СТАБИЛИЗАЦИЯ ПРИПУСКА ПОД ХОЛОДНОЕ ЧИСТОВОЕ ПРИ-КАТЫВАНИЕ СРЕДНЕМОДУЛЬНЫХ ЗУБЧАТЫХ ВЕНЦОВ

STABILIZATION OF THE ALLOWANCE UNDER COLD FAIR ROLLING GEAR WREATHS OF THE MIDLE PITCH

Alexander Cherepakhin

candidate of Technical Sciences, associate professor Moscow polytechnical university

Russia,Moscow

АННОТАЦИЯ

Рассмотрено влияние натяга (припуска под чистовое прикатывание) на радиальную составляющую усилия прикатывания. Показано, что предварительное фрезерование червячной фрезой не обеспечивает стабильности припуска под чистовое прикатывание. Предложен вариант стабилизации припуска под чистовое прикатывание.

ABSTRACT

Influence of a tightness (an allowance under a fair rolling) on a radial component of effort of a rolling is considered. It is shown that preliminary milling by a worm mill does not provide stability of an allowance under a fair rolling. The option of stabilization of an allowance under a fair rolling is offered.

Ключевые слова: зубчатый венец, чистовое прикатывание, точность обработки, фрезерование червячными фрезами, шевингование.

Keywords: gear wreath, fair rolling, processing accuracy, milling by worm mills, sheving.

Наиболее распространенная технологическая цепочка в отечественной автомобильной промышленности технологическая цепочка обработки среднемодульных (3...8 мм) цилиндрических зубчатых венцов (фрезерование червячными фрезами - шевингование - термическая обработка - шлифование, при необходимости) не обеспечивает требуемой производительности и точности (6 степень точности) обработки венца, которые предъявляют современные трансмиссии. Применение более эффективных методов (чистового прикатывания) сдерживается неразработанностью теоретических вопросов влияния натяга (припуска) под прикатывание на величину усилий прикатывания и точность обработки.

Исследование процесса холодного прикатывания среднемодульных зубчатых венцов, проведенное в технологической лаборатории Московского технологического университета (до 2015 г. "Университет машиностроения (МАМИ)") выявило следующую проблему: перед холодным прикатыванием точность обработки зубчатых колёс после зубонарезания червячными фрезами должна быть выше, а припуск на сторону зуба меньше, чем перед шевингованием, примерно наполовину [4, с. 109].

Для решения этой проблемы было исследовано влияние конструкторско-технологических параметров на силы холодного прикатывания [2, с.32; 3, с. 19;  4, с. 96].

Радиальная (F_p), тангенциальная (F_т) составляющие силы прикатывания  (рис. 1) равны соответственно:

где:  F_W - сила прикатывание, направленная перпендикулярно рабочему

        профилю инструмента (накатника) в полюсе зацепления;

        α - угол профиля (20º).

Рисунок 1. Разложение силы прикатывания F_w на радиальную и тангенциальную составляющие: О₁ и О₂ – оси вращения  соответственно накатника 1 и калибруемого колеса 2; Р - полюс зацепления.

Для определения силы прикатывания F_W можно использовать формулу В.М. Смелянского для определения сил обкатывания при поверхностном пластическом деформировании гладким цилиндрическим накатником [1. с. 257]:

где: σ_N – напряжение на площадке контакта: ;

        σ_s устанавливается (по кривой упрочнения «σ_N – Г») по заданному значению Г,

        Г – накопленная степень деформации сдвига.

         Для холодного прикатывания среднеуглеродистых и низколегированных хромомарганцевых сталей твердостью 200 … 255 НВ, кривая упрочнения описывается уравнением .

Проведя подстановки, окончательно получим:

где: Z₁ и Z₂ – число зубьев соответственно накатника и калибруемого колеса;

         m – модуль, мм;

         Н – натяг (припуск под прикатывание на сторону), мм;

         F – реальная площадь контакта боковых поверхностей зубьев накатника и

       калибруемого колеса;

        Г - накопленная степень деформации сдвига; при натягах 0,02 … 0,1 мм;

          Г = 0,5 … 0,8; k₁=0,00015; k₂= 0,0006; [5, с. 58];

         F_w в КН; σ_т в МПа; F в мм²;  .

Анализ зависимости (3) показал, что:

- наибольшее влияние на удельную силу холодного прикатывания (рис. 2) оказывают предел прочности материала калибруемого колеса и технологический припуск (натяг);

- увеличением натяга, резко увеличивается интенсивность возрастания силы прикатывания, и при удельной силе более 1,6 КН/мм возможны наплывы и потеря запаса пластичности материала заготовки;

- уменьшение силы прикатывания возможно за счет уменьшения площади контакта (применение зуба накатника с шеверными канавками)

Стабилизация припуска под холодное прикатывание возможна при использовании специального станка (разработка Московского технологического университета), снабжённого узлом стабилизации припуска под отделочную обработку пластическим деформированием металла.

В этом станке перед позицией холодного прикатывания зубчатого венца имеется позиция однопроходного шевингования без радиальной подачи по укороченному циклу при постоянном межосевом расстоянии шевера и обрабатываемого зубчатого колеса. Это расстояние выбирается таким образом, чтобы все зубчатые колёса с завышенным припуском после такого шевингования имели одинаковый припуск, равный по величине оптимальному. Шевер, выполненный с заходным конусом, при такой установке на станке срезает излишний припуск и тем самым стабилизирует как величину припуска под прикатывание зубьев, так и сам процесс холодного прикатывания.

Рисунок 3. Компоновка шевинговально-прикатного станка:

1 – узел стабилизации припуска; 2 – шевер; 3 – камера удаления стружки; 4 – вертикальные направляющие; 5 – накатник; 6 – обрабатываемая шестерня; 7 - каретка; h – межосевое расстояние.

На разработанном и внедрённом на ОАО «Мытищинский машиностроительный завод (ММЗ МЕТРОВАГОНМАШ)» модернизированном зубоотделочном станке мод. UPW25х100 использована традиционная схема холодного прикатывания зубьев двумя накатниками.

Узел стабилизации  припуска 1 выполнен в виде шевинговальной головки с шевером 2 для однопроходного шевингования при постоянном межосевом расстоянии «h». Для удаления стружки, возникающей при шевинговании, служит камера 3, выполненная в виде закрытого с четырёх сторон кожуха с возможностью подачи в него под давлением моющей жидкости. Указанная камера располагается на станке перед позицией холодного прикатыванияя зубьев обрабатываемой шестерни 6 и предназначена для гарантированного исключения наиболее часто встречающегося в практике порока - закатов стружки в поверхность зубьев колеса. Для перемещения обрабатываемого изделия из рабочей зоны стабилизации припуска через камеру удаления стружки в рабочую зону холодного прикатывания служит каретка 7, перемещаемая по вертикальным направляющим 4.

Последовательное выполнение операций однопроходного шевингования без радиальной подачи и холодного прикатывания зубьев цилиндрических колёс на одном станке позволяет получить следующие преимущества: наиболее полно реализовать принцип концентрации операций на одном станке; высвободить производственную площадь; снизить трудоёмкость обработки на 20 % за счёт совмещения вспомогательного времени с машинным; полностью исключить контроль зубчатых колёс  перед холодным прикатыванием зубьев и гарантировать величину оптимального припуска под прикатывание; стабилизировать процесс холодного прикатывания при использовании на предварительных операциях зубонарезания зубофрезерных станков обычной точности класса Н; повысить производительность отделочной обработки зубьев в 4…5 раз по сравнению с традиционным шевингованием зубьев.

С целью исследования исправляющей способности процесса холодного прикатывания с предварительной стабилизацией припуска была обработана партия зубчатых колёс (m_н  = 3,5 мм, Z = 38 , β = 20°40′ и b_w = 28 мм). Зубонарезание осуществлялось на зубофрезерном станке PFAUTER P630; предварительное шевингование выполнялось на станке мод. 5702 шевером для однопроходного шевингования с углом заборного конуса γ = 5°; холодное прикатываниее зубьев проводилось на модернизированном профиленакатном станке мод. UWР 25х100. Режимы обработки экспериментальной партии приведены в табл. 1

На точечной диаграмме (рис. 4) показана величина колебаний измерительного межосевого расстояния за оборот колеса при зацеплении с эталонным колесом по этапам обработки: 1-й этап – зубофрезерование червячной фрезой, 2-й этап - однопроходное зубошевингование, 3-й - холодное прикатывание зубьев непосредственно после зубофрезерования и 4-й этап - холодное прикатывание зубьев колеса с предварительной стабилизацией припуска.

Таблица 1.

Режимы обработки экспериментальной партии шестерен

Как видно из диаграммы, все 100 % зубчатых колёс, обработанных холодным прикатывание после предварительного однопроходного шевингования с постоянным межосевым расстоянием соответствуют техническим условиям (6 степень точности), в то время как холодное прикатывание непосредственно после зубофрезерования не обеспечивает стопроцентной точности.

Таким образом, предварительная стабилизация припуска под холодноеприкатывание зубьев при отделочной обработке трансмиссионных зубчатых колёс автомобилей позволяет гарантированно обеспечить заданную высокую точность обработки зубчатых венцов при использовании на предварительном зубофрезеровании станков нормальной  точности (класса Н) и червячных фрез классов АА, А и В.

Список литературы:

1. Смелянский В.М. Механика упрочнения деталей поверхностным пластическим деформированием: М., Машиностроение, 2002 г.- 299 с.
2. Черепахин А.А., Буянов А.С. Особенности холодного чистового калибрования зубчатых колес автомобильных// М., Автомобильная промышленность, № 8, 2011 - с. 32-33
3. Черепахин А.А., Буянов А.С., Виноградов В.М. Силы при холодном калибровании зубчатых колес автомобильных трансмиссий// М., ООО «Наука и технология», Технология металлов №11, 2011 г. с. 18…20,
4. Черепахин А.А., Буянов А.С., Виноградов В.М. Холодное калибрование зубьев цилиндрических зубчатых колес автомобильных трансмиссий и двигателей. Монография: М., изд. Форум, 2011 г.- 143 с.
5. Kahnel H. Wirttschaftliche Kaltumfomungmigmittels Roto-Flo Verfahren: Techn.-Rept, Spec., 1982, № 9А, p. 56-58