Метод штамповки

Штамповка зубчатых колес применяется только для изготовления конических шестерен, наряду с методом накатывания, которым можно пользоваться только в массовом производстве, в то время как штам­повка конических колес экономически оправдывается и в условиях серийного производства.

Чаще всего штамповка применяется для получения зубчатых ко­лес с

m 4 мм. Но используя электроэрозионную обработку, обеспе­чивающую высокую точность размеров, чистоту поверхности, быстро­ту и дешевизну изготовления, метод штамповки оказывается целесо­образным и для мелкомодульных колес до m=2 мм.

Получается 6-9 степень точности.

Штамповка производится на молотах, фрикционных прессах и кривошипных прессах на несколько переходов заготовки нагреваются в индукционных или электронагревательных печах сопротивления до 1150°С, часто в защищенной среде чистого аргона.

Преимущества метода штамповки по сравнению с методом обра­ботки зубьев резанием: увеличиваются прочность и износостойкость зубьев, сокращается расход материала на 30-50%, снижается трудо­емкость механической обработки примерно на 30% и уменьшается из­нос режущего инструмента.

Отделка зубчатых колес

С увеличением быстроходности машин возникла настоятельная необходимость в бесшумно работающих зубчатых колесах. Улучшение качества зубчатых колес, способствующее уменьшению шума, дости­гается:

1. Нарезанием зубьев с точностью, выражаемой сотыми и ты­сячными долями миллиметра.

2. Термическая обработка с применением цианирования и га- pjвой цементации.

3. Применением рациональных способов окончательной чисто­ вой обработки зубьев, позволяющих достигнуть точность зубчатых колес 2-Змкм.

О кончательная чистовая отделка производится следующими способами:

Обкатка, щевингование. зубошлифование,притирка и приработка.

Обкатка. С целью улучшения формы профилей зубьев сырых зубчатых колес и снятия забоин и заусенцев с закаленных колес применяют обкатку. Одно из обкаточных колес (ведущее) получает вращение от электродвигателя. Обрабатываемое колесо и два других обкаточных колеса приводятся во вращение ведущим обкаточным колесом.

Процесс состоит в том, что стальные каленые обкаточные коле­са (эталоны) I такого же модуля как и заготовка (точность их до­стигает 5 мкм), расположенные под углом 120°, с усилием прижи­маются к заготовке 2

(рис. 18).

В процессе обкатки сглаживаются следы обработки резанием, а также упрочняются слои металла на поверхности зубьев.

Если обкатанные сырые колеса подвергаются термообработке, то поверхностные напряжения возникшие при упрочнении, снимаются и могут появиться новые погрешности колеса.

Обкатка производится в масляной ванне или при обильной смаз­ке (смесь керосина с машинным маслом 3:1) под определенным давле­нием с периодическим изменением вращения заготовки и обкаточных колес. Обкатка выполняется на специальных станках или с помощью приспособлений к металлорежущим станкам.

Режим обкатки устанавливается опытным путем в зависимости от материала и тщательности предварительной обработки. Длительная обкатка искажает профиль зуба.

Шевингование. Шевингованием называется процесс чистовой отделки зубьев незакаленного зубчатого колеса, заключающийся в снятии (соскабливании) очень мелких волосообразных стружек толщиной 0,001 - 0,005 мм, благодаря чему значительно исправляются эксцентриситет начальной окружности, ошибки в шаге, в профиле эвольвенты, в уг­ле подъема винтовой линии, а также повышается чистота боковой поверхности зубьев.

Шевингование (или шевинг - процесс) производится двумя спо­собами:

По первому способу шевингование производится при помощи специ­ального инструмента - шевера. Шевер представляет собой закален­ное режущее косозубое или прямозубое зубчатое колесо с прорезан­ными на боковых сторонах каждого зуба канавками глубиной 0,8 мм. Эти канавки образуют режущие кромки, которые и соскабливают во­лосообразную стружку.

На рис19 представлены общий вид и схемы шевингования.

Оправка с обрабатываемым зубчатым колесом I (рис. 19,а) закрепляется в центрах стола станка; шевер 2 располагается над зубчатым колесом под углом 15°, образуя с колесом как бы винто­вую пару со скрещивающимися осями, Приведенный во вращение шевер вращает обрабатываемое зубчатое колесо, которому придается осе­вое возвратно-поступательное перемещение, называемое продольной подачей; при этом шевер равномерно соскабливает стружку по всей ширине зуба. Помимо вращения и осевого движения обрабатываемого зубчатого колеса для равномерного снятия стружки по всему профилю зуба стол станка имеет вертикальное перемещение. После окончания каждого хода стола шевер получает вращения в обратную сторону и обрабатывает другую сторону зуба.

Для предварительной обработки число ходов 4-6, для оконча­тельной 2-4. Припуск на шевингование принимается 0,04-0,03 мм на сторону зуба. Величину угла скрещивания при шевинговании следует выбирать в пределах 10-20° в зависимости от углов наклона зубьев колеса и шевера. При уменьшении угла степень точности обработки понижается.

Обычно для шевингования прямозубых колес применяют косозубый шевер, а для шевингования косозубых колес - прямозубый шевер.

Шевингование повышает точность предварительной обработки зубьев примерно на 1-2 степени точности. Процесс шевингования является наиболее производительным по сравнению с другими отде­лочными операциями.

Точность и производительность шевингования колес зависят от . точности предварительной операции (зубообработки) состояния стан­ка и шевера, способа установки и крепления колеса и шевера с ми­нимальным биением, величины припуска, предварительного удаления заусенцев и наличия фасок, правильного выбора и достаточной по­дачи охлаждающей жидкости для вымывания стружки из канавок шеве­ра, причем применение неочищенной от стружечной пыли жидкости может привести к надирам и царапинам на шевингуемой поверхности.

Шевингование зубьев за один проход. В настоящее время все боль­шее распространение получает способ шевингования зубчатых колес средних модулей за один проход шеверами специальной конструкции. Зубья таких шеверов имеют три группы зубчиков (рис. 19,б): за­борные I, режущие II и калибрующие III. Боковые поверхности правой и левой сторон заборной и режущей частей зубьев шевера составля­ют с соответствующими боковыми поверхностями калибрующей части углы .

Такая конструкция шевера позволяет снимать весь припуск за один рабочий и один обратный (калибрующий) ход стола, осуществ­ляемый при постоянном расстоянии между осями шевера и колеса Производительность обработки при шевинговании за один про­ход увеличивается в 2-3 раза благодаря сокращению количества циклов до одного и исключению радиальных перемещений стола с об­рабатываемым колесом, неизбежных при шевинговании стандартными шеверами.

При обработке специальными шеверами, которые изготавливают­ся путем перешлифовки стандартных шеверов, точность колес обычно значительно выше, чем при использовании стандартных шеверов, так как обработка производится при постоянном межосевом расстоянии шевера и зубчатого колеса, кроме того отсутствие механизма для радиальной подачи стола повышает жесткость системы СПИД. Стойкость таких шеверов в 3 раза выше стойкости стандартной конструкции благодаря увеличению режущих кромок, одновременно участвующих в работе. Калибрующие зубчики не участвуют в срезании основного припуска (рис. 19,в).

Широкое применение находит производительный метод шевинго­вания с диагональной подачей. Этот метод предусматривает поступа­тельное перемещение обрабатываемого зубчатого колеса не параллель­но его оси, а под углом , равным 5° и более (рис. 20).

Вследствие этого уменьшается длина хода и число проходов можно принять меньше, чем при обычном шевинговании (с продольной подачей), что в целом значительно сокращает время обработки. Время шевингования одного зуба с модулем 2-3 мм при продольной подаче равно 2-3 сек, а при диагональной подаче - около I сек.

Существует метод шевингования с тангенциальной подачей под некоторым углом к оси шевера, а не детали. Перемещение в этом случае будет наименьшим.

Для уменьшения неравномерности распределения нагрузки по длине зуба применяют (при нежестких валах) колеса с бочкообраз­ными зубьями.

Такая форма зубьев (рис. 21,а) обрабатываемого шевером I зубчатого колеса 2 получается посредством применения на шевинговалъных станках специального качающего приспособления (рис. 21,б). На столе станка устанавливается основание приспособления, на оси 4 которого посредством пальца 5 качается плита 3. Палец 5 при продольном передвижении стола перемещается по наклонному пазу 7 диска 6, закрепленного на неподвижном кронштейне и устанавливае­мого под требуемым утлом.

Б лагодаря значительному повышению посредством шевингования точности зубчатых колес и высокой производительности процесса, шевингование применяют не только в массовом и крупносерийном про­изводстве, но и в серийном и даже в мелкосерийном. При отсутствии специальных станков для шевингования можно приспо­собить вертикально-фрезерный станок с поворотной фрезерной голов­кой, обеспечивающей образование угла скрещивания осей шевера и зубчатого колеса.

По второму способу шевингование производится при помощи специаль­ного инструмента другого вида - шевер-рейки. (рис. 22,а), состоя­щей из отдельных зубьев с канавками, образующие режущие кромки на стороне каждого зуба. В процессе обработки стол станка с за­крепленной на нем шевер-рейкой имеет возвратно-поступательное движение. Также как и обычный (дисковый) шевер, шевер-рейка из­готовляется с наклонными зубьями для обработки зубчатых колес с прямым зубом, а для колес с косыми зубьями (с углом наклона око­ло 15°) шевер-рейка имеет прямые зубья, расположенные перпендику­лярно оси; в том и другом случае образуется винтовое зацепление.

На рис. 22,б показана схема, поясняющая осуществление про­дольного скольжения зубьев шевер-рейкой по зубьям шевер-рейкой зубчатого колеса.

Если обрабатываемое колесо I свободно катить по шевер-рейке 2 из положения А, то оно должно бы переместиться в положение Б. Но так как зубчатое колесо и шевер-рейка представляют собой как-бы винтовую зубчатую пару со скрещивающимися осями, то колесо передвинется/в положение Б, а в положение В. В результате чего создается относительное скольжение зубьев обрабатываемого коле­са и шевер-рейки, определяемое отрезком между положениями зубча­тых колес Б и В.

При этом режущие кромки шевера срезают тонкую стружку с по­верхности обрабатываемых зубьев колеса.

Обработка одного зубчатого колеса производится примерно за 15-20 двойных ходов стола. После каждого хода стола зубчатое ко­лесо перемещается в вертикальном направлении вниз, осуществляя вертикальную подачу.

Шевингование обычно производят со смазочно-охлаждающей жид­костью - сулъфофрезолом или веретенным маслом. По причине высо­кой себестоимости инструмента, плохой выживаемости стружки из зубьев шевер-рейки, невозможности обработки бочкообразных зубьев шевингование шевер-рейки не имеет широкого распространения.

Шевингование зубьев производится до термической обработки закаливаемых зубчатых колес. Большинство зубчатых колес после шевингования поступает в термическую обработку, которая несколь­ко снижает достигнутую точность и шероховатость поверхности. Тем не менее при изготовлении точных зубчатых колес шевингование применяют до термической обработки, с тем чтобы в максимальном степени исключить ошибки механической обработки.

Одним из основных преимуществ шевингования является возмож­ность ограничиваться только нарезанием зубьев на зубофрезерных станках (с последующим шевингованием), не прибегая к чистовому нарезанию на зубодолбежных станках.

На рис. 22,в показана схема шевингования червячной шестер­ни специальным червяком-шевером.

Шевингование червячных колес производится двумя методами:

а) методом радиальной подачи - сближением шевера и коле­са до номинального межосевого расстояния,

б) методом тангенциальной подачи, когда подача шевера осуществляется вдоль оси шевера при установленном номинальном межосевом расстоянии.

Новый метод отделки зубьев цилиндрических зубчатых

колес

Одной из причин, препятствующих широкому внедрению процесса накатывания зубьев, является отсутствие надежного способа окон­чательной отделки зубьев, полученных путем накатывания.

Шевингование накатанных зубьев, более твердых и менее точ­ных, чем полученных фрезерованием, не удавалось осуществить из-за низкой стойкости и поломок зубьев шеверов.

Большие перспективы в отношении повышения точности зубчатых колес после накатывания имеет новый метод отделки зубьев при по­мощи двух однокромочных шеверов. Отделка зубьев данным методом в отличие от обычного шевингования производится на станках типа зубофрезерных с жесткой кинематической цепью.

Н овый процесс отделки зубьев производится двумя режущими инструментами I и 2, представляющими собой подобие косозубых дол-бяков (рис. 23), имеющих режущую часть с боковым задним углом 2°. Каждый инструмент предназначен для обработки только одной стороны зуба. Зубья каждого долбяка сошлифованы на круглошлифовальном станке по кривой 4 для образования последовательных то­чек контакта режущих кромок с зубьями обрабатываемого зубчатого колеса. Отделка зубьев происходит следующим образом. Зубчатое колесо 3 из исходного положения А быстро подводится в положение Б к режущему инструменту. Затем включается подача и зубчатое колесо перемещается в положение В. После реверсирования вращения инструмента и зубчатого колеса последнее из положения В быстро подводится к инструменту в положение Б, снова включает­ся подача и отделывается вторая сторона зубьев.

Точность по профилю, шагу и направлению зубьев соответствует точности, получаемой при обычном шевинговании.

Качество поверхности зубьев, как после обычного шевингования, а производительность этого метода выше.

Применяемый при этом методе режущий инструмент проще по конструкции и значительно дешевле обычных шеверов; заточка инстру­ментов выполняется на круглошлифовальном станке.