Некоторые проблемы производства заготовок цилиндрических колес с круговыми зубьями

осуществить моделирование процесса зубонарезания цилиндрических колес резцовыми головками большого диаметра и управление процессом зубонарезания за счет реализации рациональной схемы формирования впадины путем выравнивания площадей срезаемых слоев.

Библиографический список

1. Артамонов В.Д. Основные направления совершенствования процессов зубонарезания цилиндрических колес / В.Д. Артамонов // Изв. ТулГУ. Сер. Машиностроение. - 2000. - Вып. 5. - С. 7 - 15.

2. Коганов И.А. Прогрессивные методы изготовления цилиндрических зубчатых колес / И.А. Коганов, Е.Н. Валиков, Ю.Н. Федоров. - М.: Машиностроение, 1981. -136 с.

Получено 23.04.08

УДК 621.75

A.A. Маликов, A.B. Сидоркин

НЕКОТОРЫЕ ПРОБЛЕМЫ ПРОИЗВОДСТВА ЗАГОТОВОК ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ КОЛЕС С КРУГОВЫМИ ЗУБЬЯМИ

Рассмотрены основные аспекты производства заготовок зубчатых колес методом накатывания, предложены варианты использования данного метода в серийном и массовом производстве цилиндрических колес с круговыми зубьями.

Статья написана в результате исследования, проведенного при финансовой поддержке гранта РФФИ № 08-08-99006 «Современная концепция создания технологических основ эффективного зубонарезания цилиндрических зубчатых колес».

Одним из перспективных направлений развития технологии машиностроения является использование заготовок, максимально приближенных по форме и размерам к готовой детали. Для заготовок зубчатых колес обычно используют заготовки номинально цилиндрической формы с необходимыми штамповочными или литейными уклонами. Попытки применения заготовок с предварительно оформленными зубьями широкого распространения не получили в основном из-за проблем, возникающих с чистовой зубообработкой. Высокопроизводительные процессы отделочной обработки зубьев обычно улучшают точность зубчатого венца на 1 - 2 степени, причем это относится к интервалу 10-8 степеней. Формообразование венцов в горячем состоянии заготовки позволяет получать точность на уровне 10-12 степеней, что требует применения получистового зубофре-зерования или долбления, а это увеличивает трудоемкость и себестоимость

обработки, сводя на нет все преимущества от экономии материала заготовки. В ТулГУ разработан процесс шевингования - прикатывания для отделочной обработки прямозубых и косозубых цилиндрических колес [1-3]. Процесс показал повышение кинематической точности зубьев колеса на 1 степень, а плавности зацепления до 3 степеней, достигаемых за 3 - 4 рабочих цикла (оборотов заготовки при сближении с шевером-прикатником) и 1-2 выхаживающих цикла обработки.

Процесс шевингования - прикатывания зубчатых венцов исправляет погрешности заготовки, как за счет срезания припуска, так и за счет выдавливания. Поверхность зубьев получается гладкая, чистая.

Для производства цилиндрических колес с круговыми зубьями (ЦККЗ) предлагается использовать заготовки, полученные пластическим деформированием, с последующей чистовой обработкой их в незакаленном виде шевингованием - прикатыванием, а в закаленном - еще и алмазным хонингованием. Однако не решен еще ряд проблем: выбор вида и метода получения исходной заготовки со сформированными круговыми зубьями; расчет и проектирование инструментов - накатников для каждого колеса изготовляемой зубчатой пары.

Отмечая прогрессивность описанных способов получения штампованных заготовок зубчатых колес [4], можно констатировать, что они практически неприемлемы для получения заготовок со сформированными круговыми зубьями вследствие невозможности их выталкивания из матрицы в осевом направлении. Это существенное ограничение не позволяет достичь эффективности и простоты конструкции штамповочной оснастки. При попытке реализовать возможность «раскрытия» пресс-формы в радиальном направлении по каждому зубу обрабатываемого колеса сложность ее конструкции, трудоемкость изготовления и себестоимость возрастают многократно при существенном снижении надежности и срока службы. Следовательно, способы получения штамповкой заготовок ЦККЗ являются малоэффективными и практического распространения не получили.

Можно считать, что наиболее эффективным способом получения заготовок ЦККЗ, изготавливаемых в условиях серийного производства, является накатывание. Накатывание круговых зубьев должно осуществляться закаленными до твердости 61-65 НЯСэ накатниками с зауженными на величину припуска 0,12 - 0,2 мм (на сторону зуба) зубьями. При этом неравномерность распределения припуска по длине кругового зуба для узковен-цовых колес может достигать 0,02 - 0,04 мм, а для широковенцовых она еще выше, что, в конечном счете, может привести к значительному снижению производительности чистовой обработки зубчатых колес, а порой и невозможности применения способа шевингования - прикатывания для данного вида обработки. Это свидетельствует о необходимости постоянного контроля и корректирования одного из важнейших конструктивных параметров передачи с ЦККЗ - номинального радиуса кривизны зуба - на

всех этапах расчета и проектирования как основного, так и вспомогательного инструмента.

Примером, позволяющим проиллюстрировать реальные величины неравномерности припуска, может служить ведущая шестерня масляного насоса, имеющая следующие основные параметры: модуль т=2 мм, число зубьев г=11, коэффициент смещения исходного контура х=0, ширина венца ¿=10 мм, номинальный радиус кривизны арки зуба Л0/=20 мм. Как показали расчеты, изменение величины припуска (при рассмотрении в направлении от осевого сечения детали к ее торцам) составило 0,04 мм, при номинальной величине припуска 0,12 мм, заданной для осевого сечения, т.е. припуск на торцах уменьшился практически на треть. Это хорошо видно на рис. 1, на котором представлена развертка начального цилиндра шестерни.

В нашей стране и за рубежом на протяжении долгого времени велись разработки методов накатки зубчатых венцов [5]. К сожалению, широкого промышленного применения они пока не получили. Это связано с тем, что для достижения высокого экономического эффекта от внедрения данной схемы необходимо путем горячей пластической деформации металла получать зубья такой высокой степени точности, которая достигается обычно обработкой резанием.

Раздертка начального цилиндра

Рис. 1. Пример неравномерного распределения припуска

по длине кругового зуба

Одной из немаловажных проблем является отсутствие широкой номенклатуры прокатного оборудования и оснастки, обладающих высокой точностью. Для реализации рассматриваемого способа производства зубчатых колес зачастую приходится переоборудовать существующие универсальные металлорежущие станки в прокатные станы, использовать

имеющуюся на производстве оснастку. Это также не способствует повышению точности накатываемых колес.

Не лишен проблем и тот аспект производства зубчатых колес методом накатывания, который связан с их предварительным нагревом. Сквозной печной нагрев не способствует получению колес высокой точности, а процесс обработки заготовок, сопровождаемый нагревом их наружного слоя непосредственно на прокатном стане, требует применения установок нагрева токами высокой частоты (ТВЧ) и набора сложных специальных конструкций индукторов (для обработки расширенной номенклатуры зубчатых колес). Следует отметить, что стоимость данных инструментов и агрегатов весьма значительна и их внедрение может считаться эффективным только для крупносерийного и массового типов производства.

Полученным таким образом заготовкам в основном требуется дальнейшая обработка резанием: зубошлифование или чистовое зубофрезеро-вание резцовыми головками. При этом время, затрачиваемое на весь процесс производства зубчатого колеса, сопоставимо с тем, которое требуется для его получения только обработкой резанием. И основное преимущество получения предварительно сформированных зубьев методом пластической деформации - существенное сокращение времени производственного цикла - сводится на нет. Поэтому считаем принципиально важным рассматривать методики получения заготовок и чистовой обработки зубьев неотрывно друг от друга. При решении данной задачи, безусловно, требуется нестандартный подход.

В настоящее время в ТулГУ разрабатывается методика накатывания цилиндрических колес с круговыми зубьями с последующей чистовой обработкой шевингованием - прикатыванием. Используется конструкция стана [5], которая базируется на применении доработанного горизонтально-фрезерного станка типа 6М80. Схема процесса накатывания приведена на рис. 2.

Рис. 2. Стан для накатки колеса с круговыми зубьями на базе горизонтально-фрезерного станка 6М80

Закаленный накатник устанавливается на оправку, закрепленную в шпинделе станка и отверстии серьги. Нагрев заготовки осуществляется ТВЧ с помощью индуктора. Обрабатываемая заготовка 1 закрепляется на валу 2, а накатник 3 - на валу 4. На концах валов насажены делительные шестерни 5 и 6, обеспечивающие передачу транспортного движения заготовке. Внедрение зубьев накатника в нагретую высокочастотным индуктором 7 заготовку осуществляется при поступательном движении стола стана.

Библиографический список

1. Пат. 2230635 РФ, МПК7 В 23 F 21/28. Дисковый шевер/ Карпухин В.П., Ямников A.C., Валиков Е.Н.; заявитель и патентообладатель ТулГУ - №2001132030/02; заявл. 27.11.2001; опубл. 20.06.2004, Бюл. №17 -4 с.: 2 ил.

2. Пат. 2314183 РФ, МПК7 В 23F 19/06. Способ финишной обработки цилиндрических зубчатых колес/ Валиков Е.Н., Борискин О.И., Белякова В.А., Ямников A.C., Маликов A.A.; заявитель и патентообладатель ТулГУ-№2006119973/02; заявл. 06.06.2006; опубл. 10.01.2008, Бюл. №1 -4 с.: 3 ил.

3. Валиков Е.Н. Комбинированная обработка зубьев цилиндрических зубчатых колес шевингованием - прикатыванием: монография/ Е.Н. Валиков, О.И. Борискин, В.А. Белякова. - Тула: Изд-во ТулГУ, 2005.- 123 с.

4. Коганов И.А. Прогрессивные методы изготовления цилиндрических зубчатых колес / И.А. Коганов, Ю.Н. Федоров, Е.Н. Валиков. -М.: Машиностроение, 1977. - 240 с.

5. Изготовление цилиндрических зубчатых колес прокаткой. Изготовление цилиндрических зубчатых колес прокаткой/ В.В. Половников [и др.]; под ред. B.C. Смирнова. - Д.: МАШГИЗ, 1961. - 186 с.

Получено 23.04.08