СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПРЯМОЗУБОГО ЦИЛИНДРИЧЕСКОГО ЗУБЧАТОГО КОЛЕСА
PRODUCTION OF SPUR GEARS

Изобретение может быть использовано при изготовлении цилиндрических эвольвентных зубчатых колес с наружными и внутренними зубчатыми венцами. Для формообразования боковых поверхностей зубьев от управляющей программы в устройстве ЧПУ лазерного станка задают траекторию координатных перемещений луча. Для повышения нагрузочной способности зубчатого колеса заготовка перед нарезанием зубчатого венца может быть термически упрочнена и охлаждена непосредственным перед нарезанием.
Изобретение относится к области машино- и приборостроения, в частности к лазерному раскрою материалов, и может быть использовано при изготовлении цилиндрических эвольвентных зубчатых колес с наружными и внутренними зубчатыми венцами.
Наиболее близким способом того же назначения к заявляемому изобретению, по совокупности признаков известных из уровня техники, является способ изготовления зубчатых колес лучевым инструментом, в котором зубчатый венец цилиндрического эвольвентного зубчатого колеса формируется лазерным лучом, за счет его возвратно-поступательного движения по прямой, касательной к основной окружности нарезаемого колеса, заготовка - вращательное движение в направлении движения луча (SU 1764873A1, B23F 17/00, 30.09.1992), принятый за прототип.
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, принятого за прототип, относится то, что в известном способе при обработке эвольвентного профиля не производится поверхностная закалка.
Сущность изобретения заключается в решении задачи по разработке такого способа обработки зубчатых колес, при котором происходит поверхностная закалка рабочей поверхности зуба.
Технический результат - повышение производительности, уменьшение себестоимости изготовления и увеличение нагрузочной способности зубчатых колес.
Указанный технический результат достигается тем, что при нарезании зубчатого венца на станке для лазерной резки металлов за счет сфокусированного лазерного луча, обеспечивающего высокую концентрацию энергии и позволяющего разрезать практически любые материалы независимо от их теплофизических свойств. В процессе резки, под воздействием лазерного луча материал разрезаемого участка плавится и выдувается струей газа. Лазерная резка отличается отсутствием механического воздействия на обрабатываемый материал, возникают минимальные деформации, как временные в процессе резки, так и остаточные после полного остывания. Вследствие этого лазерную резку можно осуществлять с высокой степенью точности и применять для обработки венцов зубчатых колес. Нарезание зубьев зубчатого колеса (фиг.1) производится координатным перемещением лазерного луча (1) в осях Х и Y по траектории (2), задаваемой от управляющей программы, при этом происходит поверхностная закалка (термическое упрочнение лазерным лучом), основанная на локальном нагреве участка поверхности под действием излучения и последующем охлаждении этого поверхностного участка со сверхкритической скоростью в результате теплоотвода теплоты во внутренние слои металлов.
Пример 1.
Экспериментальные исследования проводились на стальной заготовке (сталь 40Х ГОСТ 4543-71) толщиной 5 мм, предварительно закаленной до 40 HRC. После нарезания зубчатого винца на станке для лазерной резки металла рабочая поверхность закалилась до 60 HRC, при этом толщина слоя поверхностной закалки составляла 0,25 мм. Следовательно, изготовление зубчатых венцов на станке для лазерной резки металла позволяет повысить нагрузочную способность зубчатой передачи, не применяя традиционную поверхностную закалку.
Пример 2.
Экспериментальные исследования проводились на той же заготовке, что и в примере 1, но при этом перед нарезанием зубчатого колеса заготовка была охлаждена в термокамере при температуре минус 60°С с образованием ледяной глазури на поверхности заготовки. После нарезания зубчатого венца на станке для лазерной резки металла рабочая поверхность закалилась до 62 HRC, при этом толщина слоя поверхностной закалки составляла 0,3 мм. Следовательно, охлаждение заготовки перед нарезанием зубчатого венца позволяет увеличить толщину слоя поверхностной закалки, тем самым повысить нагрузочную способность по сравнению с лазерной резкой без предварительного охлаждения.