книги / Цилиндрические зубчатые колеса

Рис.175. Сборный твердосплавный шевер.

Для шевингования прямозубых зубчатых колес с небольшим чис­ лом зубьев следует выбирать шевер с максимально возможным диа­ метром.

Для шевингования цилиндрических колес с малыми модулями (0,15- 1,5 мм) применяют специальные дисковые шеверы. Они отличаются от обычных тем, что у них вместо канавок на боковых сторонах зубьев сде­ ланы кольцевые выточки, прорезающие зуб до основания.

Шеверы изготавливаются из быстрорежущей стали. Твердость режущей части должна быть HRC 62...65. Шероховатость боковых поверхностей зубьев — Rz 1,6.

Наряду с шеверами из быстрорежущей стали находит применение инструмент, оснащенный твердым сплавом. Шевера модулем до 2 мм изготавливаются полностью из твердого сплава, свыше 2 мм — сбор­ ные со вставными зубьями. Вставные режущие элементы шеверов могут быть закреплены в стальном корпусе как с помощью крепеж­ ных элементов, так и пайки.

Наиболее работоспособный конструкцией шевера с механическим креплением твердосплавных режущих элементов, по мнению авторов

[22], оказалась конструкция с креплением типа «ласточкин хвост» с фик­ сацией в осевом направлении с помощью фланцев и винтов (рис. 175).

В отличие от других вариантов в данной конструкции закрепление зубьев в корпусе осуществляется клиньями с углом, равным углу само­ торможения или меньше его и только для фиксации этих клиньев при­ меняют винты, на которые приходятся меньшие нагрузки при реверси­ ровании. Шевер состоит из корпуса 1, вставных зубьев 2, клиньев 3, фланца 4, стопорных 5 и крепежных 6 винтов. Хвостовики зубьев имеют форму ласточкиного хвоста. По периферии стального корпуса располо­ жены пазы, форма и размеры которых соответствуют форме и размерам хвостовиков вставных зубьев. Нижняя часть пазов служит для направле­ ния зажимных клиньев; дно пазов наклонено под углом 5° к оси шевера. К корпусу привертывается фланец с винтами для прижима клиньев.

7.4.2.Припуски, износ, заточка

Точность и производительность процесса шевингования в значи­ тельной степени зависят от величины и формы припуска, срезаемо­ го шевером.

Припуски на шевингование должны быть минимальными и со­ ставлять на толщину зуба 0,05-0,15 мм. Если указанный в чертеже допуск на толщину зуба достаточно велик, то в качестве припуска рекомендуется использовать часть этого допуска, не предусматривая дополнительного припуска под шевингование, что особенно выгод­ но для крупных колес. Наиболее целесообразные припуски под ше­ вингование по толщине зуба приведены в таблице 27.

Формы припусков под шевингование показаны на рис. 176 в по­ зициях 1-5 [20].

Равномерно распределенный припуск (1) не дает свободного вы­ хода головке зуба шевера, что приводит к быстрому его износу и даже

Таблица 27. Рекомендуемые припуски под шевингование

1 2 3 4 5 Рис.176. Формы припусков под шевингование.

поломкам. Равномерно распределенный припуске наличием фаски на головке зуба и канавки у его основания (2) значительно улучшают ус­ ловия работы шевера. Однако чтобы получить припуск такой формы требуется очень сложный инструмент для предварительного зубонарезания. Припуск с неравномерным распределением (уменьшением до нуля у головки и основания зуба) хорошо согласуется с особенно­ стями процесса шевингования (3). Объем снимаемой стружки в этом случае уменьшается на 30-35% и улучшаются условия врезания зуба шевера. Для получения припуска этой, а также подобной формы, но с дополнительной фаской на головке и канавкой у основания зуба (4) необходим инструмент со специальной заточкой зубьев. Припуск (5) почти такой же, как и (4), построен по тому же принципу, но может быть получен инструментом более простой формы.

При шевинговании у шевера изнашивается профиль зубьев. За­ тупление шевера определяется по снижению точности шевингуемых колес, возрастанию шероховатости поверхности, иногда — по блес­ ку на зубьях шевера.

Перетачиваются шеверы шлифованием их зубьев на станках типа 5892А и 5893, затем шлифуется диаметр вершин, размер которых должен быть уменьшен соответственно уменьшившейся толщине зубьев. Величина уменьшения диаметра вершин определяется специ­ альным расчетом.

Число возможных переточек при правильной эксплуатации ше­ вера — 8-10.

Ориентировочная стойкость шеверов представлена в таблице 28 [41].

Таблица 28. Стойкость шеверов между двумя переточками

7.5.3убчатые хоны

Зубчатый хон представляет собой прямозубое или косозубое ко­ лесо, состоящее из стальной ступицы 2 и абразивного зубчатого вен­ ца 1 (рис. 177).

Существует много конструкций зубчатых хонов, отличающихся соединением абразивной и металлической частей. Есть конструкция, представляющая собой стальное зубчатое колесо с утоненными зу­ бьями, шаржированными абразивным слоем толщиной 1,5-2 мм, что обеспечивает высокую прочность инструмента и вэзможность его использования при особо тяжелых нагрузках, в частности, при обра­ ботке колес больших модулей.

Зубчатый хон изготавливается того же модуля, что и обрабатыва­ емое колесо. Проектируется хон, также как и шевер, под определен­ ное зубчатое колесо. Наружный диаметр хона следует выбирать мак­ симально возможным (200-250 мм при ширине 25 мм). Разница меж­ ду наружным диаметром нового и предельно изношенного хона составляет 15-25 мм. Число зубьев хона не должно быть кратным чис­ лу зубьев обрабатываемого колеса.

Абразивные хоны изготавливают на основе эпоксидных смол с добавлением карбида кремния различной зернистости. Отливают хоны в точных формах, изготовленных по 5 степени точности. В за­ висимости от назначения хоны имеют различную зернистость и твер­ дость. Абразивная смесь, из которой они изготовлены, имеет различ­ ные характеристики. Наибольшее применение получили смолообра­ зующие смеси трех видов: смесь для хонингования точных зубчатых колес с целью уменьшения шероховатости поверхности и небольшой корректировки формы зубьев; смесь общего назначения для изготов­ ления хонов с продолжительным сроком службы, обеспечивающих быстрое снятие сравнительно большого припуска с закаленных зубча­ тых колес, предварительно обра­ ботанных шевингованием; смесь, обеспечивающая высокую удар­ ную прочность и высокие режу­ щие свойства хонов, применяе­ мых для высокопроизводитель­ ного удаления забоин.

Литьевая композиция состоит из шлифовальных материалов: электрокорунда белого 25А, 24А или 23А зернистостью 25 и свя-

зок на жесткой и эластичной полимерной основах. В зависимости от требований к обработке используют следующие связки: на жесткой основе — эпоксидно-ацетурную (ЭАД), акриловую (А); на эластич­ ной основе — акрилополиуретановую (АП) и гидроксиуретановую (ЛЭА). Эпоксидная связка состоит из смеси эпоксидной смолы ЭД20, пластификатора ДЭГ-1 и отвердителя полиэтиленполиамина.

Хоны, изготовленные литьем на основе эпоксидной смолы наи­ более износостойки и прочны. Срок службы таких хонов при обра­ ботке зубчатых колес средних модулей составляет 1500-3000 шт. На втором месте по износостойкости хоны, изготовленные горячим прессованием из каучука СКН-26, но их прочность ниже первых.

Глава 8

Формообразование зубчатых профилей холодным пластическим деформированием

8.1.Общие понятия

Процессы обработки металлов давлением основаны на свойстве ме­ таллов деформироваться пластически при приложении к телу внешних сил. Под этим понимается необратимое изменение формы и размеров тела без нарушения сплошности. Преобладающее развитие того или иного вида деформации зависит от условий, в которых она протекает. При холодном пластическом деформировании большую роль играет пластичность материала, а также способы и условия деформации.

Суть формообразования зубчатых профилей состоит в том, что зубья инструмента вдавливаются в более мягкий металл заготовки, который начинает течь, заполняя впадины зубьев и таким образом формирует зубья венца колеса.

Формирование зубчатого венца должно сопровождаться опреде­ ленными кинематическими условиями, связывающими положение заготовки и инструмента и обеспечивающими получение профиля зуба колеса.

Процесс накатывания зубчатых профилей представляет собой одну из разновидностей процессов поперечной прокатки. В началь­ ный период накатывания инструменты соприкасаются с заготовкой только по вершинам профиля и в этих местах заготовки возникают зоны пластической деформации. С увеличением обжатия заготовки возрастает интенсивность деформации ее поверхностных слоев. Сле­ дует отметить неравномерность деформации по периметру накатан­ ного профиля: у основания профиля наблюдается значительная де­ формация сжатия слоя в радиальном направлении, в то же время у наружного диаметра толщина слоя увеличивается, т.е. здесь в ради­ альном направлении имеет место растяжение. Если учесть, что в тан­ генциальном направлении у наружного диаметра также имеется не­ большое (до 15%) растяжение, а у внутреннего — сжатие, то можно

сделать вывод, что у наружного диаметра должно происходить сжа­ тие волокон в осевом направлении, а у внутреннего — растяжение.

Накатывание обычно производится поперек волокон, поэтому, когда степень деформации поверхностных волокон превзойдет кри­ тическую, происходит разделение поверхностных волокон. При этом на контактную поверхность выходят более глубокие волокна метал­ ла. Склонность к разделению волокон в зоне впадины при накаты­ вании зависит от размеров и конфигурации профиля накатных роли­ ков и механических свойств металла заготовки.

В процессе накатывания происходит обжатие заготовки роликами, при этом внутренний диаметр детали постепенно уменьшается, соот­ ветственно угол подъема винтовой линии на этом диаметре возраста­ ет, в то время как на роликах он остается постоянным в течение всего процесса накатывания. Это обстоятельство обусловливает различие деформации металла с правой и левой стороны профиля. В результа­ те неравномерности деформации в конечной стадии накатывания на вершине профиля по всему периметру наружной поверхности образу­ ется своеобразная складка (закат). С увеличением геометрических раз­ меров (шага, высоты профиля, а также его угла) неравномерность де­ формации поверхностных объемов заготовки усиливается и возрастает глубина таких складок. При увеличении твердости и предела текуче­ сти материала вероятность образования складки тоже повышается. На образование закатов оказывает влияние и технология формообразова­ ния: на стадии формирования зубьев, пока высота их еще остается не­ полной, а вершины замкнуты, закаты отсутствуют. После достижения полной высоты профиля вершины зубьев приобретают оформленный контур, а у корней появляются закаты. При накатывании заготовок с диаметром больше расчетного размеры закатов увеличиваются, одно­ временно возрастает и пластическое течение металла в осевом направ­ лении, т.е. происходит удлинение накатанных слоев заготовки по сравнению с ее сердцевиной, выражающееся в образовании наплывов на торце детали. Вообще закаты могут возникать в трех случаях: при увеличении диаметра заготовки по сравнению с расчетной; при недо­ статочной высоте ножки зуба накатного ролика по сравнению с вы­ сотой головки накатываемого зуба; при уменьшенном расстоянии между осями шпинделей накатного станка по сравнению с расчетным.

Наличие закатов на выступах профиля не снижает прочностных характеристик накатанных деталей, т.к. рабочими поверхностями у винтовых деталей являются боковые стороны профиля, а слабым се­ чением — сечение по внутреннему диаметру.

Для процесса холодного пластического деформирования зубча-

Ж

тых профилей существуют ограничения по модулю и, соответствен­ но, по высоте зуба, а также по минимальному значению угла профи­ ля зацепления. С чем же связаны эти ограничения?

С увеличением размеров накатываемого профиля возрастает ин­ тенсивность пластической деформации, глубина ее проникновения и соответствующее этой деформации упрочнение поверхностных воло­ кон металла, а также неравномерность упрочнения поверхностных волокон профиля. Кстати, абсолютное значение упрочнения поверх­ ностных слоев металла всегда несколько больше со стороны профи­ ля, совпадающей с направлением вращения ролика. Как и в общем случае поперечной прокатки, неравномерность деформаций по сече­ нию заготовки обуславливает различие в схемах напряженного состо­ яния: в осевой зоне действуют растягивающие напряжения, а в повер­ хностных слоях преобладают сжимающие. При накатывании шлице­ вых профилей эта неравномерность значительно усиливается из-за наличия клиновидных выступов на рабочей поверхности роликов, и при вдавливании выступов в заготовку значительно возрастает степень деформации ее в подповерхностных слоях. В зоне пластической де­ формации возникает напряженное состояние объемного несиммет­ ричного сжатия: сжимающие напряжения направлены перпендику­ лярно к боковой стороне профиля и. вдоль нее. В осевом направлении также возникают напряжения сжатия вследствие подпирающего дей­ ствия соседних слоев металла, претерпевающих упругую деформацию на различных стадиях накатывания. Из этой схемы напряженного со­ стояния объемного несимметричного сжатия в зоне пластической де­ формации при холодном накатывании зубчатых профилей следует, что для накатывания зуба большой высоты и с малым углом профиля требуются очень высокие силовые нагрузки на инструмент и станок.

Процесс накатывания зубчатых поверхностей несмотря на внеш­ нее сходство с процессом поперечной прокатки имеет ряд особенно­ стей как в течении металла, так и в распределении напряжений. По­ этому для получения качественного зубчатого венца необходимо правильно выбрать не только метод, но и способ накатывания.

Все способы формообразования зубчатых венцов, применяемые в промышленности, можно классифицировать в зависимости от: со­ стояния заготовки, формообразующего инструмента, направления подачи инструмента или заготовки. Межосевое расстояние инстру­ мент-заготовка в станочном зацеплении может быть постоянным или переменным. Все перечисленные выше особенности способов так или иначе взаимосвязаны, поэтому классификация по какомулибо одному признаку будет неполной.

8.2.Классификация методов и способов накатывания

За последние годы в нашей стране и за рубежом разработано боль­ шое число способов пластического формообразования зубьев на де­ талях машин. Здесь будут рассмотрены способы, которые прошли промышленную проверку и внедрены в производство.

Формообразование зубчатых профилей холодным пластическим деформированием по аналогии с процессом резания осуществляет­ ся по двум кинематическим схемам: методом копирования и методом обката (огибания) профиля. Кроме этих двух схем применяется так­ же способ образования зубьев в матрице.

8.2.1.Формообразование методом копирования

Метод копирования применяется для формообразования зубча­ тых колес модулем до 6 мм, а также прямобочных, треугольных и эвольвентных шлицев со значительной высотой профиля. При на­ катывании по методу копирования профиль впадин полностью ко­ пирует профиль формообразующей части накатного инструмента. Метод копирования включает в себя следующие способы формооб­ разования (кроме объемной штамповки, горячего и холодного прес­ сования):

•ротационное обжатие;

•профильное накатывание многороликовыми головками;

•импульсное планетарное накатывание.

т ___________________________

Обрабатываемые материалы — конструкционные стали с твердо­ стью до HRC 30.

Производительность процесса определяется скоростью подачи заготовки в зону деформирования, которая может достигать 1,2м/ мин, что позволяет применять процесс в массовом производстве.

Ротационное обжатие осуще­ ствляется на специальных рота­ ционно-обжимных машинах при

последовательном или одновре­ менном воздействии инструментов Рис. 179. Схема процесса профиль­

на заготовку. Этот процесс может

ного накатывания многороликовы­ ми головками.

быть применен для формообразо­

вания шлицев со следующими параметрами: z < 20, h < 2,5 мм, da= 2050 мм, 1< 30 мм. Вследствие сложности его осуществления процесс не получил широкого распространения.

Профильное накатывание многороликовыми головками применяется, в основном, для накатывания прямобочных и эвольвентных шлицев. Число роликов соответствует числу впадин. Ролики не приводные и устанавливаются на осях в подшипниках. Формообразование осуще­ ствляется при принудительном осевом перемещении детали или на­ катной головки (рис. 179).

При продольном накатывании многороликовыми головками зуб­ чатые венцы можно получать тремя технологическими приемами:

•накатыванием с делением, т.е. с периодическим поворотом заготовки после накатывания двух или трех впадин. При этом количество роликов в головке меньше числа впадин зубчато­

го венца. Применяется, в основном, для накатывания шлицев с г < 1 2 и й < 3 м м при длине венца до 500 мм.

•одновременным накатыванием всех впадин на полную глубину. Профиль формируется за два хода головки — рабочий и калиб­ рующий. Применяется для получения прямобочных шлицев с z < 20 и h < 6 мм на жестких валах при длине венца до 300 мм.

•многопроходным накатыванием с периодическим перемеще­ нием накатных роликов к центру заготовки. При этом прину­ дительно может перемещаться деталь или накатная головка. Радиальная подача роликов автоматическая. Многопроходное накатывание обеспечивает значительное уменьшение усилий