книги / Технология производства и методы обеспечения качества зубчатых колес и передач

Нагрев заготовки может быть предварительный, производимый перед началом нака­ тывания зубьев, или же продолжающийся в проиессе изготовления зубчатого венца. На­ грев наружной поверхности заготовки производят токами высокой частоты. В первом случае используют кольцевые индукторы с высоким электрическим к. п. д. и неизменны­ ми электрическими параметрами. Заготовку следует нагревать с таким расчетом, чтобы тепла хватило на поддержание высокой температуры в течение всего процесса накатыва­ ния. Верхний предел температуры составляет примерно 1200 °С.

Заготовку в процессе накатывания зубьев нагревают секторными индукторами, со­ стоящими из одного или дпух секторов. Глубина нацзева должна составлять около двух модулей. Индукторы позволяют менять зазоры между заготовкой и индуктором. Полукольцевой индуктор с регулируемым зазором, разработанный НИИТВЧ, применяли при накатывании колес с диаметром более 300 мм и шириной венца более 50 мм.

Главный недостаток горячего накатывания — низкая точность накатываемых колес (9-10-й степени), что объясняется не совсем надежной синхронизацией движения инст­ румента и чрезмерно развитой кинематической цепью станков.

Горячее накатывание цилиндрических зубчатых колес может осуществляться по двум схемам.

На рис. 6.1, а представлена схема пруткового способа накатывания. Заготовка нака­ тывается двумя накатниками при постоянном мсжосевом расстоянии. Заготовки 1 уста­ навливаются стопкой и зажимаются в подвижном суппорте. Затем стопка заготовок при­ водится во вращение от накатников 2, связанных между собой дополнительным зубчатым колесом 3. Нагрев заготовок осуществляется индуктором 4 до 1100-1150 °С, затем заго­ товки подаются в зону вращающихся накатников, которые формируют зубья. Скорость подачи заготовки согласуется со скоростью нагрева заготовки в индукторе до температу­ ры накатывания.

На рис. 6.1, б представлена схема штучного способа накатывания. Заготовка накаты­ вается двумя накатниками с радиальной их подачей к заготовке. Вращение заготовки 1 и накатников 2 синхронизировано с помощью кинематической цепи. Заготовку предвари­ тельно обрабатывают по торцам, наружной поверхности и посадочному отверстию. На накатном станке она зажимается двумя стаканами 3, затем приводится во вращение и на­ гревается индуктором до 1100-1150 °С. После этого включается механизм сближения на­ катников и производится обжатие заготовки. Для ограничения бокового течения металла применяются диски-реборды 4. Накатники сближаются до заданного межосевого рас­ стояния. Точность зубчатого венца после накатывания составляет около 0,3 мм по ради­ альному биению и 0,2 мм — по погрешности профиля.

Зубонакатный стан ЗПС-120 служит для накатывания прямых, косых и шевронных зубьев венцов колес на заготовках диаметром 30-200 мм с шириной венца 60 мм (прутка 120 мм) и модулем до 3,5 мм.

Стан ЗПС-350 применяют для горячего накатывания зубчатых венцов колес диа­ метром 120-320 мм, с шириной венца до 40 мм и модулем зубьев до 7 мм. Суппорт одно­ го из накатников в стане неподвижен, а заготовка совместно с кареткой и подвижным накатником в процессе накатывания зубьев сближаются. Перед началом накатывания зубьев венца штампованная заготовка обкатывается (калибруется по диаметру) гладкими валками.

Стан ЗПС-450 служит для накатывания зубчатых венцов колес, диаметр которых 300-600 мм с модулем зубьев до 6,5 мм. Кинематическая схема его аналогична кинемати­ ческой схеме стана ЗПС-350.

Рис. 6.1. Методы горячего накатывания зубчатых колес:

а — по схеме пруткового способа; б — по схеме штучного способа

6 .2 .2 . Горячее накатывание конических колес

Горячее накатывание крунномодульных конических колес производится по схеме, представленной на рис. 6.2. В качестве инструмента применяется коническое производя­ щее колесо 1. Синхронизация вращения заготовки 2 и инструмента осуществляется с по­ мощью конической прямозубой передачи 3. Заготовка под накатывание обрабатывается по наружной поверхности и отверстию. После ее установки на шпиндель накатного стана происходят нагрев заготовки от индуктора, затем осевая подача инструмента с формиро­ ванием зубьев. Боковое течение металла зубьев ограничивается двумя коническими реб­ рами 4 и 5. Точность зубчатого венца после накатывания составляет 0,35-0,4 мм.

6.3.Холодное накатывание зубчатых колес и шлицевых валов

6 .3 .1 . Основные схемы холодного накатывания

Холодное накатывание используют при изготовлении зубчатых колес с модулем до 2,5 мм, а также шлицев с модулем до 3,5 мм.

Этот способ дает возможность значительно повысить производительность формооб­ разования зубчатых профилен, коэффициент использования металла, получить волокни­ стую структуру и существенно улучшить механические характеристики. Применение это­ го метода наиболее эффективно в условиях массового производства. Промышленностью освоен ряд схем и методов холодного накатывания зубчатых профилей.

196 Г л а в а 6

Накатывание двумя сегментами с внутренними зубьями позволяет осущест­ вить накатку в одном направлении при со­ хранении симметричной системы сил от­ носительно оси накатываемой детали.

Преимущество метода — благоприят­ ная схема напряженного состояния вслед­

ствие увеличения коэффициента высотного

Рис. 6.5. Метод накатывания Roto-Flo

перекрытия при накатывании инструмен­ том внутреннего зацепления, возможность получения шлицев большой длины. Недостатки метода — сложность кинематики станков,

низкая стойкость инструмента, а также сложность изготовления самого инструмента с внутренними зубьями.

Метод накатывания реечным инструментом. Главным рабочим движением при нака­ тывании зубьев по этой схеме является поступательное перемещение реек в противопо­ ложных направлениях. Высота зубьев по длине накатных реек распределяется на три ос­ новных участка: формирующий, калибрующий и разгрузочный. Ширина зубчатых реек равна ширине накатываемого зубчатого венца.

По этому принципу работают станки модели Roto-Flo фирмы Michigan Tool Со (рис. 6.5). Рейки установлены на ползунах, приводимых в движение гидроцилиндрами. Скорости их перемещения синхронизированы посредством пары эталонных реек. Точ­ ность накатываемого изделия достигается за счет прецизионного изготовления накатных реек. Калибровка зубьев у накатываемой детали, как правило, выполняется за два ее обо­ рота. Данный способ и оборудование применяются только при накатывании зубчатых профилей в холодном состоянии. Накатывание готовой детали производится за один ход реек (3 -5 с) в одном направлении. Поэтому станки автоматизируются для обеспечения высокой степени их использования.

Инструментальные рейки имеют длину до 1240 мм. На этих станах изготавливаются шлицы длиной до 102 мм на валах диаметром от 12,7 до 50,8 мм. При использовании ци­ линдрических реек длина шлицев достигает 305 мм. Шлицы накатывают как на сплош­ ных, так и на полых заготовках. Производительность составляет 200-300 деталей в час. Способ рекомендуется применять для деталей с диаметром до 90 мм и шириной до 120 мм. По этому методу накатываются только эвольвентные профили. Точность заго­ товки под накатывание должна быть по наружному диаметру в пределах 0,03-0,05 мм, а готовой детали — 0,02 мм по погрешностям профиля и направлению зубьев, 0,03- 0,05 мм — по радиальному биению.

Достоинства метода — высокая производительность и достаточно высокая точность накатываемых деталей. Станки, работающие по этому способу, конструктивно просты и отличаются повышенной жесткостью. Недостатки метода — высокая стоимость изготов­ ления инструментальных прецизионных прямых реек, ограничения в использовании спо­ соба по накатываемому модулю до 1,5 мм, диаметру деталей и ширине зубчатого венца.

Продольное накатывание шлицев (рис. 6.6). Метод продольной накатки шлицев за­ ключается в следующем: стержневая цилиндрическая заготовка, установленная в цен­ трах, проталкивается через многороликопую обойму. Число и расположение накатных ро­ ликов в обойме соответствуют числу и расположению шлицев накатываемой детали.

Созданы и применяются два типа станков для продольной накатки шлицев:

—станки конструкции ЭНИМС;

—станки конструкции АНИТИМ.

При методе поперечного накатывания с постоянным межосевым расстоянием

(рис. 6.7) заготовки прокатываются между двумя накатниками. Процесс деформирова­ ния аналогичен методу Roto-Flo. Накатники имеют повышающийся профиль зубьев, что обеспечивает формообразование накатываемого профиля. Калибрующий участок накат­ ника позволяет получать требуемую точность. Движение накатников синхронизировано кинематической цепыо накатного стана.

Производительность несколько выше, чем при использовании метода Roto-Flo, так как не требуется дополнительное время на возвратное движение инстру­ мента, и составляет 250-350 деталей в час. Данный метод применяется при на­ катывании эвольвентпых профилей. Ре­ комендуется использовать для деталей с модулем до 2 мм, диаметром до 50 мм. Точность накатанного зубчатого венца соответствует 9-10-й степени по ГОСТ

1643-81. при постоянном межосевом расстоянии

198 Г л а в а 6

Схема накатки двумя цилиндрическими накатниками с радиальной подачей заготовки

подобна аналогичному способу накатки резьбы. Станки, работающие по схеме накатки двумя цилиндрическими накатниками с радиальной подачей, по конструкции и принципу действия аналогичны резьбонакатным станкам. Они имеют две накатные головки, одна из которых установлена неподвижно, а вторая перемещается на поперечных салазках с помо­ щью гидроцилиндра. Подобно резьбонакатным станкам, шпиндели станков для накатки имеют наружные опоры, предотвращающие их прогиб в процессе накатки, общий элек­ тромеханический привод, обеспечивающий одновременность вращения рабочих роликов, и устройство для независимой регулировки поворота шпинделей в целях установки зубь­ ев инструментов относительно друг друга.

Следует отметить низкое качество накатываемых по данной схеме зубьев ввиду нали­ чия значительных закатов на головках и зажимов во впадинах и по профилям зубьев.

По этой схеме работают станки фирмы Bad Düben (ФРГ), предназначенные для хо­ лодного накатывания резьб, ходовых витков и зубчатых колес. Фирма выпускает гамму станков для различных типоразмеров деталей, наиболее мощные станки позволяют созда­ вать усилие накатки до 800 кИ и накатывать детали диаметром до 220 мм при длине до 300 мм.

Схема накатки двумя или тремя накатными роликами с осевой подачей осуществляет­ ся при постоянном межосевом расстоянии.

Накатники представляют собой цилиндрические зубчатые колеса с конической за­ борной частью, осуществляющей формообразование профиля.

В отличие от накатных станков с двумя роликами, в которых оба накатника являются приводными, в станках, работающих по трехиакатниковой схеме, приводным является лишь один накатник, а два других получают вращение от синхронизирующей шестерни, находящейся на одной оси с накатываемой заготовкой.

Схема накатывания цилиндрическими накатниками с тангенциальной подачей загото­ вок основана на накатке со свободным делением заготовки между двумя накатниками, имеющими различные окружные скорости, причем разность скоростей создает тангенци­ альную составляющую перемещения заготовки через накатники.

Станки, использующие данную схему накатки, состоят из 3 -4 пар накатников, в кото­ рых последовательно выполняются все стадии процесса: деление заготовки, формирова­ ние зубьев (1 -2 пары), калибрование зубчатого венца.

Данная схема широко применяется в приборостроении и более подробно описана в п. 6.4.1.

6 .3 .2 . Станки для поперечной накатки с двумя накатникам и

Схема поперечной накатки с двумя накатниками получила широкое применение в станках для холодной накатки Минского ПКТИ, которые успешно внедрены на многих предприятиях авто- и тракторостроения.

В зависимости от параметров накатываемых зубчатых колес и шлицевых валов при­ меняются три вида накатывания (рис. 6.8):

—однопроходный — для накатывания затылованным инструментом зубчатых колес и шлицевых валов модулем до 1,5 мм, диаметром до 50 мм (рис. 6.8, а);

—многопроходный — для накатывания затылованным инструментом зубчатых колес модулем до 2,5 мм, диаметром до 120 мм (рис. 6.8, 6)\

Рис. 6.8. Зубо- и шлиценакатные станки: а - схема однопроходного.накатывания; б - схема мно­ гопроходного накатывания; в - схема поперечной накатки с осевой подачей