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

Примечания. 1. Степень точности цилиндрических колес дана но ГОСТ 1643-81, конических — по ГОСТ 1758-81.2. Шероховатость боковой поверхности зубьев приведена по ГОСТ 2789-73.

1.5.Рекомендуемые технологические процессы механической обработки зубчатых колес

Исходными данными для разработки технологического процесса изготовления зубча­ того колеса являются: чертеж детали; сборочный узел с зубчатым колесом; годовой вы­ пуск деталей; требования к применяемому оборудованию, инструменту, оснастке, к точно­ сти зубчатого венца и работе зубчатого колеса в передаче.

Высокое качество изготовления зубчатого колеса обусловливается точностью заго­ товки. Для обеспечения высоких режимов резания на операциях ее механической обра­ ботки особое внимание следует уделять предварительной термической обработке. Обеспе­ чение высокой и стабильной точности базовых поверхностей — непременное условие

36 Г л а в а 1

внутреннего диаметра производится на виутришлифовальных станках с базированием зубчатого колеса по боковой поверхности зуба или на хонинговальном станке с базирова­ нием от обрабатываемого отверстия.

При базировании по боковым поверхностям шлиц необходимо получение шлицевого отверстия с достаточно низкой твердостью, позволяющей выполнить чистовое протягива­ ние шлицевого отверстия. Такой метод приемлем при закалке зубчатого венца ТВЧ, а так­ же при достаточно надежных методах зашиты шлицевого отверстия от поверхностного насыщения при цементации или ннтроцементации.

При базировании шлицевого отверстия по наружному центрирующему диаметру и высокой твердости шлицевого отверстия используются прошивка дорнами, электрохими­ ческая обработка, хонингование алмазными брусками. Однако все вышеперечисленные методы имеют недостатки, не позволяют достичь требуемой точности и получили ограни­ ченное применение.

Наиболее эффективным и точным методом обработки наружного центрирующего диаметра шлицевых отверстий с «твердыми» шлицами является метод протягивания ал­ мазными прошивками, разработанный фирмой Fàssler. Это метод основан на обработке наружного центрирующего диаметра, а также при необходимости и боковых поверхностей шлицевого отверстия алмазной прошивкой. Прошивка состоит из трех частей. Первая, центрирующая часть служит для фиксации обрабатываемой шестерни на прошивке, вто­ рая, конусная — для съема припуска, и третья, калибрующая — для обеспечения оконча­ тельного размера. Обрабатываемая деталь 1 устанавливается на столе станка (рис. 1.1) на выступающую над поверхностью стола центрирующую часть прошивки 2 и закрывается сверху поворотной траверсой 3. Следует движение прошивки 2 вверх от гидроцилиндра 4 с выполнением следующего цикла обработки. Прошивка входит в обрабатываемое шлице­ вое отверстие и наталкивается на обрабатываемую поверхность. Происходят фиксация усилия сопротивления прошивке, затем возврат прошивки в исходное положение и по­

вторный ввод прошивки в отверстие опять до соприкосновения с обрабатываемой поверх­ ностью и фиксацией усилия сопротивления. Процесс ввода и отвода прошивки повторяет­ ся в быстром темпе до тех пор, пока прошив­ ка не пройдет полностью обрабатываемое шлицевое отверстие. При обратном ходе про­ шивки происходит очистка прошивки от ме­ таллической стружки. Съем припуска с обра­ батываемой поверхности происходит соглас­ но схеме на рис. 1.2. Циклограмма работы по этому методу показана на рис. 1.3.

Использование метода фирмы Fàssler для обработки наружного центрирующего диа­ метра позволяет обеспечить окончательную

Рис. 1.2. Схема съема припуска при финишной обработке центрирующего диаметра: 1— обра­ батываемая поверхность: 2 — алмазное зерно; 3 — слой крепления алмазного зерна; 4 — прошив­ ка; А — эластическая деформация детали; В — снимаемый припуск

S.

Рис. 1.3. Циклограмма работы станка для финишной обработки центрирующего диаметра шлице­ вого отверстия: f0l fs — соответственно время начала и конца операции; t\ центрирование; f2 — съем припуска; f3 — калибрование; Г4— возврат прошивки в исходное положение

наружный центрирующий диаметр, наружный центрирующий диаметр и боковые поверх­ ности шлиц, боковые поверхности шлиц, наружный и внутренний центрирующие диамет­ ры, внутренний центрирующий диаметр и боковые поверхности шлиц.

1.7.Технологическая наследственность и требования к материалу и заготовкам

для зубчатых колес

Одной из актуальнейших проблем производства зубчатых передач является создание основ управления качеством зубчатых колес, обеспечение их надежности и долговечно­ сти. Решение этой задачи основано на тщательном изучении и использовании взаимосвя­ зи конструкторских и технологических факторов с эксплуатационными показателями зубчатых колес и передач [1]. Особое внимание должно быть уделено управлению технологи­ ческими процессами изготовления зубчатых колес, обеспечению заданных показателей точ­ ности сопряжения и приданию рабочим поверхностям зубьев необходимых физико-меха­ нических свойств. Важно отметить, что вопросы формирования качества готовых передач должны решаться не изолированно на отдельных операциях технологического процесса, а комплексно для всего технологического процесса в целом с учетом проявления технологи­ ческой надежности на всех этапах производства и в эксплуатации зубчатых передач.

38 Г л а в а 1

Под технологической наследственностью следует понимать явление изменения экс­ плуатационных показателей зубчатых колес под влиянием технологии изготовления, ко­ гда отдельные характеристики и свойства обрабатываемой заготовки переходят от одной операции к другой, и конечные показатели качества зубчатого колеса оказываются на­ следственными от предыдущих операций. К таким показателям качества относятся: структурная наследственность, направление волокон в заготовке, микроструктура, внут­ ренние напряжения, шероховатость поверхностей зубьев, дефекты зубошлифования — прижоги, мпкротрещины и др.

Зубчатые колеса должны обладать достаточно высокой прочностью, поверхностной твердостью и износостойкостью, обеспечивающими надежную работу зубчатой передачи при наименьших ее габаритах и массе. Поэтому зубчатые колеса изготовляются преиму­ щественно из углеродистых и легированных сталей с термической или химико-термиче­ ской их обработкой.

Материал заготовки предопределяет многие выходные параметры качества зубчатого колеса, которые остаются на всех операциях и переходят на готовую деталь. Поэтому при выборе материала для зубчатых колес ответственного назначения учитывают не только химический состав и механические свойства стали, но принимают еще во внимание прокаливаемость, наследственную величину зерна, селектированис по содержанию углерода, обрабатываемость режущими инструментами, склонность к деформации при термической обработке и другие металлургические факторы, связанные с проявлением технологиче­ ской наследственности.

Химический состав стали обусловливает ее твердость, прокаливаемость, размеры зе­ рен, склонность к деформации при термической обработке, усталостную и контактную прочность. Ударная вязкость стали повышается при введении никеля, молибдена, вана­ дия, кремния и снижается при добавлении хрома и марганца. Легирование стали хромом и марганцем обеспечивает высокую твердость и прочность, титаном и цирконием — уменьшает склонность к росту зерна при перегреве. Молибден, бор и ванадий повышают прокаливаемость стали, кремний — прочность и упругость, никель и марганец — содержа­ ние остаточного аустенита в цементованном и интроцементованном слое.

Обрабатываемость стали зависит от ее химического состава и механических свойств. Чем она тверже, тем хуже обрабатывается. При введении большинства легирующих эле­ ментов обрабатываемость стали ухудшается, исключение составляет свинец. Стали с ма­ лым содержанием углерода имеют повышенную вязкость и поэтому хуже обрабатываются (вследствие значительной шероховатости поверхности).

Кроме того, обращают внимание на особенности производства стали, так как в зави­ симости от способа производства при одном и том же химическом составе сталь обладает различными физико-механическими свойствами. Стали, полученные вакуумированием, рафинированием синтетическим шлаком и электрошлаковым переплавом отличаются более высокими прочностными свойствами вдоль и поперек прокатки, так как не загряз­ нены шлаками и газовыми включениями. При электрошлаковом переплаве вредное содер­ жание серы понижается на одну треть, окислы переходят в шлак, а ценные легирующие добавки не выгорают.

Плавочные характеристики стали и качество применяемых заготовок (штамповок) для изготовления зубчатых колес оказывают существенное влияние на обрабатываемость режущими инструментами и деформации зубчатого венца на всех стадиях термической и химико-термической обработки. Чтобы отклонения профиля зубьев и другие допуски при деформации зубчатого венца изменялись стабильно и не выходили за пределы допусти­ мых погрешностей, применяют стали определенной прокаливаемости и наследственно мелкозернистые. На прокаливаемость стали наибольшее влияние оказывают химический

состав, величина наследственного зерна, условия нагрева и охлаждения. В связи с этим в технических условиях оговаривают поставку стали по зернистости и строго регламенти­ рованной прокаливаемостп. Очень важно также применение сталей с более узкими преде­ лами содержания углерода и легирующих элементов. Так как сталь при одном и том же химическом составе имеет различную прокаливаемость, каждую плавку испытывают на прокаливаемость.

При выборе стали для шлифуемых зубчатых колес учитывают теплостойкость стали: чем она ниже, тем сталь более склонна к образованию шлифовочных прижогов и трещин. О склонности стали к дефектам при шлифовании можно судить по ее температуре отпус­ ка, которая должна быть повышенной (более 200 °С). Следует также учитывать, что в ле­ гированных сталях склонность к трешинообразовапню при зубошлифованин особенно увеличивается с увеличением содержания хрома.

Вответственных случаях для обеспечения требуемого качества поверхностей зубьев, подвергаемых шлифованию после химико-термической обработки, производится отбор плавок по результатам дилатормстрического контроля.

Втабл. 1.6 даны характеристики марок сталей, используемых при производстве зуб­

чатых колес.

Способ получения заготовок зубчатых колес оказывает большое влияние на служеб­ ные свойства последних, технологию их изготовления и расход металла.

При изготовлении малонагруженпых зубчатых колес диаметром до 50-60 мм штуч­ ные заготовки экономично отрезать от калиброванного прута; при больших размерах из­ готовление заготовок из прутка становится неэкономичным из-за увеличения отходов ме­ талла и стоимости изготовления. В этом случае образование формы зубчатого колеса — высадка диафрагмы и ступицы, прошивка отверстия — производится горячей механиче­ ской обработкой — штамповкой или свободной ковкой.

Заготовки, получаемые свободной ковкой на молотах н ковочных прессах, отличают­ ся низким качеством, так как из-за больших колебаний размеров, значительной глубины дефектного слоя и несоответствия конфигурации заготовки форме готовой детали необ­ ходимо устанавливать большие припуски, что приводит к значительным их колебаниям, потерям металла и удорожанию механической обработки. Получение заготовки свобод­ ной ковкой в некоторой степени решает задачу правильного ориентирования волокон по отношению к зубу, однако может быть использовано только при единичном или мелкосе­ рийном производстве зубчатых колес.

Получение штучных заготовок штамповкой выполняется в зависимости от размеров, конфигурации и требуемого количества зубчатых колес в подкладных открытых и закры­ тых штампах, на ковочных молотах и прессах, кривошипных прессах и горизонтально-ко­ вочных машинах. Лучшие результаты по производительности и качеству штамповок дают штамповочные прессы, работающие без перекосов и обеспечивающие одинаковые разме­ ры и формы всех изготовляемых в партии заготовок. Технологические факторы, возни­ кающие в процессе выполнения кузнечно-штамновочных операций, проходят в дальней­ шем через все последующие основные операции механической термической и хими­ ко-термической обработки и оказывают влияние на усталостную прочность зубчатых колес и их износостойкость.

Температурный интервал штамповки заготовок и степень обжатия материала закла­ дывают определенные эксплуатационные качества будущего готового зубчатого колеса. Если при этом создана неблагоприятная структура и неправильно сориентированы волок­ на относительно зуба, то, как бы ни были обработаны зубы, они будут иметь низкие физи­ ко-механические свойства, следовательно, малую долговечность п надежность.