7.2.2. Проектирование технологического процесса

Изготовления зубчатого колеса.

На рисунке 7.4 представлен эскиз зубчатого колеса коробки приводов агрегатов высокого давления газотурбинного двигателя, передаваемая мощность до 800 л. с., средняя рабочая температура до 150 С. Характерной конструкторско-технологической особенностью этого зубчатого колеса является сочетание удлиненной пустотелой высокоточной ступицы, облегченного диска и высокоточного зубчатого венца.

Материал детали цементируемая сталь 13Х3НВМ2Ф-Ш имеющая следующие механические характеристики:

в = 850 Мпа; т = 700 МПа -1 = 39 Мпа.

Особенность материала – склонность к образованию прижогов.

Основные конструкторские базы – поверхности К1и К2, вспомогательная конструкторская поверхность – К3. Эти поверхности имеют высокую точность по диаметру (0,01 мм.), а также высокие требования по точности формы поверхности (0,004…0,006 мм.), по точности взаимного расположения поверхностей относительно друг друга (взаимное биение 0,02 мм.). Рабочие поверхности зубчатого колеса – это зубчатый венец и внешние шлицы. Эти элементы также имеют очень жесткие технические требования, допуск на радиальное биение делительной окружности относительно конструкторских баз не более 0,04 мм; допуск на величину шага зуба 0,007 мм, допустимая погрешность профиля зуба 0,007 мм.

Степень точности зубчатого колеса 6-5-5ГОСТ1643- 81.

Определение ступеней обработки поверхностей зубчатого колеса.

Количество ступеней обработки для каждой элементарной поверхности определяем из соотношения допусков на заготовку и готовую деталь (см. определение коэффициента уточнения Еj, п/п 2.4), а также с учетом необходимости подготовки баз, проведения цементации, защита поверхностей от цементации. Заготовка для данного зубчатого колеса может бать получена методом горячей штамповки, при этом обеспечивается припуск по диаметрам 5…10 мм (на диаметр) при величине допуска 1,8…2 мм., а по линейным размерам припуск 5…7 мм, (допуск 2,5 мм). Внутреннее отверстие в заготовке не сформировано. Для определения числа ступеней обработки важно назначить вид и место термообработки в технологическом процессе. Анализ конструкции зубчатого колеса показывает, что при заданных размерах оно будет иметь достаточную жесткость и после чернового этапа деформация обода будет незначительной, поэтому термообработка для снятия внутренних напряжений, после чернового этапа может не вводиться. Операции цементация и закалка должны производиться в конце чистового этапа, после нарезания зубчатого венца. Так как после закалки все основные поверхности шлифуются, а данным материал при повышенных температурах склонен к росту зерна, то при абразивной обработке необходимо вводить дополнительно операции низкого отпуска. Учитывая все изложенное выше, был проведен расчет количества ступеней обработки элементарных поверхностей вала-шестерни. Этапы обработки

представлены в таблице 7.1.

Выполнение основных операций при изготовлении

вала-шестерни.

При изготовлении зубчатых колес технологический процесс имеет следующие основные операции:

• получение заготовки методом горячей штамповки на КГШП;

• токарная черновая и чистовая обработка всех поверхностей;

• шлифование основных поверхностей;

• нарезание зубчатых и шлицевых венцов;

• термохимическая обработка и восстановление баз;

• отделочная обработка зубчатых венцов и точных поверхностей;

• скругление острых кромок;

• упрочнение поверхностей.

Таблица 7.1.

Схема технологического процесса изготовления

вала-шестерни.

№№ ЭТАПА	Наименование Этапа	Назначение этапа
1	Черновой	Формирование контура детали. Выравнивание припуска на точных поверхностях.
2	Получистовой	Формирование точных технологических баз, обработка точных поверхностей, выравнивание припуска, нарезание зубчатого венца и шлиц.
3	Темо-химический	Цементация, закалка.
4	Чистовой	Восстановление баз, чистовая обработка конструкторских и рабочих поверхностей.
5	Термический	Низкий отпуск.
6	Отделочно-упрочняющий	Шлифование конструкторских и рабочих поверхностей, хонингование зуба, гидродробеструйное упрочнение.
7	Контрольный	Контроль геометрических параметров и качества поверхностей.

Токарная обработка поверхностей заготовки может проводиться на различных станках токарной группы. Однако в современном авиадвигателестроении необходимо обеспечивать возможность изготовление деталей в комплекте при малой программе выпуска и минимальном, незавершенном производстве. В этих условиях наиболее рациональным становится применение станков с ЧПУ, работающих в сети с компьютерами. Такая система обеспечивает компьютерную разработку управляющих программ, гибкость производственного процесса, быструю переналадку оборудования при обработке различных заготовок. При разработке этих операций наиболее важной задачей является правильный выбор технологических баз учетом обеспечения требований на взаимное расположение конструкторских и рабочих поверхностей, точности выполнения линейных размеров, равномерности снимаемого припуска.

Шлифование поверхностей зубчатых колес проводится на различных кругло-шлифовальных станках, установка заготовок производится в специальных высокоточных приспособлениях или центрах.

Наибольший интерес представляет операция шлифование конструкторских базовых поверхностей при установке заготовки по зубчатому венцу после операции «закалка». При изготовлении точных зубчатых колес одновременно с точной базовой поверхностью обрабатывают и опорную технологическую базу для последующего зубошлифования. Заготовка устанавливается в специальный патрон (рисунок 7.5), центрирующим заготовку по зубчатому венцу (роликами, рейками, зубчатыми секторами или шариками). Многовенцовые и широкие колеса (у которых ширина венца больше диаметра) устанавливаются в патронах имеющих два самостоятельных центрирующих элемента (двухрядные патроны). В качестве опорной базы заготовки обычно используют торец зубчатого венца, который –использовался для базирования заготовки на зуборезном станке. При обработке нежестких колес применяют многокулачковые патроны, в которых уменьшается деформация зубчатого венца и повышается точность обработки.

Операция по нарезанию зубчатого венца шестерни является ответственной и в значительной степени влияет на качество и надежность ее работы. Важным условием при обработке является обеспечение точности эвольвенты и минимального биения зубчатого венца относительно конструкторских баз. Это может быть достигнуто при использовании точной технологической оснастки и инструмента, правильной настройки станка и правильного выбора технологических баз.

Обработка зубчатых колес производится на зуборезных и зубодолбежных станках.

На рисунке 7.6 приведен операционный эскиз нарезание зубьев на детали «вал-шестерня». Особенностью данной детали является то, конструкторские базы (поверхности) достаточно удалены друг от друга и для использования их в качестве установочных баз необходимо применение специальной высокоточной оснастки. Применение такой оснастки позволяет обеспечить равномерность глубины цементационного слоя на зубчатом венце, после цементации, закалки , восстановлении баз и чистовой обработки зуба.

Для обеспечения надежности работы зубчатого колеса, в технологическом процессе предусмотрена операции дробеструйного упрочнения, которая проводится на специальной установке с использованием оснастки, обеспечивающей надежную защиту окончательно обработанных поверхностей шестерни (рисунок 7.7).