Расширение технологических возможностей методов обработки зубчатых колес

Возрастающие требования к качеству зубчатых колес вызывают необходимость поиска новых подходов к совершенствованию методов их обработки как со снятием материала, так и без него. Исследованы протягивание базового отверстия, фрезерование, шевингование и холодное прикатывание зубьев колес из стали 18ХГТ и порошковых металлокерамических сплавов. Основное внимание уделяли расширению технологических возможностей этих методов и стабильности достигаемого качества. Установлено, что при обработке базовых цилиндрических, шпоночных и шлицевых отверстий зубчатых колес (сырых и термообработанных) целесообразно использовать протягивание. В этом случае инструмент работает с очень малыми припусками, но и это не гарантирует отсутствия наростообразования при взаимодействии материалов заготовки и инструмента. Использование твердых сплавов для деформирующих элементов в определенной степени решает эту проблему, но удорожает инструмент и его применение во многих случаях становится нерентабельным. Цельные протяжки, например, из стали Р6М5, изготавливать значительно проще, однако возникает необходимость решения задач, связанных с действием сил межатомного сцепления, возникающих в процессе трения между двумя металлическими поверхностями. Нанесение сетки масляных каналов и износостойких покрытий значительно упрощает и удешевляет изготовление инструмента и обеспечивает получение требуемых параметров качества базового отверстия зубчатых колес. Кроме того, с целью снижения погрешности формы обрабатываемых поверхностей увеличено число одновременно находящихся в работе выглаживающих элементов и уменьшен шаг между ними. Такое решение эффективно при обработке как цилиндрических, так и шлицевых базовых отверстий. Однако оно не снимает проблему эксцентриситета и микронеровностей в поперечном направлении шлицев. Поэтому предлагается применить также чередование зубьев, работающих по генераторной и профильной схеме, что обеспечит снижение погрешности смещения оси базового открытия относительно венца зубчатого колеса. Комбинированная схема обработки шлицевых базовых поверхностей зубчатых колес позволит за счет сочетания предлагаемых решений снизить приблизительно в 1,8 раза высоту микронеровностей и повысить в 1,4 раза точность обработки. Столь пристальное внимание к качеству базовых поверхностей зубчатых колес связано с достижением требуемых показателей при последующей обработке, в частности, зубофрезеровании и шевинговании. Например, при фрезеровании зубчатых колес неперпендикулярность базового отверстия к торцу вызывает дополнительные погрешности, связанные с ориентацией заготовок относительно режущих кромок инструмента. Для решения этой задачи предложена технологическая оснастка, обеспечивающая ориентирование пакета заготовок зубчатых колес за счет кинематической связи заготовки и инструмента. При установке пакета фиксатор зажимного и контрольного приспособления создает дополнительную коррекцию режущей кромки червячной фрезы относительно зубьев заготовок. Для стабильного базирования зубчатых колес при шевинговании предложена оправка с упругими сферическими элементами на основе полиуретана, компенсирующими погрешность расположения торцевых поверхностей заготовок и базового отверстия. Точность зубошевингования цилиндрических зубчатых колес повысилась на 20 %. Результаты исследования процесса шевингования показали, что на стабильность показателей качества существенно влияет стойкость инструмента. Для ее повышения предложено устанавливать заготовку перед обработкой со смещением 0,5—0,6 мм относительно инструмента. В этом случае в конце каждого рабочего хода заготовке сообщается одновременно с радиальной поперечная подача, которая выполняется ступенчато с постепенным уменьшением величины. При последнем рабочем ходе обеспечивается совмещение осей шевера и обрабатываемого колеса. Равномерность съема металла на ведомых и ведущих сторонах зубьев достигается первоначальным смещением заготовки относительно зубчатого колеса. Затем угол зацепления инструмента с заготовкой уменьшается, а коэффициент перекрытия увеличивается, что позволяет уравновесить съем металла с обеих сторон зубьев. По мере уменьшения снимаемого припуска увеличивается площадь контакта зубьев шевера с заготовкой, вызывая увеличение сил резания. Поэтому поперечная подача уменьшается до момента совпадения осей шевера и обрабатываемого колеса. Затем при калибрующих ходах окончательно формируется заданный профиль зубьев. Для обеспечения равномерного износа инструмента с обеих сторон целесообразно периодически менять направление вращения шевера, а следовательно, подвода и отвода заготовки. Отсутствие резких остановок шевера, возникающих при реверсировании, позволяет повысить стойкость шеверов на 15—20 %. При исследовании холодного прикатывания зубьев накатники модулем 4,75 мм изготавливали по групповой схеме обработки с шагом спирали 1,75 мм. Припуск на сторону составлял 0,02—0,04 мм. Экспериментами установлено, что по сравнению с шевингованием прикатка обеспечивает снижение на 20—25 % погрешности колебания измерительного межцентрового расстояния за один оборот колеса, на 30—35 % — профиля, на 10—15 % — направления зуба, на 30—35 % — микронеровностей (Ra). Производительность обработки повышается в 1,2 раза, а стойкость инструмента — в 5 раз. Изготовление зубчатых колес из порошковых металлокерамических сплавов позволяет снизить припуск и трудоемкость обработки, получить значительную экономию металла и высвободить оборудование. Однако возможности этих технологических процессов недостаточно изучены. Исследования протягивания базового отверстия зубчатых колес из металлокерамики проводили прошивками различных конструкций с износостойким покрытием и без него. Прошивки изготавливали из быстрорежущей стали Р6М5 с режущими зубьями (передний угол 7—10°) и деформирующими элементами. С увеличением переднего угла усилия резания не уменьшались, но становились более плавными и стабильными. На снижение усилий оказали влияние конструкция режущей и деформирующей частей инструмента, а также наличие на них покрытия из нитрида хрома, обеспечивающего в 1,5—2 раза более высокую стойкость. При испытании прошивок наростообразования на их рабочих поверхностях не было. Однако стойкость прошивок при переточках резко снижалась. Доводка зубьев алмазными кругами повысила стойкость прошивок в 1,3 раза. Скругление режущих кромок радиусом 0,007 мм нецелесообразно, достаточно обеспечить радиус 0,02 мм. Предлагаемые решения значительно расширяют технологические возможности методов обработки зубчатых колес.