпой пе­ редачи или же колес скоростной гитары. Сменные шкивы обеспечивают передаточные от­ ношения ит= 2,66 и 2; сменные колеса гитары — иск = 4,7; 3,85; 3,2 и 2. Таким образом, час­ тоту вращения можно понизить с п = 1430 мин"' до п = 114, 140, 160 и 206 (при ыш- 2,66) и до п = 132, 186, 224 и 275 мин-1 (при и,„=2). Процесс накатывания идентичен процессу, реализованному в станке СБНК-69.

Более подробную информацию о зубонакатных станках для холодного накатывания мелкомодульных зубчатых колес читатель может найти в работах 10. П. Мазуренко, в ча­ стности, в [4, 5].

Литература

1.Ефимов Б. П. Холодное накатывание зубчатых колес малого модуля / / В кн.: Прогрессивные мето­ ды изготовления, отделки иупрочнения металлических деталей пластическим деформированием. М.: Машгиз, 1962.

2.Барбарич М. В., Хоружспко М. В. Накатывание цилиндрических зубчатых колес. М.: Машино­ строение, 1970.

3.Холодное накатывание зубчатых профилей / Э. Л. Костюксвич, В. Е. Антонюк, Н. И. Соболевский, Б. М. Марголин, А. Г. Панченко. М.: ЦНИИТЭИавтосельхозмаш, 1990.

4.Мазуренко 10. П. Холодное накатывание зубчатых венцов цилиндрических колес. Львов: Вита школа. Изд-во при Львов, гос. ун-те. 1980.

5.Мазуренко 10. П. Тангенциальное накатывание зубчатых колес: Дисс. д. т. п. Ми.: БПИ, 1988.

Глава 7

ТЕРМИЧЕСКАЯ И ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКАЯ

ОБРАБОТКА ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС

7 .1 . Выбор материалов и способов термического и химико-термического упрочнения зубчатых колес

Долговечность деталей силовых передач определяется совершенством конструкции, выбором материала, способами получения заготовок и их последующими механической и термической обработками, химико-термической пли другой упрочняющей обработкой де­ талей, качеством сборки узла, условиями нагруженности и эксплуатации, рядом других факторов. Во многих случаях выход из строя деталей силовых передач происходит от ус­ талости их материала [1-3].

Особенно это свойственно наиболее нагруженным деталям силовых передач —зубча­ тым колесам и эвольвентным шлицевым валам, для которых характерны усталостные раз­ рушения от изгибпой нагрузки при небольшом количестве циклов (в отдельных случа­ ях — при однократном нагружении) и при длительной циклической работе: при контакт­ ном нагружении, от торцового износа. Потери работоспособности зубьев от ударных нагрузок при переключениях передач характерны не только для реверсируемых шестерен, но и для зубчатых муфт.

В меньшей степени работоспособность ответственных зубчатых колес трансмиссии, поверхность которых упрочняется обычно химико-термической обработкой (ХТО), реже термической обработкой па твердость в пределах 200 < НВ < 350 и индукционной поверх­ ностной закалкой ТВЧ, определяют износ и заедание, одной из основных причин которых является погрешность изготовления и сборки, нарушение технологических процессов уп­ рочнения, некачественная (млн неправильно выбранная) смазка и т. п.

Развитие явления усталости в конструкционных сталях зависит от многих причин: металлургических дефектов материала (флокенов, волосовин, неметаллических и шлако­ вых включений и т. п.) и расположения волокна; качества механической н упрочняющей обработки; формы изделия и его точностных характеристик; поверхностного легирования и упрочнения; дефектов поверхности; местной деформации и пр. Поэтому для обеспече­ ния долговечности при конструировании детали должны быть учтены как условия ее ра­ боты и испытываемые эксплуатационные нагрузки, так и технология изготовления, вклю­ чая особенности:

—горячей пластической деформации заготовок,

—механической обработки,

—термической обработки,

—химико-термического или другого вида упрочнения,

—поведения детали в процессе изготовления и обработки.

210 Г л а в а 7

Последнее вызывает необходимость более полно, чем это рекомендуется нормами, принятыми в промышленности, учитывать влияние технологической наследственности сталей на прочностные и усталостные характеристики и договечность зубчатых колес.

Сопротивление усталости снижают надрезы, острые кромки, выточки, галтели. На­ личие подрезов, недостаточные радиусы округлений приводят к образованию дефектов при термообработке из-за локальных напряжений, а также местной концентрации на­ пряжений при эксплуатации деталей. Отсутствие закруглений торцевых кромок зубьев может привести к их повышенному насыщению углеродом (азотом) при химико-терми­ ческой обработке и к образованию сколов. Для термоулучшаемых ответственных дета­ лей понижение эксплуатационных показателей возможно из-за деформации под дейст­ вием нагрузок, износа опорных поверхностей, элементов сопряжения, поверхностей тре­ ния, которые во многих случаях дополнительно подвергают закалке ТВЧ.

В общем случае требования, предъявляемые к ответственным деталям силовых передач, которые должны быть обеспечены для данной конструкции правильным выбором материала, технологией изготовления и упрочнения, определяются условиями их эксплуа тации.

Значительное расширение технологических возможностей в связи с быстрым совер­ шенствованием оборудования, процессов изготовления, упрочнения и контроля деталей, внедрение в производство принципиально новых технологий приводят к тому, что обеспе­ чение долговечности ответственных деталей во многих случаях определяется упрочняющей обработкой, формирующей окончательную (рабочую) структуру материала деталей н нх поверхностных слоев и тем самым предельные характеристики сопротивления усталости. Установлено также [1, 4-7], что стабилизация упрочняющей обработки ответственных де­ талей и их размерной точности понижает влияние межплавочного и межпартионного рас­ сеяния свойств и долговечности, последнее из которых в основном связано с различными отклонениями на предшествующих стадиях технологии изготовления (формообразующей горячей пластической деформации, предварительной термической обработки и т. п.).

Сведения о материалах стальных зубчатых колес и способах их термической и хнмн- ко-термической обработки приведены в табл. 7.1. Из таблицы видно, что большая группа зубчатых колес подвергается улучшению (нормализации) или закалке с высоким отпус­ ком и последующей местной упрочняющей обработке участков, требующих повышенной износостойкости (активные поверхности зубьев, места посадок и т. п.), которая осуществ­ ляется в основном потоке механических цехов.

Главную группу представляют высоконапряженпые детали (зубчатые колеса, шлице­ вые валы), подвергаемые химико-термической обработке. Поэтому при дальнейшем изло­ жении большее внимание уделено тому, какие прочностные свойства следует ожидать при обработке конструкционных материалов, и сведениям о предельных характеристиках со­ противления усталости, достигаемых после различных способов упрочнения [1,4 -7]. От­ дельно выделены высоконапряженные детали силовых передач, подвергаемые хими­ ко-термической обработке, что обусловлено сложностью структурного состояния их мате­ риала, обеспечивающего характеристики сопротивления усталости, прочности и др.

Как было показано выше, зубчатые колеса в зависимости от назначения и требований к прочности и надежности подвергаются различным видам термической и химико-терми­ ческой обработки. Наиболее широкое применение при производстве зубчатых колес полу­ чили цементация, азотирование, улучшение и закалка зубьев после индукционного или газоплазменного нагрева в качестве финишных упрочняющих операций. В качестве пред­ варительной термической обработки заготовок зубчатых колес перед механической обра­ боткой обычно применяются нормализация, улучшение или изотермический отжиг. Заго­ товки, изготовленные электрошлаковым переплавом, должны проходить противофлокенную термическую обработку.