Повышение эффективности планетарной шлиценакатки

Известия высших учебных заведений. Поволжский регион

УДК 621.7

А. Г. Кондрашов, А. И. Фасхутдинов

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПЛАНЕТАРНОЙ ШЛИЦЕНАКАТКИ

Аннотация.

Актуальность и цели. Объектом исследования является технология накатки шлицев на наружных поверхностях деталей автомобиля, преимущественно на валах. Предметом исследования является процесс формообразования шлицев методом планетарной шлиценакатки двумя шлиценакатными головками, работающими в комплекте. Целью работы является повышение качества поверхности шлицев и производительности шлиценакатки за счет применения в одной головке двух роликов различного профиля.

Материалы и методы. Разработка теоретических взаимосвязей между размерами чернового и чистового накатных роликов и режимами обработки. Определение теоретических зависимостей между параметрами обрабатываемой поверхности и наладочными параметрами.

Результаты. Разработана конструкция комплекта шлиценакатных планетарных головок, каждая из которых оснащена черновым и чистовым роликом. Она позволяет значительно повысить производительность обработки при сохранении стойкости инструмента.

Выводы. Применение в одной шлиценакатной головке двух роликов, размеры которых связаны с режимом обработки, позволило исключить из работы вершину чистового ролика и снизить нагрузку на его боковые стороны, что положительно сказалось на качестве поверхности шлицев при повышении осевой подачи заготовки.

Ключевые слова: шлицевые валы, холодная накатка, шлиценакатной ролик.

A. G. Kondrashov, A. I. Faskhutdinov IMPROVING EFFICIENCY OF PLANETARY SPLINE-KNURLING

Abstract.

Background. The research object is a technology of spline-knurling on the external surfaces of car parts, mainly on shafts. The research subject is a process of spline-forming by the method of planetary spline-knurling by two spline-knurling heads, functioning as a set. The aim of the work is to improve the quality of splines’ surfaces and spline-knurling productivity by using two roller of different profile in a single head.

Materials and methods. The authors developed theoretical interconnections between ruough and finishing knurling rollers and processing modes. Also, the researchers determined theoretical dependencies between the processed surfaces and the developed settings.

Results. The authors developed a design of the set of spline-knurling planetary heads, each one of them being equipped with rough and finishing rollers. It allows to significantly increase processing productivity while saving instrument’s durability.

Conclusions. Using two rollers, the sizes of which depend on the mode of operation, in a single spline-knurling head, allowed to exclude a finishing roller’s point

130

University proceedings. Volga region

№ 4 (32), 2014

Технические науки. Машиностроение и машиноведение

out of the process and to lower the stress on roller’s sides, which had a positive effect on the quality of spline surfaces while increasing the axial advance of blanks.

Keywords: spline shafts, cold rolling, spline roller.

Шлицевые соединения были и в настоящее время остаются основным соединением для передачи больших крутящих моментов в узлах и агрегатах машин при достаточно точном центрировании деталей. На сегодня применяется довольно большое количество способов обработки шлицев. Наружные шлицы на валах в основном обрабатывают на шлицефрезерных станках червячными или дисковыми фрезами или на зубодолбежных станках зуборезными долбяками. Шлицы, применяемые в подвижных соединениях, особенно поверхности, по которым осуществляют центрирование, после термообработки подвергают шлифованию. Оно может выполняться как одновременно для внутренней и боковой поверхности, так и раздельно [1].

Во многих случаях для улучшения качества обработки мелкомодульных шлиц целесообразно осуществлять накатку вместо обработки резанием. Кроме повышения качества поверхности это также приведет к значительному повышению производительности, так как исключаются черновая и чистовая операции.

В работе [2] кратко рассмотрены более 10-ти способов накатки шлиц на валах. Все они в какой-то мере обладают и преимуществами и недостатками. В работе [3] рассмотрены конструкции инструментов для накатки шлицев и особенности их расчета. Среди этих способов можно выделить метод планетарной шлиценакатки, предложенный фирмой «Эрнст Гроб» (Швейцария) [4]. Обработка по данному способу выполняется на шлиценакатных станках мод. GROB ZRM 6, 9, 12 (Швейцария) и мод. СТИ 1923, СТИ 1926 (г. Барановичи, Республика Беларусь). Качество поверхности при шлиценакатке получается значительно выше, чем при лезвийной обработке и достигает Ra 0,8_1,6 мкм.

В отличие от других способов, при планетарной шлиценакатке формообразование поверхности шлицев осуществляется за счет кратковременных воздействий накатных роликов на заготовку. По своему характеру эти воздействия можно сравнить с чеканкой. Схематично данный способ обработки показан на рис. 1.

Данный принцип накатывания заключается в том, что большое число кратковременных воздействий инструмента на деталь приводит к равномерному холодному «течению» материала по диаметру и длине детали, в результате чего образуются зубчатые венцы требуемой формы.

В процессе обработки две шлиценакатные головки, оснащенные расположенными по диаметру напротив друг друга и планетарно вращающимися навстречу друг другу накатными роликами, одновременно, симметрично и в течение очень коротких промежутков времени воздействуют на заготовку, которая вращается вокруг собственной оси. Частота вращения накатных головок и детали связана таким образом, что каждый новый контакт инструмента с деталью происходит в новой впадине между зубьями. Одновременно осуществляется продольная подача детали, которая обеспечивает распространение процесса холодного пластического деформирования по всей длине детали.

Engineering sciences. Machine science and building

131

Известия высших учебных заведений. Поволжский регион

Рис. 1. Схема обработки методом планетарной накатки

Недостатком данной конструкции является то, что формообразование поверхности детали осуществляется двумя роликами каждой головки, базирующимися в осевом направлении по торцам. Это означает, что погрешность несимметричности профиля роликов относительно торцов будет переноситься на обрабатываемый профиль. Как следствие, накатные ролики необходимо изготавливать с жестким допуском на несимметричность профиля, что значительно повышает их стоимость. Поэтому производители для обеспечения наилучшей точности шлицев рекомендуют оснащать каждую шлиценакатную головку комплекта одним шлиценакатным роликом и противовесом [5]. Это позволяет расширить поле допуска на несимметричность накатного ролика, но в свою очередь приводит к снижению производительности в 2 раза.

В данной работе предложена конструкция комплекта шлиценакатных головок с двумя роликами: черновым и калибрующим. При этом калибрующий ролик повторяет профиль впадины обрабатываемой детали, а черновой ролик имеет больший диаметр и меньшую толщину профиля. Диаметр чернового ролика определяется по следующей зависимости (рис. 2):

dp1 = 2

+ (L + S )2 — D

где D - диаметр траектории движения роликов; dp - диаметр калибрующего ролика; h - глубина обрабатываемого профиля, определяемая по формуле

h =

d^ - диаметр заготовки до накатки; df - диаметр впадин детали;

L = yj h ( + dp - h) - половина участка профилирования калибрующего ролика; S - величина осевого перемещения заготовки между выходом из рабо-

132

University proceedings. Volga region

№ 4 (32), 2014

Технические науки. Машиностроение и машиноведение

ты чернового ролика и входом калибрующего; S = S0q — - для четного числа

зубьев детали, некратного четырем; S = S^

( _

- +1

- для четного числа зубь-

ев детали, кратного четырем; S = S^ z - для нечетного числа зубьев детали; S^ - величина подачи заготовки на один оборот шлиценакатных головок; z -число зубьев обрабатываемой детали.

Рис. 2. Расчетная схема определения диаметра чернового ролика

Применение двух роликов с указанным соотношением между профилями позволяет полностью разгрузить вершину калибрующего ролика и частично разгрузить боковые поверхности, которые деформируют небольшую величину припуска, оставшегося после чернового ролика. Профили чернового и чистового роликов показаны на рис. 3.

Engineering sciences. Machine science and building

133

Известия высших учебных заведений. Поволжский регион

В зависимости от числа зубьев обрабатываемой детали накатные ролики устанавливаются со смещением относительно центра заготовки, которое определяется зависимостью (рис. 4):

Л = 0 - для четного числа зубьев детали некратного четырем; d f п

Л sin--------для четного числа зубьев детали кратного четырем;

2 z

d f п

Л = ^— sin---для нечетного числа зубьев детали.

2 2 z

а) б) в)

Рис. 4. Расчетная схема для определения смещения профиля роликов: а - число зубьев детали четное, не кратное четырем; б - число зубьев детали четное, кратное четырем; в - число зубьев детали нечетное

На рис. 5 показана предлагаемая конструкция комплекта шлиценакатных головок [6].

Рис. 5. Конструкция комплекта планетарных шлиценакатных головок:

1 - черновой ролик; 2 - калибрующий ролик, 3 - обрабатываемая заготовка

134

University proceedings. Volga region

№ 4 (32), 2014

Технические науки. Машиностроение и машиноведение

Данная конструкция была испытана при обработке детали «Вал привода гидромуфты» двигателя автомобиля КАМАЗ. Использование данной схемы позволило повысить величину осевой подачи заготовки с 0,1 до 0,17 мм/об при сохранении периода стойкости роликов и, как следствие, повысить производительность обработки. Кроме этого, снижение нагрузки на калибрующем ролике привело к повышению качества поверхности дна впадины шлицев.

Список литературы

1. Калашников, А. С. Технология изготовления зубчатых колес / А. С. Калашников. - М. : Машиностроение, 2004. - 480 с.

2. Писаревский, М. И. Накатывание точных резьб, шлицев и зубьев / М. И. Писаревский. - Л. : Машиностроение, 1973. - 200 с.

3. Лындин, В. А. Инструмент для накатывания зубьев и шлицев повышенной точности / В. А. Лындин. - М. : Машиностроение, 1988. - 144 с.

4. Патент Германии № 2823040. Walyrolle fur ein Verfahen und Vorrchtung yum Kalt-walzen von parrallelen Profilen Z. B. von Zahnprofilen aus dem vollen Material. Eder E., Schieschke K. - 16.12.1977.

5. Специальный шлиценакатной станок СТИ 1923. Руководство по эксплуатации. -Минск : СТАНКОТЕХИНКОМ, 2010. - 49 с.

6. Патент РФ на полезную модель № 50448. Комплект шлиценакатных планетарных головок / Белугин Ю. Ф., Кондрашов А. Г. - № 2005125254/22, заявл. 08.08.2005 ; опубл. 20.01.2006, Бюл. № 2.

References

1. Kalashnikov A. S. Tekhnologiya izgotovleniya zubchatykh holes [Technology of gear wheels production]. Moscow: Mashinostroenie, 2004, 480 p.

2. Pisarevskiy M. I. Nakatyvanie tochnykh rez’b, shlitsev i zub’ev [Knurling of precise threads, splines and teeth]. Leningrad: Mashinostroenie, 1973, 200 p.

3. Lyndin V. A. Instrument dlya nakatyvaniya zub’ev i shlitsev povyshennoy tochnosti [Instrument for teeth and splines high precision knurling]. Moscow: Mashinostroenie, 1988, 144 p.

4. Patent Germany No. 2823040. Method of deep roller knurling and device for cold knurling of parallel profiles Z. B. of teeth profiles made of solid materials]. Eder E., Schieschke K., publ. 16 December 1977.

5. Spetsial’nyy shlitsenakatnoy stanok STI 1923. Rukovodstvo po ekspluatatsii [Special spline-knurling machine tool STI 1923. Operating manual]. Minsk: STANKOTEKhINKOM, 2010, 49 p.

6. Useful Model Patent Russian Federation No. 50448. Set of spline-knurling planetary heads. Belugin Yu. F., Kondrashov A. G. No. 2005125254/22; appl. 8 August 2005; publ. 20 January 2006, bull. no. 2.

Кондрашов Алексей Геннадьевич

кандидат технических наук, доцент, кафедра конструкторскотехнологического обеспечения машиностроительных производств, Набережночелнинский институт

E-mail: kondrashovag@mail.ru

Kondrashov Aleksey Gennad'evich Candidate of engineering sciences, associate professor, sub-department of design support of machine-building production, Naberezhnie Chelny Institute

Engineering sciences. Machine science and building

135

Известия высших учебных заведений. Поволжский регион

Фасхутдинов Айрат Ибрагимович

кандидат технических наук, начальник бюро, Технологический центр ОАО «КАМАЗ»

E-mail: Airat.Fashutdinov@kamaz.org

Faskhutdinov Ayrat Ibragimovich Candidate of engineering sciences, department manager, Technological center of “KAMAZ” Plc.

УДК 621.7 Кондрашов, А. Г.

Повышение эффективности планетарной шлиценакатки / А. Г. Кондрашов, А. И. Фасхутдинов // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. - 2014. - № 4 (32). - С. 130-136.

136

University proceedings. Volga region