Некоторые аспекты повышения качества процесса отделочной зубообработки цилиндрических колес комбинированным инструментом

ПРОБЛЕМЫ ТОЧНОСТИ И КАЧЕСТВА ОБРАБОТКИ И СБОРКИ

УДК 621.83

НЕКОТОРЫЕ АСПЕКТЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОЦЕССА ОТДЕЛОЧНОЙ ЗУБООБРАБОТКИ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ КОЛЕС КОМБИНИРОВАННЫМ ИНСТРУМЕНТОМ

А. А. Маликов, А.В. Сидоркин

Рассмотрен ряд сущностных аспектов, открывающих возможность повышения качества рабочих поверхностей зубьев цилиндрических колес за счет внедрения новых технологических решений. Уделено существенное внимание вопросам инструментального обеспечения рассматриваемого процесса отделочной зубообработки цилиндрических колес.

Ключевые слова: отделочная зубообработка, цилиндрические колеса, обкат-ник, микрорельеф, абразивная среда, качество, шероховатость.

Одним из направлений научных исследований, проводимых на кафедрах «Инструментальные и метрологические системы» и «Технология машиностроения» Тульского государственного университета при активном участии д.т.н., проф. О.И. Борискина, д.т.н., проф., А.А. Маликова, д.т.н., проф., А.С. Ямникова, д.т.н., проф., Е.Н. Валикова и их учеников, является теоретико-экспериментальное исследование комбинированных (режуще-деформирующих) процессов зубообработки цилиндрических зубчатых колес [1 - 5]. Эти процессы является частью новой технологической схемы, предложенной и теоретически обоснованной, проф. Маликовым А.А в своей докторской диссертации. Она базирующаяся, в частности, на обработке незакаленных колес, например, шевингованием-прикатыванием, последующей их термообработке, и обработке, уже закаленных колес, алмазным или электроалмазным зубохонингованием [1]. Данная технологическая схема нашла многократное теоретическое и экспериментальное обоснование в работах ученых ТулГУ и прошла промышленную апробацию в производственных условиях ОАО «АК «Туламашзавод» (г. Тула) [1, 5].

3

В ходе проведенных работ, в частности, был разработан способ отделочной обработки цилиндрических зубчатых колес, при котором заготовка-колесо с предварительно формообразованными зубьями, обрабатывается алмазным инструментом - хоном [6]. Обработка осуществляется способом свободного обката при прямом и реверсивном вращении зубчатой пары. Обработка боковых поверхностей зубьев заготовки-колеса по всей их длине обеспечивается при соблюдении двух условий: во-первых, расположением участков абразивного слоя по одно- или многозаходной спирали; во-вторых, отсутствием общих множителей чисел зубьев инструмента и обрабатываемой заготовки-колеса. Обработка осуществляется при параллельном расположении осей инструмента и заготовки-колеса, без дополнительного движения подачи в осевом направлении.

Зубчатый хон, представляет состоящий закаленное стальное цилиндрическое зубчатое колесо с несколько утоненными зубьями, на боковые поверхности которых нанесен абразивный слой, состоящий из металлической связки с равномерно распределенными в ней зернами синтетических алмазов. При этом абразивный слой нанесен на участки, образующие одно-или многозаходную спираль.

При всех очевидных достоинствах рассматриваемого способа отделочной алмазной зубообработки, его недостатком может считаться, зависимость качества обработки боковых поверхностей зубьев колеса (по всей их длине) от состояния участков абразивного слоя инструмента, используемого в нем. И, даже при их частичном повреждении, возникающие локальные дефекты боковых поверхностей обрабатываемых зубьев, приводят к тому, что качество зубообработки оказывается недостаточным.

Для чистовой зубообработки цилиндрических колес учеными ТулГУ был разработан процесс шевингования-прикатывания. Процесс протекает при свободном обкате комбинированного режуще-деформирующего инструмента - шевера-прикатника и обрабатываемого колеса, установленных на параллельных осях. Зацепление шевера-прикатника с обрабатываемым колесом выполняют внеполюсным, а обработку ведут с периодической радиальной подачей после завершения каждого рабочего цикла, включающего вращение зубчатой пары в прямом и обратном направлениях, и без радиальной подачи при циклах выхаживания.

Конструкцией шевера-прикатника предусмотрено такое расположение режущих кромок, при котором они оказываются смещенными по винтовой поверхности. Еще одной особенностью инструмента является то, что число его зубьев не должно имеет общих множителей с числом зубьев обрабатываемого колеса кроме единицы [7].

При определенных обстоятельствах для рассматриваемого способа может быть характерно недостаточное качество обработки боковых поверхностей зубьев обрабатываемого колеса. Это объясняется тем, что обработка на всех циклах шевингования-прикатывания ведется лезвийным

инструментом. При этом качество обработки зубьев колеса существенно зависит от состояния режущих кромок инструмента, и даже, при их частичном затуплении, либо повреждении, не может быть гарантировано одинаково высокое качество обработки боковых поверхностей зубьев колеса по всей их длине.

Это приводит к ухудшению шероховатости обрабатываемых поверхностей зубьев колеса, и как следствие к снижению их качества и эксплуатационных характеристик.

Одной из основных задач, стоящих перед авторами, на текущем этапе исследований, является повышения качества и эксплуатационных характеристик обрабатываемых колес за счет уменьшения шероховатости боковых поверхностей их зубьев.

Поставленная задача может быть решена за счет разработки нового комбинированного способа отделочной зубообработки, для которого, базисным аспектом оставалась бы обработка по методу свободного обката при на параллельных осях, при внеполюсном зацеплении. Циклы обработки, традиционно, выполняются при вращении пары «инструмент-обрабатываемое колесо» в прямом и обратном направлениях.

Однако паре «инструмент - обрабатываемое колесо» дополнительно сообщаются высокочастотные колебания, а в зону обработки (контакта боковых поверхностей инструмента и обрабатываемой заготовки) подается полужидкая абразивная среда. На рис. 1 изображена схема осуществления способа отделочной обработки цилиндрических зубчатых колес.

В качестве инструмента может использоваться обкатник, аналогичный по конструкции, описанному в [8]. Он выполняется в виде закаленного цилиндрического зубчатого колеса, на боковые поверхности зубьев которого наносят микрорельеф (рис. 2).

В состав технологической системы, предназначенной для осуществления процесса отделочной зубообработки входят: инструмент 1, представляет собой закаленное цилиндрическое зубчатое колесо, на боковые эвольвентные поверхности зубьев которого нанесен (например, различными способами электрохимической и электрофизической обработки, лазером и т.д.) микрорельеф, инструмент 1 установлен на цилиндрическую оправку и жестко закреплен на ней, например, гайкой. Обрабатываемое колесо 2 установлено свободно на цилиндрическую оправку. Упругие элементы технологической системы 3, совместно с вибровозбудителем 4, вызывают небольшие колебания в паре «инструмент - обрабатываемое колесо». Резервуар 5, служит для накопления полужидкой абразивной среды, подающейся в зону обработки с помощью сопла 6, связанного с резервуаром патрубком.

Предлагаемый способ пригоден для отделочной обработки колес с предварительно формообразованными высокопроизводительными методами: литья, пластического деформирования, механической обработки и др.

зубьями. Процесс отделочной обработки осуществляется следующим образом. Инструмент 1 устанавливается на цилиндрическую оправку и фиксируется на ней. Обрабатываемое колесо 2 устанавливается свободно на цилиндрическую оправку и вводится в плотное (беззазорное по боковым сторонам) зацепление с инструментом. Затем, включается подача полужидкой абразивной среды из резервуара 5. Она подается с помощью сопла 6 в зону обработки. Далее паре «инструмент - обрабатываемое колесо» принудительно от внешнего источника - вибровозбудителя 4 передают высокочастотные колебания, которые в процессе обработки способствуют более эффективному распределению полужидкой абразивной среды по всей длине линии контакта зубьев инструмента и обрабатываемого колеса, а также более эффективному отводу полужидкой абразивной среды, загрязненной продуктами обработки (микростружкой) из зоны обработки. После осуществления подготовительных действий, описанных выше, инструменту 1 сообщается вращательное движение - движение обката в прямом и обратном направлениях с угловой скоростью ю0. При этом обрабатываемое колесо 2 вращается со скоростью ю.

-с_

Рис. 1. Схема осуществления способа отделочной обработки цилиндрических зубчатых колес: 1 - инструмент-обкатник; 2 - обрабатываемое колесо; 3 - упругие элементы технологической системы; 4 - вибровозбудитель; 5 - резервуар; 6 - сопло

Рис. 2. Аксонометрическое изображение инструмента-обкатника

6

Описанное выше движение является рабочим потому, что при нем осуществляется срезание тончайших слоев стружки и выглаживание боковых поверхностей зубьев обрабатываемого колеса 2 за счет профильного скольжения множества режущих элементов, которые образованы совокупностью объектов микрорельефа, выполненного на боковых поверхностях зубьев инструмента 1, и контактирующими с ними частичками абразива, содержащегося в полужидкой среде. Цикл обработки включает вращение инструмента в прямом и реверсивном направлениях, что обеспечивает равномерное протекание процесса отделочной обработки на обеих сторонах зубьев обрабатываемых колес.

Предлагаемый способ был реализован при обработке опытной партии цилиндрических зубчатых колес, выполненных из стали 20Х ГОСТ 4543—71, имеющих следующие основные параметры: модуль т=2 мм, число зубьев г=11, коэффициент смещения исходного контура %=0. Предварительное формообразование зубьев обрабатываемых колес осуществлялось зубофрезерованием. Окончательная обработка велась инструментом со следующими параметрами: модуль т0=2 мм, число зубьев 20=31, коэффициент смещения исходного контура %0=1,909 мм. Режимы обработки: снимаемый припуск, определяемый по развертке начального цилиндра в среднем сечении зуба - 0,03 мм, частота вращения инструмента п=150 мин-1.

Шероховатость боковых поверхностей зубьев колеса после зубо-фрезерования составила Яо=2,5 мкм. Шероховатость после отделочной обработки по предлагаемому способу Яа=0,8 мкм.

Представленные данные свидетельствуют о возможности применения предлагаемого способа для эффективной отделочной обработки цилиндрических зубчатых колес, при которой достигается уменьшение шероховатости боковых поверхностей зубьев обрабатываемых колес, что, в конечном итоге, приводит к повышению их качества и эксплуатационных характеристик.

Список литературы

1. Маликов А. А., Сидоркин А.В., Ямников А.С. Инновационные технологии обработки зубьев цилиндрических колес: монография. Тула: Изд-во ТулГУ, 2011. 335 с.

2. Маликов А.А., Сидоркин А.В., Ямников А.С. Резание и пластическое деформирование при шевинговании-прикатывании цилиндрических колес с круговыми зубьями // СТИН. 2012. №11. С. 17 - 21.

3. Маликов А.А., Сидоркин А.В., Ямников А.С. Динамические характеристики шевингования-прикатывания цилиндрических колес с круговыми зубьями // Технология машиностроения. 2012. №2. С. 19 - 23.

7

4. Валиков Е.Н., Индан А.А., Попов А.Л. Экспериментальное исследование точности шевингования-прикатывания цилиндрических зубчатых колёс на токарном станке с ЧПУ // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Вып. 5. Тула: Изд-во ТулГУ, 2014. С. 11 - 17.

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

6. Маликов А.А., Сидоркин А.В. Особенности конструкции алмазного зубчатого хона для обработки цилиндрических зубчатых колес // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Вып. 2. Ч. 2. Тула: Изд-во ТулГУ, 2009. С. 176 - 180.

7. Пат. 2224624 РФ, МПК7 В23Б 19/06. Способ шевингования-прикатывания цилиндрических зубчатых колес/ Карпухин В.П., Ямников А.С. Валиков Е.Н.; заявитель ГОУ ВПО «Тульский государ-ственный университет. №2001132029; заявл. 27.11.2002; опубл. 27.02.2004. Бюл. № 6 - 7 с.

8. Пат. 120024 РФ, МПК7 B21H 5/02. Инструмент для обработки зубчатых колес / Валиков Е.Н., Белякова В.А., Петрухин Н.С., Тимофеев Ю.С., Журина А.С.; заявитель Тульский государственный университет. № 2012106997/02; заявл. 27.02.2012; опубл. 10.09.2012. Бюл. № 25 - 2 с.

Маликов Андрей Андреевич, д-р. техн. наук, проф., зав. кафедрой, andrej-malikov@yandex. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Сидоркин Андрей Викторович, канд. техн. наук, инженер-исследователь УНИР, alan-a@,mail. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

SOME ASPECTS OF IMPROVING THE QUALITY OF FINISHING GEAR TREATMENT CYLINDRICAL WHEELS COMBINATION TOOL

A.A. Malikov, A.V. Sidorkin

A number of essential aspects, opening up the possibility of improving the quality of the working surfaces of the teeth of cylindrical wheels, due to the introduction of new technological solutions is consider. It is paying considerable attention to the instrumental support of the process offinishing gear treatment of cylindrical wheels.

Key words: finishing gear treatment, cylindrical wheels, roller, micro relief, abrasive media, quality, roughness.

Malikov Andrey Andreevich, doctor of technical science, professor, head of department, andrej-malikov@yandex. ru, Russia, Tula, Tula State University,

Sidorkin Andrey Victrovich, candidate of technical science, research engineer, alan-a@,mail.ru, Russia, Tula, Tula State University