Способы шевингования и холодного калибрования зубьев цилиндрических колес средних модулей

Сущность процессов шевингования и холодного калибрования зубьев цилиндрических колес

В производстве цилиндрических зубчатых колес шевингование дисковым шевером является высокопроизводительным и экономичным методом обработки зубьев незакаленных колес после зубонарезания червячными фрезами или долбяками. Его применяют для повышения точности зубчатого колеса на одну-две степени (до 6-8 степени по ГОСТ 1643-81), уменьшения параметра шероховатости до Ra = 0,8...2,0 мкм, снижения уровня шума в зацеплении и пр. Точность зацепления после шевингования зависит от точности предварительного зубонарезания, степени перекрытия обрабатываемого колеса с шевером и других параметров. Оптимальные результаты при шевинговании достигаются в случае, если степень перекрытия колеса с шевером более 1,7; угол наклона линии зуба более 10 ; модуль зубчатого зацепления не менее 1,5 мм; число зубьев не менее 17; угол скрещивания осей более 8 .

Шевингование зубьев хорошо исправляет погрешности эволь- вентного профиля и направление линии зуба. Точность эвольвентного профиля зависит от конструкции шевера, профиль которого при необходимости модифицируют во время заточки. Направление линии зуба на 70% зависит от жесткостных характеристик шевинговального станка, качества его изготовления и квалификации наладчика. Точность зубчатого колеса по параметру колебания длины общей нормали при шевинговании практически не повышается. Это объясняется особенностями процесса резания. Шаг зубьев обрабатываемого колеса зависит только от точности шага шевера. Радиальное биение колеса частично зависит от жесткости и точности станка, зажимного приспособления и обрабатываемого колеса, а также биения шевера и колеса. Качество изготовления инструмента при шевинговании оказывает влияние на погрешности зубчатого зацепления всех видов.

Шевингование позволяет производить продольную и профильную модификации зуба колеса, благодаря чему повышается прочность зубчатой передачи, снижается уровень шума, компенсируются деформации при термической обработке. В практике изготовления среднемодульных зубчатых колес применяются четыре метода шевингования: параллельное, диагональное, тангенциальное и врезное. Эти методы различаются направлением движения подачи, конструкцией шевера и временем обработки.

Холодное калибрование зубьев - это процесс окончательной обработки холодным поверхностным пластическим деформированием зубчатых колес, предварительно обработанных фрезерованием, протягиванием или долблением, с помощью вращающихся накатников.

Цель обработки - значительное улучшение точности зубчатых колес, а также качества обработанной поверхности боковых сторон зубьев.

Калибрование выполняется на зубоприкатных станках при параллельных осях инструмента и заготовки. Инструмент (далее - накатник) - зубчатое колесо из инструментальной (быстрорежущей) стали.

Калибрование одним накатником осуществляется по двум схемам: с радиальным или тангенциальным движением подачи.

При калибровании с радиальным движением подачи (рис. 1.1, а) подвижная накатная бабка 7, перемещаясь, вводит вращающийся накатник 2 в зацепление с заготовкой 3, установленной на оправке неподвижной бабки изделия 4.

Схемы калибрование одним накатником

Рис. 1.1. Схемы калибрование одним накатником: а - с радиальным движением подачи; б - с тангенциальным движением подачи;

  • 1 - подвижная накатная бабка; 2,7 - накатник; 3,5- заготовка;
  • 4 -неподвижная бабка изделия; 6 - подвижная бабка изделия;

АИ - начальное межцентровое расстояние; А - заданное межцентровое

расстояние

При уменьшении расстояния между осями заготовки и накатника происходит пластическое деформирование рабочих поверхностей зуба заготовки. По достижении заданного размера (А) прекращается перемещение накатной бабки, и она возвращается в исходное положение.

При калибровании с тангенциальным движением подачи (рис. 1.1, б) заготовка 5 устанавливается на оправке подвижной бабки изделия б на расстоянии «Ан» от оси накатника 7. Вращательное главное движение придается накатнику 7.

Калибрование двумя накатниками осуществляется по оппозит- ной схеме (рис. 1.2). При радиальном перемещении подвижной накатной бабки 1 вращающийся накатник 2 входит в зацепление с вращающейся заготовкой 3, а затем вместе с ней продолжает перемещаться к синхронно вращающемуся накатнику 4, установленному на шпинделе неподвижной накатной бабки 5.

При достижении заданного межосевого расстояния (А) радиальное перемещение подвижной накатной бабки прекращается, и она возвращается в исходной положение.

Схема калибрования двумя накатниками

Рис. 1.2. Схема калибрования двумя накатниками: 1,5- подвижная и неподвижная накатные бабки; 2,4- накатник; 3 - заготовка;

А - заданное межцентровое расстояние

Калибрование тремя накатниками осуществляется по симметричной схеме (рис. 1.3).

Предварительно нарезанное зубчатое колесо устанавливается в станке в центрах или на оправке. Обработка ведется при взаимном вращении заготовки 4 и накатников 1. При радиальном перемещении шпинделей 3 накатной головки постепенно сокращается расстояние между шпинделями 2 и 3. При достижении заданного межосевого расстояния (А) радиальное перемещение подвижной шпинделе 3 прекращается.

Достоинством данной схемы является самоцентрирование заготовки и уменьшенный прогиб шпинделя заготовки при калибровании.

Опыт применения профильного калибрования при окончательной обработке зубьев шестерен на заводах Ford в США показал хорошие результаты в отношении качества поверхностного слоя зубьев обработанных шестерен.

При пластическом деформировании в процессе обработки наблюдается уплотнение поверхностного слоя (до 1 миллиметра) и повышение твердости поверхности на 5... 10 процентов по сравнению с твердостью исходного материала. Это ведет к увеличению износостойкости зубьев примерно на 25 %.

Схема калибрования тремя накатниками

Рис. 1.3. Схема калибрования тремя накатниками: 1 - накатник; 2 - шпиндель изделия; 3 - шпиндель накатника; 4 - заготовка; 5 - накатная головка; А - заданное межцентровое расстояние

Изменение структуры металла при холодном калибровании показано на рис. 1 .4.

Время обработки предварительно нарезанных зубьев колеса профильными накатниками составляет 2...3 секунды. Это значительно меньше машинного времени шевингования и, тем более, шлифования. Шероховатость боковых сторон зубьев по шкале Ra составляет от 0,5 до 1,0 микрометра.

Структура материала после холодного калибрования

Рис. 1.4. Структура материала после холодного калибрования: х 250

Точность обработки зубьев профильными накатниками несколько выше, чем при шевинговании. Сопоставление отдельных параметров точности обработки шевингованием и холодным калиброванием после фрезерования червячной фрезой представлено на рис. 1.5.

Сопоставление параметров точности при различных методах зубообработки

Рис. 1.5. Сопоставление параметров точности при различных методах зубообработки: а - направление зуба; 6 - отклонение профиля;

1 - после фрезерования червячной фрезой; 2 - после шевингования; 3 - после холодного калибрования

Холодное калибрование зубьев трансмиссионных колёс выполняют после зубофрезерования червячными фрезами, как с модифицированным профилем, так и без модификации.

Во время калибрования на зубьях обрабатываемого колеса и накатника происходит взаимное скольжение. Со стороны зуба колеса, которая соприкасается с ведущей стороной зуба накатника, металл перемещается от головки и от ножки в направлении делительной окружности. В связи с этим в зоне делительной окружности образуется выступ. На обратной стороне зуба колеса скольжение осуществляется от делительной окружности к головке и ножке зуба колеса, в результате чего около делительной окружности появляется впадина.

Перемещение металла к головке зуба ведёт к увеличению наружного диаметра заготовки, а когда металл перемещается к ножке зуба, во впадине образуется наплыв металла по всей длине зуба.

Учитывая вышеизложенное, следует заключить, что для производства точных зубчатых колёс трансмиссий автомобилей, их зубья необходимо модифицировать как по головке путём её фланкирования, так и по ножке, путём её подрезки. Это можно сделать только за счёт использования специальных червячных фрез, имеющих фланк в ножке зуба фрезы и «усик» (протуберанец) на головке зуба фрезы.

Фланк в ножке зуба фрезы нужен для срезания металла в виде фаски на головке зуба обрабатываемого колеса, а «усик» на головке зуба фрезы предназначен для подрезания ножки зуба колеса, необходимого для отслоения стружки в результате наплыва металла в направлении ножки зуба и свободного выхода головки накатника в зоне ножки во время калибрования.

Металл, выдавливаемый во впадину зуба, представляет собой отдельные прилипшие иглообразные стружки, удаляемые различными способами. В процессе холодного калибрования зубьев, не имеющих подрезания впадины, обычно часть материала в зоне ножки срезается самим накатником. При обработке точных зубчатых колёс наличие стружки во впадине зуба недопустимо из-за возможности поломки передачи. Поэтому подрезание ножки зуба обязательно. Толщина «усика» червячной фрезы при этом должна быть не менее 0,12 ... 0,15 мм. Для тяжело нагруженных передач, где лимитирующим фактором является прочность при изгибе, значительно увеличивать толщину «усика» не следует, так как это может вызвать снижение прочности зубчатого колеса.

Для повышения производительности операции зубофрезерования на автозаводах используют червячные фрезы с заборным конусом диаметром 90 мм вместо обычной цилиндрической червячной фрезы диаметром

110 мм. Это позволяет за счёт уменьшения величины врезания, перебега фрезы и увеличения частоты её вращения для сохранения той же скорости резания повысить производительность зуборезного станка на 35 %, улучшить качество обработки и увеличить срок службы фрезы [1].

Как показывает опыт автозаводов, червячные фрезы с заборным конусом целесообразно применять при фрезеровании трансмиссионных зубчатых колёс с углом наклона зубьев свыше 35. Особенностью таких червячных фрез является то, что в процессе резания у них наибольшая нагрузка падает на зубья заборного конуса. По сравнению с зубьями нормальной высоты цилиндрической фрезы зубья заборного конуса менее интенсивно подвергаются температурному износу, так как они ниже и с более широкой поверхностью при вершине.

С целью получения модифицированного зуба колеса после фрезерования червячными фрезами под холодное калибрование в ряде случаев могут быть использованы фрезы с так называемым ломаным профилем зуба и двойным углом профиля. В таком инструменте угол профиля на расстоянии 26 мм от головки увеличивается на 2°30', оставшийся участок рабочего профиля соответствует нормальному углу профиля 14°30'. Увеличенный угол профиля на головке зуба фрезы позволяет постепенно уменьшать припуск под холодное калибрование в направлении впадины зуба обрабатываемого колеса. Припуск на головке зуба колеса остаётся постоянным.

Оценивать процесс холодного калибрования лучше всего в сравнении с шевингованием, как наиболее близкого по области применения.

Можно выделить следующие преимущества холодного калибрования:

  • - процесс калибрования зубьев в 4 раза производительнее;
  • - скорость обработки калиброванием на 85% ниже;
  • - износостойкость прикатанных колес увеличивается на 25%;
  • - качество поверхности после калибрования лучше;
  • - стойкость накатников выше стойкости шевера почти в 10 раз;
  • - накатные станки легче автоматизировать и встраивать в автоматические линии;
  • - стабильность размеров обработанных шестерен на протяжении всего срока службы накатников.

Однако, процессу холодного калибрования присущи следующие недостатки:

  • - сильное влияние припуска под калибрование на выходную точность;
  • - трудоемкий процесс изготовления накатников;
  • - на точность обработки оказывают сильное влияние кинематические ошибки и неточности зацепления;
  • - невозможность дальнейшей термообработки, так как в поверхностном слое наличествуют сильные сжимающие напряжения.
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >