Инструментальное обеспечение профильного зубошлифования

Рис. 1. Алгоритм определения фрактальной размерности при помощи функции спектра мощности

Заключение. Сравнительно низкая точность вычислений объясняется тем, что метод определения фрактальной размерности при помощи функции спектра подвержен влиянию целого ряда факторов, которые снижают его точность. К таким факторам относятся, например, наличие тренда в исходных данных и эффект усечения сигнала, который нельзя полностью исключить не одним из весовых окон.

Список литературы

1. Брандт З. Анализ данных. Статистические и вычислительные

методы для научных работников и инженеров/ Пер. с англ. - М. : Мир, ООО «Издательство АСТ», 2003. - 686 с.

2. Гайдышев И. Анализ и обработка данных: Специальный справочник. -

СПб.: Питер, 2001. - 752 с.

3. Лоскутов А. Ю., Михайлов А. С. Динамический хаос. - М.: Наука,

2000.-294 с.

4. Остапчук А.К., Овсянников В.Е., Рогов ЕЮ. Моделирование

броуновского движения V 1.0. - М.: ВНТИЦ, 2008. - № 50200801851.

5. Остапчук А.К., Овсянников В.Е., Рогов ЕЮ. Определение фракталь-

ной размерности временного ряда при помощи функции спектра мощности V 1.0. - М.: ВНТИЦ, 2008. - № 50200801860.

6. Федер Е. Фракталы. - М.: Мир,1995. - 245 с.

7. Шустер Г. Детерминированный хаос: Введение в теорию и приложе-

ния. - М.: Наука, 1998.-253 с.

2. Реализация разработанного алгоритма и анализ полученных результатов.

Разработанный алгоритм был реализован в программной среде MathCAD 13 Single User Professor, была разработана компьютерная программа «Определение фрактальной размерности временного ряда при помощи функции спектра мощности v 1.0» [5].

Для проверки точности разработанных решений в программе «Определение фрактальной размерности временного ряда при помощи функции спектра мощности v 1.0» была определена фрактальная размерность броуновского движения, модель которого была получена при помощи программы [4]. Результат расчетов представлен на рис. 2.

Рис. 2. Фрактальная размерность броуновского движения, вычисленная при помощи функции спектра мощности

Наклон средней линии: з = -1,33 . Фрактальная размерность:

я=^== 1,8 2 2

Погрешность вычисления составляет:

g _ d.мощн dteop

~ dm

100% = 1,8 1,5 х 100% = 15% 1,8 '

^мощн

где ВМОЩН = 1,8 - фрактальная размерность, вычисленная при помощи функции спектра мощности;

ЯТЕОР = 1,5 - фрактальная размерность броуновского движения [6,7].

УДК 621.9

В.И. Курдюков, А.А. Андреев, Н.Л. Костырева Курганский государственный университет

ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОФИЛЬНОГО ЗУБОШЛИФОВАНИЯ

Аннотация

В статье изложены особенности процесса профильного зубошлифования, описаны результаты исследования структурного строения абразивных кругов фирм Norton и Burka Коэтоэ, рекомендованных для оснащения операции зубошлифования на станке «Gleason» - P400-G. Предложен новый шлифовальный круг, изготовленный по разработанной авторами технологии. Приведены результаты сравнительных производственных испытаний отечественного и импортных кругов.

Ключевые слова: зубошлифование, шлифовальный

круг.

V.I. Kurdyukov, A.A. Andreev, N.L. Kostyreva Kurgan State University

INSTRUMENTAL SUPPORT OF PROFILE GEAR GRINDING

Annotation

The article describes the features of the process profile of gear grinding, describes a study of the structural construction of abrasive wheels firm Norton and Burka Kosmos recommended for equipment the gear grinding operation on the machine tool «Gleason» - P400-G. There is a new grinding wheel, made by technology,which is developed by the authors. There are the results of comparative tests of domestic production and import sector Key words: gear grinding, grinding wheel.

В настоящее время используют два основных мето-

да зубошлифования: метод обкатывания с периодическим или непрерывным делением и метод копирования с периодическим делением. Оба метода нашли широкое применение в практике обработки зубчатых колес в машиностроении .

Первый метод имеет несколько схем реализации процесса шлифования эвольвентных поверхностей зубьев. Каждая из этих схем характеризуется своим типом используемых абразивных кругов (червячные, тарельчатые, круги с коническими рабочими поверхностями) и кинематикой процесса и, как следствие, имеют разную производительность, точность обработки, степень универсальности. Среди них наиболее производительна и достаточно универсальна схема зубошлифования червячным кругом (рис.1).

Рис. 1. Зубошлифование червячным абразивным кругом: а - схема шлифования зубчатых колес червячным абразивным кругом: 1 - червячный абразивный круг, 2 - заготовка зубчатого колеса; б - общий вид червячного круга [1]

Однако из-за сложной наладки и значительных затрат на приобретение и правку шлифовальных кругов эта схема экономически оправдана только в крупносерийном производстве.

Второй метод (рис. 2) имеет единственную схему обработки - шлифование кругом, профиль которого совпадает с профилем впадины между зубьями. Отличаясь простотой наладки и достаточно высокой производительностью (0,6-0,8 от уровня производительности обработки червячным кругом), эта схема наименее универсальна, так как для каждого зубчатого колеса требуется, в идеале, получать в процессе правки свой профиль шлифовального круга. С применением же современных зубошлифовальных станков, где процесс правки круга автоматизирован и управляется системой ЧПУ, этот недостаток становится малозначимым, а сам метод наиболее предпочтительным.

Характерной особенностью данного метода является большая протяженность (по всей образующей профиля впадины между зубьями) контакта инструмента и заготовки, что вызывает высокую термосиловую напряженность процесса. Это в сочетании с более затрудненным проникновением СОЖ в зону резания и удалением из нее отходов шлифования (шлама) увеличивает вероятность «засаливания» режущей поверхности инструмента и, как следствие, появления на прошлифованной поверхности различного рода дефектов (прижоги, шлифовочные трещины, неблагоприятные остаточные напряжения, вырывы частиц металла с поверхности зуба, высокая шероховатость и др.).

А

(фасонным кругом): 1 - шлифовальный круг; 2 - заготовка зубчатого колеса [1]

Для снижения указанных дефектов используют следующие приемы: оптимизируют сочетание параметров режима шлифования; подбирают шлифовальный круг с наиболее подходящими характеристиками для данных условий шлифования; назначают максимально эффективную СОЖ; закладывают в цикл шлифования более частую принудительную правку рабочей поверхности круга и др.

В общем случае, как показывает практика, какой бы метод или схема зубошлифования не были выбраны, определяющее значение для достижения максимальной производительности и заданного качества шлифованных зубьев имеет правильное назначение характеристик шлифовального круга и его режимного сопровождения для конкретных условий выполнения операции.

Данное исследование посвящено разработке шлифовальных кругов с максимально возможной режущей способностью и технологии их изготовления с целью оснащения процесса шлифования зубьев шестерен по методу копирования.

Необходимость в такой разработке продиктована следующим.

Предприятия, занимающиеся изготовлением зубчатых колес, особенно высокоточных и из высокопрочных материалов, на операциях зубошлифования используют, в основном, станки ведущих зарубежных фирм, технические характеристики и технологические возможности которых существенно выше отечественных аналогов. Однако потенциальные возможности этого оборудования могут быть реализованы только при использовании поставляемого вместе с ним шлифовального инструмента или его аналогов, рекомендованных фирмами-производителями станков.

Поскольку в настоящее время отечественная абразивная промышленность инструмента аналогичных характеристик, а тем более конкурентного по эксплуатационным показателям, не выпускает, отечественные производители зубчатых колес вынуждены закупать этот инструмент также зарубежом.

Работа по оснащению операции шлифования зубчатого профиля отечественным инструментом началась с анализа образцов импортных шлифовальных кругов двух фирм: «Burka Kosmos», Германия, и «Norton», США, рекомендованных для обработки методом копирования высокоточных зубчатых колес из стали 18 ХГТ, термооб-работанных до твердости НРС 52-62 на станке Pfauter P-400G фирмы Gleason, Германия, со следующими характеристиками:

а) «Burka l<osiTios», Германия - 4.350*30*127 SK 13W 70/80-G/H10V10 - 35 м/с;

б) «Norton», США - 4.350*30*127 1TGP60G10VXPF -35 м/с.

Под микроскопом была изучена структура абразивных кругов и идентифицированы компоненты, используемые для их изготовления. Фотографии образцов представлены на рис. 3.

J- Z Z

а) б)

Рис. 3. Фото структур кругов: а) «Burka Kosmos», Германия; б) «Norton», США: 1 - зерно электрокорунда белого; 2 - зерно ЗГК (золь-гель корунд); 3 - пора

Таблица 1

Расчетные значения структурных характеристик кругов

№п Произ- Обозначе- Структурные характери-

/п водитель ние круга стики кругов

Объ- Объ- Удель

емная емная ная

доля доля объ-

абра - кера- емная

зивно- миче- доля

го ской пор, %

зерна, связ-

% ки, %

1 «Burka SK 13W 34 16,5 49,5

Kosmos», 70/80-

Герма- G/H10V10-

ния 35 м/с

2 «Norton», 1TGP60G1 35 15 50

США 0VXPF- 35

м /с

Оказалось, что наравне с прозрачными зернами альфа фазы окиси алюминия (электрокорунда белого) 1 встречаются матовые включения золь-гелевой модификации альфа фазы окиси алюминия 2 в количестве не более 15% от общего числа зерен в абразивной композиции. Зерна хорошо перемешаны между собой и скреплены проплавленной керамической связкой. Отличие образцов фирмы «Burka Kosmos» и «Norton» друг от друга заключается в том, что в первых содержатся абразивные зерна электрокорунда белого зернистостью F100 и золь-гель корундовые (ЗГК) зерна изометрической формы (формы близкой к кубической), во вторых - более крупные (F60) зерна белого же электрокорунда и зерна 3ГК, но продолговатой формы.

Очевидно, применение зерен 3ГК в инструменте, предназначенном для профильного зубошлифования, обусловлено их уникальными свойствами. Зерно 3ГК получено из гелевой структуры альфа фазы окиси алюминия с управлением центрами кристаллизации при отверждении и имеет субмикрокристаллическое строение (рис.4). Размеры кристаллов такого зерна составляют менее 1 мкм, тогда как зерно электрокорунда состоит из 5...20 микрометровых кристаллов. Такое зерно в процессе резания самозатачивается за счет непрерывного скалывания субмикрокристаллов, длительно обеспечивая свою режущую способность. Но из-за недостаточной прочности ЗГК зерен применять их без смеси с более прочными, например, электрокорундовыми зернами не эффективно.

На втором этапе были определены значения структурных параметров исследуемых кругов, а именно: объемные доли зерна, связки и пор (табл.1).

Анализируя полученные данные, можно заключить, что оба инструмента относятся к классу высокопористых шлифовальных кругов с низкой степенью твердости. При этом размеры пор существенно превосходят размеры абразивных зерен, а сами абразивные зерна сгруппированы в агломераты, равномерно распределенные по всему объему круга (см. рис. 3). Это характерно для высокопористых кругов, изготовленных с использованием выгорающих наполнителей, имеющих, как правило, в силу возможности технологии получения последних размеры в пределах 200 ^ 600 мкм.

Рис. 4. Микроструктура зерна золь-гель корунда

Такая структура, хотя и обеспечивает существенное снижение термосиловой напряженности процесса шлифования, но все же менее благоприятна, чем структура, где на каждое зерно приходится своя пора. Как показывает ранее проведенное нами исследование, оптимальный размер такой поры должен составлять 0,8 ^ 1,1 размера зерна.

На следующем этапе была определена наиболее рациональная структура будущего круга, проведена оптимизация зернового его состава и сформулированы требования к керамической связке для изготовления таких кругов. Разработан и оптимизирован ее состав для условий спекания и обжига, исключающих разложение зерен ЗГК, но обеспечивающих прочность связки не ниже таковой импортных кругов.

С учетом прочностных свойств новой связки были рассчитаны рецептуры кругов, разработана технология их изготовления, получены опытные образцы. Фотография структуры опытного круга представлена на рис. 5, где видно, что она существенно ближе к идеальной, чем у кругов прототипов.

Для промышленного испытания была изготовлена партия шлифовальных кругов со следующими характеристиками:

- 4.350*40*127 25А Р90/ХТ1_Р80 Р 14 Кб;

- 4.350*40*127 25А Р90/ХТ1_Р80 О 14 Кб.

Так как абразивная промышленность РФ пока не освоила в полном объеме технологию получения ЗГК, то для проведения опытных работ было использовано зерно золь-гель корунда производства французской фирмы ЭАИМТ-ООВА^ изометрической формы двух характеристик и двух зернистостей (табл. 3). Фотографии зерен представлены на рис. 6.

Марка Форма зерна Размер зерна по FEPA -стан -дарту Твердость, Па Субмикроскопическая кристаллическая структура

GERPASS-XTL 0560 (кубическая овальная) F 70 21 ГПа 0,17 мкм

GERPASS-XTL 0560 (кубическая овальная) F 80 21 ГПа 0,17 мкм

GERPASS-XTL 0565 (кубическая заостренная) F 70 21 ГПа 0,17 мкм

GERPASS-XTL 0565 (кубическая заост -ренная) F 80 21 ГПа 0,17 мкм

Работоспособность опытных кругов и была проверена в производственных условиях на операции профильного шлифования зубчатых колес 7-й степени точности, модулем 4, числом зубьев 100 из стали 18ХГТ, термооб-работанных до твердости ИРО 52-62, на зубошлифоваль-ном станке 0!еаБоп Р400-0 с охлаждением масляной СОЖ Уапаси «ОаБ^о!».

Результаты испытаний приведены в табл. 4.

тт ^шгъг' ш

Рис. 5 - Фото структуры опытного круга: 1 - зерно электрокорунда белого; 2 - зерно ЗГК (золь-гель корунд); 3 - пора

Таблица 3

Характеристики ЗГК зерен фирмы 8А№Т-ООБА№

а) б)

Рис. 6. Зерна золь-гелевого корунда марки вЕЙРАЗЭ-ЖТЬ кубической формы: а) овальной; б) заостренной

После шлифования зубчатый профиль колес подвергался техническому контролю. Во всех трех случаях замечаний по выходному контролю готовых изделий не выявлено.

Результаты выполненных исследований позволили сделать следующие выводы:

1. Получена технология производства высокопористого абразивного инструмента на низкотемпературной связке, позволяющая изготавливать инструмент с высокой удельной прочностью, в том числе и с применением такого перспективного абразивного материала, как золь-гель корунд.

2. Инструмент позволяет вести обработку на самых совершенных станках с большой удельной производительностью и высоким качеством.

3. Успешно решена задача замены импортного абразивного инструмента на равноценный отечественный.

Список литературы

1.Кремень З.И., Юрьев В.Г., Бабошкин А.Ф. Технология шлифования в машиностроении/ Под общ. ред. З.И.Кремня. - СПб.: Политехника, 2007. - 424 с.

Условия и результаты испытаний

Таблица 4

Используемые инструменты Скорость резания, Скорость касательной подачи, Vsk, м/мин Величина радиальной подачи Sp, мм/дв.ход Число двойных ходов Количество зубьев между правкой круга Глубина прав ки t, Удельная производи- Штучное время,

^ерн, /^ист., м/с Черн. Чист. Черн. Чист. Черн. Чист. Черн. Чист. мм тель-ность шлиф., мм3/с Тшт., мин

«Burka Kosmos», Германия 35/35 3 2,5/ 125 0,132 0,06/ 0,04 4 1/1 21 61 0,05 6,6 24

«Norton», США 35/35 3 2,5/ 125 0,176 0,06/ 0,04 3 1/1 21 61 0,05 8,8 22

Опытный 30/35 3 2,5/ 125 0,132 0,06/ 0,04 4 1/1 21 61 0,05 6,6 24