Содержание к диссертации
Введение
1. Технологические маршруты изготовления конических колес с прямыми зубьями 15
1.1. Сущность предлагаемого способа чистовой обработки зубьев прямозубых конических колес и обоснование целесобразности включения его в традиционные технологические маршруты 15
1.2. Рациональные технологические процессы получения заготовок конических прямозубых колес методом пластического деформирования 17
1.3. Обработка прямых зубьев конических колес лезвийными инструментами 34
1.3.1. Обработка резцовыми головками с нулевым углом профиля, оснащенными твердыми сплавами 35
1.3.2. Шевингование конических зубчатых колес 41
Выводы 53
2. Теоретические основы проектирования шеверов-прикатников 56
2.1. Анализ схем формообразования 56
2.2. Пространственный геометрический анализ сопряжения обрабатываемого и инструментального колес 69
2.2.1. Уравнения режущих кромок шевера-прикатника 73
2.2.2. Уравнения боковых поверхностей зубьев прямозубых конических колес, нарезанных шевером-прикатником 78
3. Расчет и проектирование шевера-прикатника 82
3.1. Служебное назначение элементов конструкции инструмента; описание принципов его работы 82
3.2. Геометрический расчет шевера-прикатника 93
3.2.1. Выбор исходных данных 93
3.2.2. Расчет параметров эквивалентных цилиндрических колес 95
3.2.3. Выбор положения полюса зацепления 96
3.2.4. Выбор числа зубьев шевера-прикатника 96
3.2.5. Расчет параметров шевера-прикатника 97
3.3. Автоматизированный расчет конических шеверов прикатников 100
Выводы 118
4. Модернизация технологии изготовления прямозубых конических колес на основе исследования нового процесса чистового формообразования зубьев 121
4.1. Новый технологический маршрут изготовления прямозубых конических колес 121
4.2. Оборудование для осуществления шевингования-прикатывания 126
4.2.1. Модернизация зубострогального станка 5236П 126
4.2.2. Описание работы специального станка для шевингования-прикатывания 136
4.3. Некоторые особенности технологии изготовления инструмента 137
4.3.1. Обработка боковых поверхностей зубьев 138
4.3.2. Изготовление винтовых стружечных канавок 138
4.3.3. Фрезерование винтовой канавки 146
5. Статистические исследования точности и выявление исправляющей способности шевингования-прикатывания 149
5.1. Исправляющая способность шевингования-прикатывания 149
5.2. Динамические исследования шевингования-прикатывания 150
5.3. Температура резания при шевинговании-прикатывании 169
6. Технико-экономические показатели шевингования-прикатывания 172
6.1. Внедрение результатов и перспективы расширения сферы внедрения 172
6.2. Перспективы расширения возможностей базовой схемы формообразования 173
6.3. Перспективы изготовления прямозубых конических колес с криволинейными образующими вершин и впадин зубьев 174
6.3.1. Использование шеверов-прикатников для чистовой обработки колес с криволинейными образующими вершин и впадин зубьев 181
6.4. Основные технико-экономические положения к выбору способа получения заготовок конических зубчатых колес 186
6.5. Технико-экономические показатели горячей штамповки конических колес с прямыми зубьями 191
6.6. Эффективность малоотходного технологического процесса изготовления конических колес с применением полугорячего комбинированного выдавливания и шевингования-прикатывания зубьев 195
Заключение 200
Библиографический список 207
- Рациональные технологические процессы получения заготовок конических прямозубых колес методом пластического деформирования
- Служебное назначение элементов конструкции инструмента; описание принципов его работы
- Изготовление винтовых стружечных канавок
- Перспективы изготовления прямозубых конических колес с криволинейными образующими вершин и впадин зубьев
Введение к работе
Актуальность работы. Можно считать, что к настоящему времени для подавляющего большинства процессов формообразования элементарных поверхностей де алей машин и их сочетаний разработано и осуществлено на практике множество приемов, соответственно оборудования и инструментов различной степени совершенства. И все же в общем комплексе процессов формообразования есть «белые пятна», т.е. процессы, не удовлетворяющие но качеству и производительности высокому уровню современного машиностроительного производства.
Весьма близкой иллюстрацией к сказанному является современное состояние технологии нарезания зубьев прямозубых конических колес, ЧЮ оказывает существенное влияние на весь технолої ический маршруї изготовления колеса.
Станки для нарезания конических колес с прямыми зубьями относятся к числу наиболее сложных как в кинематическом, так и в конструктивном отношении. Эти не совсем благоприятные качества усугубляются при перехоле к станкам для нарезания криволинейных зубьев. Однако целый ряд эксплуатационных и технологических преимуществ явились основной причиной перехода к изготовлению колес с криволинейной формой зубьев, в особенности для гяжелоиагруженимх и скоростных транспортных машин,. И это несмотря на то, что при нарезан"н криволинейных зубьев используется весьма сложный и дорогой ннсфумент - резцовые головки. А для нарезания прямых зубьев - предельно простои инструмент - строгальные резцы.
Именно это обстоятельство - простои инструмент - является причиной того, что колеса с прямыми зубьями и п настоящее- гфі-мя, и в обозримом будущем псе же будут использоваться в произвола нах с различной
степенью серийности. Но для массонмх производств производительность классического зубосірогаиня пасіилько німка, чго ато послужило поводом к со-икшню специальных высокопроизводительных процессов. Сейчас общепринятым в мировой практике является процесс кругового протягивания - Reavacicle. Он создан для обработки колес дифференциалов в массовых атпомобилыгых производствах. Это один из сложнейших по теоретическому обоснованию и инструментальному обеспечению процессов, известных в міірі>воіі практике. II все же достигнутая при использовании этого процесса производительность (» 4 сек/зуб), хотя и может считаться высокой( по сравнению с зубостроганием), все же недостаточна. Следует также учитывать большую трудоемкость вычислительных работ по созданию зацепления Reavacicle и то, что инструмент - уникальный по своим размерам и точности исполнения - является специальным для каждой пары колес и каждого колеса.
Отделка прямозубых конических колес после термообработки практически ие производится. Следовательно, для повышения точности тотовых колес нужно идти по тому направлению, которое является традиционным , при изготовлении цилиндрических зубчатых колес, а именно, повышению точности колес до термообработки. Но если это направление хорошо- отработано для цилиндрических колес, то для конических колес практически ничего ие создано, а то, что создало, замкнулось в региональных рамках (Киевский мотозавод, Владимирский тракторный завод).
В последнее время усилия технологов были направлены на создание процессов получения точных заготовок конических колес с одновременным формообразованием зубьев. Однако успех внедрения точных заготовок не снимает проблемы чистовой доработки, которая осуществляется либо зубостротнисм. либо фрезерованием двумя спаренными головками, либо
фрезопротягиванием. Ни однії т этих способов не а состоянии
удовлетворить требованиям современною машиностроения. Нужен процесс,
который бы «замыкал» технологическую схему изготовления конических
колес с прямыми зубьями. , .
Мы беремся утверждать, что нами разработан именно такой «недостающий» процесс. Он основан на использовании специальных, но относительно малогабаритных и . дешевых инструментов - шеверов-' прикатннков.
Можно считать, что предлагаемый процесс финишной обработки зубьев колес в сочетании с новой технологической схемой изготовления колес при его использовании является Knaw-haw отечественной технологии изготовления конических колес с прямыми зубьями.
Целью настоящего исследования является:
-
Разработка принципиально новой прогрессивной технологаческой схемы изготовления конических колес о прямыми зубьями, основанной на использовании передового опыта штамповочного производства для изготовления точных загоювок с оформленными зубьями и чистового процесса формообразования зубьев с высокими исправляющими способностями - шевингования-прикатывання.
-
Создание теоретических основ и методики проектирования новых зуборезных инструментов для конических колес - шеверов-
іірикашиков.
Общая, методика исслелоизиия. Аналитические исследования
проводились с использованием основных положений теории
пространственных зубчатых зацеплений. Теоретические положения
базируются на научных основах технологии машнносгр чшия, теории
і]н>рмообразова)іия поверхности, теории вероятности, математіїческой сіагастики, аналитической геометрии.
Исследования составляющих сил процесса обработки и температуры ни контактных поверхностях . инструмента производились экспериментально.
Точностные характеристики шевингоаания-прикатывания и его нспранляющие способности установлены путем обработки результатов измерения методами математической статистики.
Лптор зіііцніЦіієг '
-
Основные принципы построения и осущестилепня НОВОЙ технологической схемы изготовления прямозубых конических колес при использовании в качестве завершающего этапа - чистовой обработки зубьев - шевингования-ирикатыпания.
-
Теоретическое обоснование процесса щевингораиня-прикатывання как процесса, и котором по формо и по существу имитируется зацепление обрабатываемого колеси со вторым инструментальным коническим колесом. Зубья этого колеса в свою очередь являются сопряженными с профилями зубьев плоского производящего колеса,
-
Методику геометрического расчета щевера-прякатпика, на основе которой созданы алгоритмы автоматизированного расчета.
-
Результаты расчета но разработанным алгоритмам инструментов для основного массива используемых в производстве некорршнрованиих колес -- в общей сложности 1800 нар колес в диапазоне от Z,/Z2 = 12/12 до Z,/Zj = 56/71. Графическая интерпретация расчета представлена в виде точечных диаграмм, показывающих изменение основных параметров шереров-прикаї пиков в зависимое і и о і числа зубьев обрабатываемых колес.
-
Модернизацию зубосгрогалыюго станка 5236П для осуществления в полуавтоматическом режиме операции шевингования-прикапывания. Проект специального станка для этой операции.
-
Технологию изготовления инструмента и комплекса технологической оснастки для специальных операций : нарезания, шлифования и затачивания винтовой канавки.
-
Результаты статистического исследования точности формообразования зубьев колеса после штамповки и после шевингования-прикатывания.Объективно доказана высокая точность изготовления зубьев колес по основным нормируемым параметрам при Использовании в качестве заключительной чистовой операции шевингования-прикатывашы и ' высокая исправляющая способность этого процесса.
-
Результаты внедрения всего комплекса выполненных pawn «а. двух предприятиях : Тульском машншхлроиіедьтім и Ковровском механическом заводах.
Научная новизна.
1. На базе общей тек^рин зубчатых зацеплений обоснован новый способ форш»»(>ра$лванто» зубьев ючпгческнч колес, в котором по форм* » ш существу имигируется зацепление обрабатываемого колеса со вторым инструментальным колесом, получившим назнаній» : «нісвер-прикаїїшк» ; профили ею чубі.ев ячяяьж* сопряжстп'ымн с профилями зубьев плоского производящею. На основе нового способа формообразования зубьев колеса, имеющего высокую исправляющую, способность, обоснована, ешдан'л и осуществлена новая прогрессивная іехнолоіия изготовления конических колес с прямыми зубьями.
-
Теоретически обоснована конструкция и методология расчета новых зуборезных инструментов : шеверов-прикатников.
-
Сформулированы требования, которым должна удовлетворять станочная система для осуществления процесса шевингования-прикатывания. Это послужило основой для 'разработки модернизации зубоеттюгалыюго станка и технического проекта специального станка.
-
Теоретически обоснована и практически осуществлена новая конструкция усиленных зубьев конических прямозубых колес с закрытой по торцам впадиной.. Эта конструкция (в огличие от патента США №. 3,820 414 Patented Juni'28, 1974 f 126 ]) позволяет производить чистовую обработку боковых профилей зубьев шевингованнем-прикатыванцем.
Практическая ценность н внедрение результатов.
Практическая ценность выполненной диссертации заключается :
а. В создании общих принципов построения прогрессивной технологической схемы изготовления конических колес, отвечающих іребованиям современного машиностроительного производства.
0. В разработке и отладке конструкций штомповой оснастки, обеспечивающей изготовление точных заготовок колес с оформленными зубьями.
в. В создании методики расчета специальных зуборезных
инструментов - шев' ров-прнкатников, на основании которой в
автоматическом режиме рассчитаны инструменты для 1800 пар наиболее
часто встречающихся в машиностроении колес.
г. В проектировании и осуществлении комплекса инженерных
разработок, включающих модернизацию оборудования и технологию
изготовления инструмента, обеспечивающих необходимую базу для внедрения шевингования-прикатывания в производство.
Внедрение результатов работы осуществлялось на Тульском машиностроительном И Ковровском механическом заводах.
Результаты внедрения на этих предприятиях составляют :
по трудоёмкости -13562 и/час;
по металлоемкости - 66250 кг,
по зарплате - 90090 руб.
В целом экономический эффект от внедрения на условную программу выпуска 100 000 шт. Грузовых мотороллеров «Муравей» составит 071 т. руб.
Апробация. Основные результаты работы докладывшшсь на Всероссийской выставке «Вузы РСФСР - машиностроению)». (Тольятти, 1983 г.), Всесоюзных научно-технических конференциях : «Совершенствование конструкции и технологии зубообработки передач зацеплением» (Ижевск, 1984 г.),. «Надежность и долговечность зубчатых передач» (Курган, 1986 г.)., «Пути интенсификации производства в Приборостроении' на базе ресурсо- и энергосберегающих технологий» (Нальчик, 1986 г.), «Технология и оборудование современного машиностроения» (Уфа, 1986 г.), «Прогрессивные технологии и конструкции, механизация и автоматизация производственных процессов в машиностроении и приборостроении» (Калуга, 1987 г.), «Конструктивно-технологические методы повышения надежности и их стаггдаргизация» (Тула, 1988 г.), «Автоматизация проектирования средсів технологического оснащения в машиностроении и приборостроении» (Рига, 1988 г.), «Совершенствование методов расчета, конструирования и зубообработки цилиндрических н конических зубчатых, снироидных, гипоидных и Червячных передач» (Ижевск, 1989 г.), «Инструментальное обеспечение
автоматизированных сисіем механообработки» (Иркутск, 1990 г.), «Проблемы теории проектирования и производства инструмента» (Тула, 1995 г.), «Современные технологии изготовления и сборки изделий» (Санкт-Петербург, 1995 г.), пятый межгосударственный симпозиум «Теория реальных передач зацеплением» (Курган, 1993 г.), Сессия Академии инженерных наук Российской Федерации (Тула, 1997 г.), на конференциях профессорско-преподавательского состава ТулГУ (1980-1997 гг.).
Разработки «Полугорячее выдавливание прямозубых конических 'Колес» и «Повышение качества прямозубых конических колес за счет шевишовашш-прикатыаания» удостоены дипломов первой степени ВДНХ СССР «Машиностроительная технолопш-87», «Сшпок для шевингования-прнкатывания прямозубых конических колес» - поощрительной премии Демидовский Ірані но номинации «Техника и технические науки» в 1997 г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 56 работ, получено 5 авторских свидетельств.
Структура и объем диссертации. Рабоїа состоит из введения,
Рациональные технологические процессы получения заготовок конических прямозубых колес методом пластического деформирования
Приведенная диаграмма аналогична той, которую автор разработал применительно к цилиндрическим зубчатым колесам [14].
До настоящего времени на большинстве предприятий страны (в том числе и в ряде зарубежных стран, не считая СНГ) конические колеса изготавливаются из проката, в лучшем случае из поковки, но без оформления зубьев в процессе получения заготовок.
В то же время всем известно, что расход материала, инструмента и трудоемкость изготовления конических колес с использованием процессов резания весьма велики и вполне естественным является стремление к изысканию более экономичных и технически совершенных способов их изготовления и, в первую очередь, в части формирования зубьев - замена обработки резанием процессами пластического деформирования.
В настоящее время известно значительное количество методов получения заготовок конических колес пластическим деформированием: горячая, полугорячая, холодная штамповка, прессование из порошка с последующей горячей штамповкой, горячее, полугорячее, холодное накатывание и др., но пока наиболее надежным как в эксплуатационном, так и в технологическом отношениях является штамповка, а из ее разновидностей - полугорячая штамповка в закрытых штампах с разъемными матрицами.
Преимуществами этого вида штамповки согласно [69, 70, 72,. 76,. 84, 95,96,97, 111, Появляются:
1. Получение относительно точных размеров и формы заготовок с максимальным приближением их к готовой детали с одновременным оформлением зубьев.
2. Возможность использования универсальных горячештамповочных прессов.
В настоящем изложении следует отметить то обстоятельство, что на Тульском машиностроительном заводе процесс полугорячей штамповки в разъемных матрицах впервые начал применяться для получения заготовок цилиндрических зубчатых колес мотороллера (т=2,5 мм).
Эта работа выполнялась при непосредственном участии автора.
В ней также принимали участие сотрудники физико-технического института Белоруссии, предложившие конструкцию штампа, а также сотрудники кафедры технологии машиностроения Тулгосуниверситета.
Описание конструкций штампов и анализ полученных результатов приведены в многочисленной литературе, выпущенной также при непосредственном участии автора [14,. 75, 76, 82]. Здесь же следует сказать, что несмотря на отмеченные выше преимущества, получение заготовок цилиндрических зубчатых колес в разъемных матрицах процесс (несмотря на максимум приложенных стараний !) не удалось внедрить главным образом вследствие недостатков чисто эксплуатационного характера.
И все же, учитывая отмеченные выше преимущества процесса, нами был проведен (в рамках опытного производства) комплекс работ по штамповке в штампах с разъемными матрицами конических колес с прямыми зубьями.
Для этого был изготовлен штамп, конструкция которого приведена на рис. 1.2 (принципиально он не отличается от конструкции, используемой при штамповке цилиндрических колес).
Штамп состоит из верхней 1 и нижней 2 плит. В верхней плите размещаются ролики 3 с секторными вырезами, боковые грани которых скошены от периферии к центру ролика. Сегментные вставки 4 размещены в профильных пазах роликов 3 с возможностью свободного поворота вокруг своих осей. Держатели 5 и 6 с закрепленными в них полуматрицами 8 и 9 имеют возможность свободно перемещаться относительно верхней 1 и нижней 2 плит.
В сомкнутом положении штампа (рис. 1.2) выталкиватель 11 с уплотняющей проточкой 12 находится вверху.
Для подачи смазки в полость между выталкивателем 11, держателем 5 и полуматрицей 7 в держателе предусмотрен канал 13. Канал 14 в полуматрице 7 также служит для подачи смазки в накопитель и рабочую полость матрицы. Для смазки верхней полуматрицы 7 в выталкивателе предусмотрена винтовая проточка.
В нижней плите 2 установлен пуансон 15.
В штампе было изготовлено шесть партий колес общей численностью 3000 штук. На рис. 1.3 ... 1.6 приведены кривые распределения параметров точности конических колес после предварительного зубострогания и последующего шевингования-прикатывания. В полном объеме материалы статистического исследования точности штамповок и обработанных колес приведены в пятом разделе.
В итоге анализ полученных результатов дал возможность сделать вывод, что исключить из технологического маршрута изготовления конического колеса механическую обработку практически невозможно, за исключением тех объектов, где точность зацепления не имеет существенного значения.
На основании относительно большого практического опыта штамповки прямозубых конических колес в штампах с разъемными матрицами мы все же пришли к выводу о нецелесообразности продолжения работы в этом направлении. Помимо чисто экономических недостатков, которые имели место при отладке штамповки цилиндрических колес, мы убедились в том, что в штампах с разъемными матрицами значительные затруднения вызывает изготовление колес с хвостовиками. Кроме того, большое количество деталей, из которых состоит штамп, снижает его жесткость, а следовательно и точность штамповок.
В результате был сделан вывод, что тщательное изготовление полостей штампов при использовании традиционных конструкций штамповой оснастки может резко упростить штамповую оснастку и одновременно с этим решить очень важный для последующего технологического процесса изготовления колес вопрос, а именно - создание надежной базы для последующих установок при механической обработке. Достигается это за счет того, что одновременно с выдавливанием зубьев на дополнительном конусе выштамповывается небольшой цилиндрический участок (рис. 1.7 и рис. 1.8). Он служит базой для центрирования заготовки, а поскольку его поверхность образуется заодно с зубьями, то автоматически достигается точность центрирования относительно зубчатого венца.
Значение этого, казалось бы небольшого усовершенствования, трудно переоценить, ибо при этом нет необходимости создавать сложнейшие приспособления для центрирования и закрепления заготовок колес, принимая за базу выдавленные зубья.
Конструкции штампов и эскизы заготовок по переходам приведены нарис. 1.7 и 1.8.
Заключая обзор и краткий анализ выполненного нами весьма большого объема работ по получению точных заготовок прямозубых конических колес с оформленными зубьями, мы считаем своим долгом ознакомить оппонентов настоящей работы с теми Возможностями, которые достигнуты при накатывании зубчатых профилей (процесс накатывания, как правило, не может быть совмещен с процессом получения основной массы заготовки) конических колес.
В настоящем изложении мы считаем целесообразным, учитывая опыт промышленных предприятий и перспективы дальнейшего развития, дать описание двух процессов.
Служебное назначение элементов конструкции инструмента; описание принципов его работы
Типовая конструкция шевера-прикатника показана на рис. 3.1, а на фотографии рис. 3.2 - общий вид нескольких инструментов, изготовленных нами. На этой же фотографии представлена заготовка-полуфабрикат инструмента, на которой не прорезана винтовая стружечная канавка. Фотография дает наглядное представление о том, что основой инструмента является коническое прямозубое колесо. И если бы на нем не была прорезана винтовая канавка, образующая режущие кромки на боковых поверхностях зубьев, то такой инструмент (с гладкими зубьями) выполнял бы только функции прикатника.
Теоретические основы процесса, изложенные во втором разделе настоящей диссертации, явились базой для разработки конструкции инструмента, который в соответствии с его назначением должен и деформировать металл (то есть осуществлять прикатывание), и удалять его за счет срезания тонких стружек (то есть осуществлять процесс шевингования).
Для выполнения обеих функций необходимо обеспечить высокую твердость боковых поверхностей зубьев, точно изготовленный сопряженный профиль, а для осуществления процесса резания (шевингования) - наличие на боковых сторонах зубьев режущих кромок, которые должны срезать тонкие стружки.
Нами для изготовления шевера-прикатника использовалась быстрорежущая сталь марки Р6М5; твердость после термообработки HRc = 61 ...63.
Профиль зубьев инструмента рассчитывается в соответствии с методикой, изложенной в настоящем разделе. Технология изготовления приведена в разделе 4./Как указывалось выше, для осуществления срезания тонких стружек, то есть шевингования, инструмент необходимо снабдить режущими кромками и обеспечить контакт и перемещение этих кромок по боковой поверхности зубьев колеса, не нарушая при этом условий формообразования. Для этого на рабочей поверхности инструмента прорезана винтовая канавка, имеющая трапециедальный профиль. В местах пересечения канавки с эвольвентными зубьями образуются наклонные режущие кромки, которые и должны осуществлять процесс резания. Это достигается за счет непрерывного вращения инструмента и заготовки, находящихся в плотном зацеплении, причем необходимо обеспечить перемещение каждой точки контакта лезвия инструмента с боковой поверхностью зуба заготовки в поперечном и продольном направлениях.
Для обеспечения перемещений в поперечном направлении следует отойти от номинального сопряжения зубьев инструмента и обрабатываемого колеса - всегда в полном зацеплении, где скорость перемещения кромок в поперечном направлении вообще отсутствует. Во избежание этого приходится переходить к так называемому внеполюсному зацеплению. Для конических колес внеполюсное зацепление достигается изменением угла конуса 5 (рис. 3.3), то есть увеличение его до 8W. При этом увеличивается угол конуса катания и уменьшается площадка на головке зуба инструмента. Соответствующие расчетные зависимости и методика приближения к оптимальной величине угла конуса катания приведены ниже.
Наклонное расположение кромок при прорезании зубьев инструмента трапециедальной канавкой при плотном зацеплении инструмента с заготовкой оставляет на боковых поверхностях зуба последний наклонный же (смещающийся в продольном направлении) след.
За счет одновременного перемещения каждого участка (в пределе -точки) режущей кромки в продольном и поперечном направлениях и осуществляется процесс срезания тонких стружек, то есть шевингование.
Расположение кромок по винтовой линии позволяет за каждый оборот шевера образовать на боковой поверхности зуба заготовки колеса несколько следов. Последовательность образования сетки следов схематично показана на рис. 3.4 для случая обработки заготовки, имеющей 12 зубьев, инструментом, имеющим 26 зубьев. Большое количество экспериментов и обработка партии колес в производственных условиях дали возможность убедиться в том, что функции шевингования, то есть срезания тонких стружек, осуществляется весьма успешно. Об этом свидетельствует и фотография, приведенная на рис. 3.5.
Очередность контакта зубьев инструмента с впадинами колеса удобно проследить с помощью иллюстративной таблицы рис. 3.6, составленной для случаев обработки заготовки Ъ-i = 12 инструментами, имеющими 25, 26 и 27 зубьев.
Нами, в соответствии с расчетом, приведенным ниже, принят шевер-прикатник, имеющий 26 зубьев. Однако, как будет показано , это далеко не лучший результат. В соответствии с таблицей после шести оборотов заготовки контакты повторяются. Поэтому уже после шести оборотов следует реверсировать вращение. Обращает на себя внимание и тот факт, что четные зубья не участвуют в формообразовании первой впадины заготовки.
Эта избирательность контакта объясняется кратностью числа зубьев заготовки и инструмента (наименьшее общее кратное - число 2). Такую же, но более "удручающую" картину можно наблюдать при использовании инструмента, имеющего 27 зубьев (наименьшее общее кратное - число 3). необходимость реверсирования возникает уже после четырех оборотов заготовки. И только при обработке инструментом, имеющим 25 зубьев (12 и 25 некратны) необходимость реверсирования возникает после 12 оборотов заготовки, причем каждая впадина заготовки вступает в контакт со всеми 25 зубьями шевера.
Таким образом, анализ таблицы "лишний" раз убеждает, что числа зубьев инструмента и заготовки должны быть некратными, то есть нужно принять число зубьев инструмента равным 25.
Плотность сетки также зависит от количества контактов. Сетка при обработке инструментом, имеющим 25 зубьев, будет более плотной, но реверсирование вращения должно осуществляться с меньшей частотой, что отнюдь не является недостатком. Наоборот, уменьшение числа циклов реверсирования улучшает условия работы привода.
После каждого цикла реверсирования заготовка смещается в осевом направлении на небольшую величину (0,02 ... 0,04 мм).
Не следует при этом забывать, что следы от режущих кромок шевера-прикатника на боковых поверхностях зубьев заготовки (сетка), сминается боковыми поверхностями зубьев инструментов. В конечном итоге обработанная поверхность получает высокую чистоту и точность при одновременном уплотнении поверхностных слоев.
Рассматриваемый вопрос имеет непосредственную связь со скоростью резания и общим циклом обработки. Согласно приведенной выше таблице, после 4, 6 или 12 оборотов вращение заготовки реверсируется.
Изготовление винтовых стружечных канавок
Для шевера-прикатника нарезание стружечных винтовых канавок действительно является специфической операцией, для осуществления которой пришлось проектировать специальные наладки вплоть до модернизации универсальных станков.
Нарезание винтовых канавок на конической поверхности возможно и без изготовления специальной оснастки на станках с ЧПУ последнего поколения. Поскольку при выполнении основного ("металлического") этапа работы, связанного с внедрением, мы не имели возможности использовать эти станки (по вполне объективным причинам - вследствие их отсутствия на тех предприятиях, которые были заинтересованы в выполнении нашей работы) нами разработан проект модернизации универсального токарно-винторезного станка, которая заключается в следующем:4 поперечный суппорт станка связывается жесткой кинематической связью с коробками скоростей и подач станка через ходовой вал 10, шестерню 8, колесо 5 и муфту обгона 3 (рис. 4.10). Муфту обгона жестко фиксируют на промежуточном валу 2 с помощью штифта 4. После такой модернизации, при использовании сменной гитары и механизма увеличения шага резьб, появляется возможность нарезать резьбы на конусе с постоянным шагом до 14 мм. Прямой и обратный ход включается посредством рукоятки 12.
С верхних салазок поперечного суппорта снимается резцедержатель, а вместо него закрепляются болтами 15 нижние салазки 2 поперечного суппорта с токарного станка мод. 1Е61М. На верхних салазках дополнительного суппорта установлен специальный резцедержатель 4 и закреплен болтами 14. Резец крепится болтами 16. Верхние салазки поперечного суппорта станка мод. 163 приводятся в движение через кулачковую муфту, которая зацепляется с конической шестерней 12. Движение через шлицевый валик 24, две пары конических зубчатых колес и три пары цилиндрических зубчатых колес поступает на винт 8 и гайку на поперечный суппорт.
На рис. 4.11 показано нарезание стружечной канавки на модернизированном станке мод. 163.
Нарезание стружечной канавки можно осуществлять как перед нарезанием зубов так и после. Материалом шевера-прикатника являются быстрорежущие стали, поэтому при нарезании в сплошном металле возможно пакетирование стружки, которое приводит к поломке резца. При нарезании после зубострогания происходит автоматическое деление стружки на элементы. На окончательных проходах необходимы минимальные подачи резца на врезание и применение смазочно-охлаждающих жидкостей с целью получения качественной поверхности под операцию шлифования передней поверхности инструмента.
Перспективы изготовления прямозубых конических колес с криволинейными образующими вершин и впадин зубьев
Эта часть работы выполнена на базе комплекса проведенных исследований, что позволило объективно оценить патент США 3.820.1 выданный 28 июня 1974 года и выявить целесообразность использования идей, заложенных в этом патенте в отечественной промышленности.
Основное содержание патента иллюстрируется схемой, приведенной на рис. 6.1. Каждая пара находящихся в зацеплении колес имеет зубья, вершины которых очерчены дугой окружности, и соответственно по дуге, но с несколько измененным (увеличенным), радиусом очерчены впадины. Такие зубья (их впадины) "закрыты" по торцам и это способствует значительному их упрочнению - сопротивлению изгибу.
Высота зубьев "укладывается" в высоту номинального профиля, который на схеме показан штрих-пунктиром.
Сопряжение профилей в различных по длине зуба сечениях схематично показано на рис. 6.2.
В технологическом отношении предложенная форма зубьев имеет серьезные преимущества по сравнению с традиционной формой зубьев, которые заключаются в существенном улучшении условий штамповки или прессования из порошка. Здесь обеспечивается более четкое и надежное заполнение рабочих полостей матрицы. Поэтому при надлежащей точности изготовления последней можно рассчитывать на получение колес без последующей операции по формообразованию зубьев для сравнительно неответственных (по точности) передач.
Справедливости ради следует отметить, что при отладке процесса штамповки колес с традиционной формой зубьев мы получали положительные (по заполнению формы) результаты лишь после длительного и кропотливого изучения и отладки процесса. Причем каждый размер (и модуль) требовали своего индивидуального подхода.
Изготовленный нами по американскому патенту штамп испытывался как непосредственно для штамповки, так и для прессования из порошка. Полученные результаты позволили убедиться в преимуществах, заложенных в американском патенте. Это послужило поводом для развития работ в этом направлении, но без слепого подражания. Дело в том, что при оформлении зубьев по американскому патенту активная высота контактирующих профилей прогрессивно уменьщается от середины к торцам зубьев, что наглядно видно из приведенного ранее рисунка 6.2. Этот недостаток исключается при переходе к форме зубьев, предложенной нами (рис. 6.3).
Номинальный (полный) контакт зубьев обеспечиапется в этом случае на длине, соответствующей «1/3 номинальной длины зуба и лищь на участках близких к торцам активная высота зубьев прогрессивно уменьщается вплоть до полного закрытия впадин. Таким образом эффект усиления зубьев здесь сохраняется но открывается возможность чистовой обработки зубьев щевером-прикатником по разработанной нами схеме.
Особого рассмотрения заслуживает вопрос об изготовлении зубчатых матриц.
Во втором разделе диссертации было показано, что правильное сопряжение профилей колес, если их очертания неодинаковы5, возможно лишь при условии, что оба сопрягаемых профиля получены от формообразующих поверхностей "влипающих" без зазора друг в друга (см. рис. 2. в разделе 2). Такие поверхности могут быть получены (раздельно) лишь при вырезании инструментом, имеющим нулевую толщину. Отсюда следует, что матрицы должны быть разными для каждого из сопрягаемых колес. Это вносит дополнительные трудности в изготовление штамповой оснастки - вопрос который и сам по себе является достаточно сложным.
Нет необходимости говорить о том, что качество отштампованных зубьев, их форма и точность зависят от точности гравюры зубчатой матрицы. От ее прочности и износостойкости зависит стабильность и при сопряжении пары конических колес с разными типами зубьев очертания профилей неодинаковые. производительность процесса изготовления зубчатых колес методом пластического деформирования.
Для изготовления в матрице зубчатого венца могут быть использованы различные методы и приемы. Применение традиционных процессов механической обработки хотя и возможно (в принципе), но, как правило, должно осуществляться слесарями-инструментальщиками весьма высокой квалификации с использованием комплекта шаблонов и выработок.
Весьма перспективным и "удобным" методом является электроискровая обработка (вначале грубая, а затем на доводочном режиме). Но и здесь возникает проблема точного изготовления мастер-электрода, которая, впрочем, несколько упрощается, по сравнению с изготовлением матрицы, поскольку зубья располагаются не на внутреннем, а на наружном конусе.
С учетом изложенного нами разработан "Способ изготовления формовочного инструмента" (A.c. № 1202677), осуществляемый внедоєнием мастер-пуансона в напэетую заготовку матрицы Согласно изобретению мастер-пуансон из инструментальной стали а заготовка - ртзготавлитчяел/тяя матриття - в гнездо нижней половины штампа. Нанесением одного или нескольких ударов мастер-пуансон вдавливается в нагретую заготовку После формообразования матрица с выдавленными зубьями постепенно охлаждается после чего производится доводка ее зубьев и механическая обработка поверхностей, являющихся базами при установке матрицы в рабочем штампе. Мастер-пуансон изготавливается как обычное колесо (рис. 6.4), а затем, если он используется для получения колес с криволинейной образующей вершин зубьев, профилируется по соответствующей кривой (рис,6.5). Получаемая при использовании такого пуансона полуматрица имеет следующий вид (рис. 6.6).
Механическая обработка полуматрицы после выдавливания заключается в обработке наружного диаметра, торцов и отверстия, а также криволинейных наружных поверхностей, которые формируют впадины выдавливаемого колеса (рис. 6.7, 6.8).
Получение точных заготовок возможно в штампах для полугорячего выдавливания, а также, как указывалось в первом разделе настоящей работы, при использовании прессового оборудования, развивающего усилие 400 1.е. и выше, имеющего верхний выталкиватель и штамповое пространство соответствующих габаритов. Схемы штамповки колес с криволинейной образующей на таком прессовом оборудовании показаны на рис. 6.9 и 6.10.
