2.7 Методы формирования и обработки зубьев зубчатых колес

2.7.1 Основные технические требования, предъявляемые к зубчатым колесам

Зубчатые колеса относятся к числу наиболее распространенных деталей современных машин. Они входят в конструкции двигателей внутреннего сгорания автомобилей, тракторов, с/х машин, самолетов, турбин, станков и многие другие машины и изделия.

В современных машинах преимущественное распространение получили зубчатые колеса с эвольвентным зацеплением.

В зависимости от условий выполняемой работы и назначения, к зубчатым передачам предъявляются следующие требования:

а) высокая износостойкость рабочих поверхностей зубьев, достигаемая за счет применения высококачественных легированных сталей, термической и химикотермической обработки, механического упрочнения ППД (поверхностно-пластической деформацией), отделка поверхности;

б) бесшумность и плавность работы, точность передачи движений, достигаемые точностью изготовления профиля зубьев, их отделкой и устранением эксцентричности зубчатых венцов;

в) достаточный коэффициент полезного действия;

г) высокая усталостная точность зубьев, достигаемая их тщательной обработкой термическим, механическим, термомеханическим упрочнением, отделкой.

Перечисленные требования объясняются высокими окружными скоростями, контактными давлениями, изгибающими циклическими нагрузками.

В процессе работы зубья подвергаются действию изгибных нагрузок, стремящихся вызвать излом из ножки зуба; поверхность зубьев подвергается действию относительно больших контактных давлений и истиранию, вызывающих выкрашивание (шеттинг) и износ.

Для улучшения эксплуатационных свойств рабочих поверхностей зубьев они в большинстве случаев должны иметь высокую поверхностную твердость ( HRC 58-62) и шероховатость поверхности ( Ra 2,5-1,25) при относительно вязкой и пластичной сердцевине, обеспечивающей повышенную прочность при циклических и ударных нагрузках.

В ряде случаев зубчатые колеса работают в менее жестких и тяжелых условиях вследствие чего требования к их изготовлению также ниже.

Точность зубчатых передач характеризуют следующие показатели:

•  Кинематическая точность передачи вращения от данного колеса к сопряженному. Нарушение кинематической точности проявляется в несогласованности поворотов колес передачи за каждый оборот

•  Плавность работы передачи. Нарушение её вызывает многократно повторяющиеся колебания скорости вращения, сопровождаемые вибрацией и шумом

•  Пятно контакта боковых поверхностей зубьев. Его уменьшение приводит к увеличению концентрации нагрузки на малых участках поверхности зубьев

•  Боковой зазор между нерабочими профилями зубьев.

•  Шероховатость рабочих (боковых) поверхностей зубьев

По ГОСТ 1643-81 механически обрабатываемые колеса и передачи по точности изготовления разделяются на 12 степеней точности, 1,2,3,…12 (в порядке понижения точности). Каждая степень объединяет колеса и передачи, которым присущи аналогичные методы формирования элементов зубчатого зацепления, т.е. одинаковая степень совершенства технологии изготовления. Наиболее широко применяемыми являются 6,7,8,9 степени точности.

Шероховатость рабочих поверхностей в зависимости от предъявляемых требований может быть от Ra 2,5-1,25.

Разнообразные условия работы зубчатых колес объясняют различие технологических требований и соответственно различие методов обработки зубьев.

Следует отметить, что повышение эксплуатационных свойств зубчатых зацеплений осуществляют не только технологическими методами обработки, но и конструктивными мероприятиями: применение зубчатых колес с винтовым зубом.

При выборе процессов зубообразования должны быть учтены требования точности, высокой производительности и экономии металлов.

Способы образования зубьев зубчатых колес занимают определенное место в общей классификации методов обработки. Часто методы обработки классифицируют по видам затраченной энергии.

При зубообразовании наиболее часто используется механическая энергия. Сюда относятся все виды зуборезных операций лезвийным инструментом (зубофрезерование, зубодолбление, зуботочение, протягивание), отделочные операции (шевингование, шлифование, обкатывание зубьев и др.), холодное накатывание зубьев.

При горячем накатывании и штамповке зубьев используется комбинированный метод воздействия тепловой и механической энергии.

Ряд зубчатых колес проходит операцию по повышению твердости зубчатого венца с использованием термической энергии (закалка, улучшение и др.).

В некоторых случаях применяется цементация с последующей закалкой. Здесь применяется комбинированный метод использования термической и химической энергий.

2.7.2 Служебное назначение и классификация зубчатых колес.

Различают два вида передач: силовые и кинематические. Силовые передачи служат для передачи крутящего момента от одного вала к другому при заданном передаточном отношении частоты вращения валов. Такое назначение зубчатые передачи имеют в редукторах, в коробках передач тракторов и автомобилей, в передних бабках металлорежущих станков и др.

В этом случае зубья колес должны быть достаточно прочными, износостойкими, обеспечивать плавность и бесшумность работы передачи, обеспечивать высокий к.п.д. передачи. При увеличении окружных скоростей колес увеличивается износ и шум передачи. Поэтому, чем выше окружные скорости колес, тем должна быть выше точность их по ГОСТ 1643-72.

Ориентировочно связь степени точности и шероховатости поверхности зубьев дана в табл.2.7.1 [3].

Таблица 2.7.1

Кинематические передачи предназначаются для обеспечения строго заданной кинематической связи между определенными валами, как например, зубчатые передачи кинематической цепи в зуборезных станках, в часовых механизмах и т.п.

К зубчатым колесам таких передач предъявляются высокие требования по кинематической точности. Эти колеса изготавливаются 5-6 степени точности по ГОСТ 1643-81.

Плавность и бесшумность колес должны обеспечиваться точностью изготовления профиля зубьев и достижением высокого качества поверхности.

Прочность зубьев на изгиб и высокая сопротивляемость износу боковых поверхностей зубьев достигается правильным выбором материала и термической обработки.

Зубья колес работают при ударной нагрузке, кроме того, имеет место относительное скольжение профилей зубьев, работающих колес в процессе передаваемого усилия.

поэтому зубья должны иметь вязкую сердцевину и большую поверхностную твердость.

Это достигается применением малоуглеродистых сталей марок 15, 20 или легированных 15Х, 20Х, 18ХГТ и др. с цементацией и закалкой рабочих поверхностей. Однако, такая термическая обработка дает деформацию, для устранения которой требуется дополнительная обработка, как например, шлифование зубьев. Распространенными марками сталей для зубчатых колес являются 40, 45, 50, 50Г или легированные 40Х, 40Х4, 35ХМА и др.

Зубья колес из таких марок сталей могут подвергаться поверхностной закалке на установках ТВЧ. в легированных сталях хром повышает износостойкость на истирание рабочих поверхностей зубьев, а наличие никеля повышает ударную вязкость сердцевины зубьев.

Для устранения деформаций зубьев, которые возникают при цементации и закалке часто применяют термообработку улучшения перед нарезанием зубьев. Она состоит в закалке заготовки и высоком отпуске её. При этом достигается твердость 280-320 НВ. При зубонарезании заготовки с такой твердостью получается хорошая шероховатость рабочих поверхностей ( Ra 1,25-2,5), достаточная для износостойкости твердость и точный недеформированный профиль зуба. Затраты на несколько повышенный износ режущего инструмента значительно меньше экономии, полученной из-за отсутствия шлифования зубьев или другой операции, устраняющей деформацию зубьев. По конструкции зубчатые колеса разделяются на цилиндрические, конические и червячные.

В подавляющем большинстве случаев обработка зубьев осуществляется на зубообрабатывающих станках (зубофрезерных, зубодолбежных, зубострогальных, зубошлифовальных, зубопритирочных, зубообкатных, зубозакругляющих, шевинговальных), с использованием специальных конструкций режущих инструментов (дисковые и гребенчатые модульные фрезы, червячные фрезы, долбяки, резцы, протяжки, абразиные круги и шеверы, притиры). Технологический процесс мехобработки зубьев колес состоит в общем случае из следующих этапов:

а) черновой или предварительной нарезки зубьев;

б) чистовой нарезки зубьев;

в) отделки зубьев.

2.7.3. Обработка зубьев цилиндрических зубчатых колес

Образование зубьев методом копирования

При образовании зубьев методом копирования профиля инструмента полностью соответствует требуемому профилю впадины.

Фрезерование модульными дисковыми и концевыми фрезами методом деления

Зубья дисковых модульных фрез в радиальном сечении имеют такой же профиль как профиль впадины обрабатываемого колеса.

Фрезерование зубьев можно производить на горизонтально- или универсально-фрезерных станках (рис.2.7.1).

Обрабатываемая заготовка базируется на оправке и устанавливается в центра, один из которых закреплен в шпинделе делительной головки. Зубчатые колеса-валы также устанавливаются в центра.

После фрезерования впадины при рабочем ходе, заготовка со столом, возвращается в исходное положение (холостой ход) и поворачивается делительной головкой для нарезания очередной впадины.

Точность обработанных зубчатых колес не высокая – 9 степени. Объясняется это следующими причинами: для каждого модуля имеется набор фрез из –15 шт. Поэтому каждая фреза предназначается для некоторого интервала чисел зубьев, а профили впадин различны у колес с различными числами зубьев. Кроме того, имеют место погрешности при делении заготовки на 1 впадину. Другим недостатком рассматриваемого способа является низкая производительность, связанная с прерывностью процесса, при котором имеет место холостой ход, врезание и перебег при обработке каждого зуба, вспомогательное время на деление. Кроме того, в резании одновременно участвует относительно малое количество зубьев фрезы, что снижает допускаемые режимы обработки. Область применения фрезерования зубьев модульными дисковыми фрезами – единичное и мелкосерийное производство.

Для повышения производительности применяют обработку нескольких колес, установленных на одной оправке, а также фрезерование одновременно тремя фрезами заготовок, установленных в трехшпиндельной делительной головке.

Основное время при нарезании зубьев

, мин,

где - длина нарезаемого зуба в мм; - длина врезания в мм; - длина перебега в мм; - минутная подача в мм/мин; z – число зубьев заготовки; i – число проходов; m – количество одновременного нарезаемых заготовок; - угол наклона зубьев (при нарезании прямозубых колес =1).

Длина врезания

[мм],

где t – глубина прорезаемой впадины в мм, - диаметр фрезы в мм.

Минутная подача

,

где - подача на 1 зуб фрезы в мм; - число зубьев фрезы; - число оборотов фрезы в минуту.

Нарезание зубьев круго-диагональными и контурным протягиванием

При образовании зубьев методом копирования в массовом и крупносерийном производстве имеется возможность применять обработку протягиванием специальным инструментом на специальном оборудовании, что делает процесс высокопроизводительным и обеспечивает относительно высокую 7 степень точности.

Схема круго-диагонального протягивания показана на рис. 2.7.2.

Инструментом является фреза-протяжка в виде диска диаметром 500-600 мм. По периферии корпуса 1 на дуге около 320 ° закрепляются 6-8 черновых блоков резцов 2. На каждом блоке имеется по 8-10 резцов, расположенных так что любой последующий выше предшествующего на 0,12-0,20 мм.

Рис. 2.7.1. Нарезание зубьев зубчатых колес дисковыми модульными фрезами.

Рис.2.7.2. Схема круго-диагонального протягивания:

а) 1 –корпус; 2 – черновые блоки; 3 – ползун чистового блока; 4 – чистовой блок; 5 – заготовка;

б) впадина зуба после чернового прорезания.

Чистовой блок 4 из 4-5 резцов закреплен на ползуне 3, который может перемещаться в радиальном направлении по точным направляющим корпуса 1. Все чистовые резцы имеют одинаковый профиль, соответствующий профилю впадина. Процесс обработки производится при непрерывном вращении инструмента. Заготовка при резании остается неподвижной. Каждая впадина прорезается за один оборот фрезы-протяжка. Время одного оборота может быть настроено с помощью сменных колес на 2, 3, 4 и 5 сек. Заготовка поворачивается на один угловой шаг в момент, когда против заготовки отсутствуют резцы.

Основной съем металла осуществляется черновыми резцами. При этом в резании участвуют одновременно несколько резцов и нагрузка на режущие зубья распределяется равномерно, чего нет при зубофрезеровании червячной фрезой. После чернового прорезания впадина имеет переменную глубину (рис. 27.2,б), так как для большой жесткости при червячной обработке фреза-протяжка не перемещается вдоль оси заготовки. Окончательная обработка производится блоком чистовых резцов, шаг которых выбирается так, что каждый последующий зуб вступает в резание тогда, когда предыдущий выходит из контакта с заготовкой. Поэтому одновременно в резании участвует практически один зуб. При чистовом резании ползун 3 перемещается от специального кулачка, установленного на станине. В результате сложения двух движений чистовые резцы перемещаются параллельно оси нарезаемой заготовки и профиль впадины по всей ширине получается одинаковый. Скорость резания круго-диагонального протягивания – V = 20…25 м/мин или 0,33-0,4 м/с, стойкость инструмента 1-2 смены.

Точность поворота на один угловой шаг обеспечивается прецизионным делительным диском, установленным на шпинделе изделия и имеющем диаметр намного больше диаметра нарезаемого венца.

Круго-диагональное протягивание имеет следующие преимущества:

•  Отсутствие в станке длинных кинематических цепей.

•  Большая точность обработанных венцов на 1-2 степени, по следующим причинам:

•  Высокая точность деления на угловой шаг.

•  Большая жесткость системы СПИД, так как при резании заготовка остается неподвижной.

•  Профиль зубьев червячной фрезы имеет некоторую погрешность из-за расположения зубьев по винтовой поверхности. Эта погрешность отсутствует у чистовых зубьев фрезы-протяжки.

Более высокая точность нарезанного зубчатого венца позволяет, в частности, снизить припуск на шевингование и уменьшить основное время этой операции, примерно, на 25%.

•  Более высокая производительность (в 2-3 раза) объясняется тем, что при зубофрезеровании относительное движение заготовки и инструмента соответствует скорости подачи, а при зубопротягивании – скорости резания. Кроме того, при круго-диагональном протягивании из-за значительно большей стойкости инструмента уменьшается время технического обслуживания.

Однако круго-диагональное протягивание целесообразно применять только лишь в массовом и крупносерийном производстве, так как инструмент очень сложный, дорогостоящий и может быть использован для колес зубчатого венца с определенным числом зубьев и модулем.

Круго-диагональное протягивание применяется для нарезания цилиндрических колес с открытыми венцами модулем до 6 мм (0,006 м) и шириной венца до 35 мм (0,035 м).

Основное время при круго-диагональном протягивании включил и угловой поворот на 1 шаг:

,

где - диаметр фрезы-протяжки в м; z – число зубьев заготовки; V – скорость резания в м/с.

Высокопроизводительным способом обработки зубьев является контурное протягивание. При контурном протягивании зубьев цилиндрических колес все впадины получаются одновременно. Контурное протягивание колес с внешним зацеплением применяется в массовом производстве для модулей мм. Инструмент – сборный, набирается из отдельных дисков или отдельных брусков. Сложность инструмента окупается высокой производительностью процесса. Так, при скорости резания 13,5 м/мин производительность достигается 750 шт/час.

Контурное протягивание часто применяется при обработке зубьев зубчатых секторов (рис. 2.7.3) на обычных горизонтально-протяжных станках. В этом случае имеется возможность изготовить протяжку цельной.

Производительность такого способа обработки зубчатых секторов и точность зубьев получаются высокими.

Контурное протягивание колес с внутренним зацеплением применяется также в массовом производстве, наиболее часто для колес с относительно небольшим диаметром делительной окружности. Инструментом является протяжка, по конструктивным элементам схожая с протяжкой для шлицевых отверстий. Преимущество этого способа перед зубодолблением – высокая производительность. Так, для обработки зубьев колеса m = 5, z = 47. Основное время при зубодолблении 1 час, а при контурном протягивании 40 с.

Основное время при контурном протягивании определяется по формуле:

, [мин.]

где L – длина режущей части протяжки в мм;

b – длина зубчатого венца в мм;

V – скорость резания в м/мин.

Рис. 2.7.3. Протягивание зубьев сектора:

1 – заготовка сектора; 2 – протяжка; 3 – протянутый сектор.

Рис. 2.7.4. Схема долбления одновременно всех зубьев методом копирования.

Долбление зубьев методом копирования.

Этот метод состоит в том, что у заготовки одновременно обрабатываются все зубья специальной резцовой головкой, имеющей профильные резцы, число которых равно числу зубьев обрабатываемой заготовки (рис.2.7.4).Резцы расположены в точных радиальных пазах неподвижной головкой. Заготовка устанавливается на оправку шпинделя станка с вертикальной осью и совершает возвратно-поступательное движение. Рабочий ход происходит при движении заготовки вверх. Перед началом рабочего хода все резцы одновременно перемещаются в радиальном направлении к центру заготовки на величину подачи. За рабочий ход все резцы снимают некоторую часть металла впадин. Во время холостого хода при движении заготовки вниз резцы несколько отходят в радиальном направлении от заготовки, чтобы не было трения задних поверхностей резцов об обработанную поверхность. Процесс отличается высокой производительность, так как при этом методе одновременно производится долбление всех впадин колеса. Однако, точность обработки из-за погрешности в расположении резцов ниже, чем при зубодолблении по методу обкатки. Поэтому такая обработка применяется для предварительной обработки зубьев прямозубых колес.

Обработку по методу копирования резцовой головкой целесообразно применять только при очень большом выпуске одинаковых зубчатых колес, так как сложный инструмент может быть использован только для определенных чисел зубьев и модуля колес.

Основное время при этом методе:

, [мин],

где h – глубина нарезаемой впадины в мм;

- радиальная подача резцов на один двойной ход заготовки в мм;

n – число двойных ходов заготовки в мин.

Нарезание зубьев методом обкатки

Нарезание зубьев методом обкатки наиболее часто осуществляется червячными фрезами и долбяками. В процессе обработки червячными фрезами инструмент и заготовка воспроизводят движение, соответствующее зацеплению червячной передачи, т.е. за один оборот червячной фрезы заготовка поворачивается на число зубьев, равное числу заходов фрезы. Кроме того, инструменту сообщается движение подачи. В процессе обработки долбяками инструмент и заготовка воспроизводят движение, соответствующее зубчатому зацеплению, т.е. вращение долбяка и заготовки осуществляется при передаточном отношении

,

где - число нарезаемых зубьев на заготовке;

- число зубьев долбяка.

Кроме того долбяку сообщается движение резания. В процессе непрерывной взаимной оснастки инструмента и заготовки режущие кромки инструмента постепенно удаляют материал из впадин и придают требуемые очертания профиля.

При нарезании зубьев методом обкатки отсутствуют затраты времени на угловой поворот заготовки после обработки каждой впадины.

Нарезание зубьев модульной червячной фрезой

На рис. 2.7.5 показана схема обработки зубьев червячной фрезой. Частота вращения фрезы определяется на основании выбранной скорости резания:

,

где - частота вращения фрезы, об/мин;

- скорость резания, осуществляемая фрезой, м/мин;

- диаметр фрезы, мм.

Частота вращения заготовки:

,

где - частота вращения заготовки, об/мин, об/с, 1/с;

k – число заходов червячной фрезы;

- число нарезаемых зубьев на заготовке.

Червячная фреза получает продольную подачу, параллельную оси заготовки S прод , и поэтому обрабатывает зубья по всей ширине колеса. Одной и той же червячной фрезой можно фрезеровать как прямозубые так и косозубые колеса любого числа зубьев с модулем, соответствующим модулю инструмента. Той же фрезой можно фрезеровать как нулевые (некорригированные), так и корригированные колеса. Напомним, что при зубообразовании по методу копирования определенный инструмент предназначен лишь для обработки заданных чисел зубьев и модуля.

Фрезы изготовляют четырех классов точности: класса АА – для нарезания колес 7-и степени, класс А – для нарезания колес 8-й степени точности, класса В – для нарезания колес 9-й степени точности, класса С – для нарезания колес 10-й степени точности.

Червячная фреза закрепляется в суппорте, который должен быть повернут таким образом, чтобы направление зубьев заготовки и витков инструмента совпадали.

Основное время при зубофрезеровании однозаходной фрезы одной заготовки:

, [мин],

где - длина нарезаемого зуба в мм; - длина врезания в мм; - длина перебега в мм; - продольная подача на 1 оборот заготовки в мм; z – число зубьев нарезаемой заготовки; - число оборотов фрезы в мин; - угол наклона зуба к оси колеса (для прямозубых колес).

Длина врезания определяется по формуле:

, [мм],

где t – глубина прорезаемой впадины в мм, - диаметр червячной фрезы в мм; =2+3 мм (0,002+0,003 м).

Рассмотрим пути повышения производительности нарезания зубьев червячной фрезой.

•  Применение множественной обработки, когда на одной оправке устанавливаются одновременно две или больше заготовок. В этом случае время на врезание затрачивается только лишь при фрезеровании первой заготовки.

•  Применение 2-х и 3-х заходных червячных фрез, при которых сокращается основное время. Но такие фрезы имеют ощутимую погрешность профиля от теоретического профиля исходной рейки, поэтому могут быть использованы лишь для предварительного фрезерования.

Формула основного времени с учетом множественной обработки и заходности фрез следующая:

, [мин]

где m – количество одновременно обрабатываемых заготовок;

q – число заходов фрезы.

Рис. 2.7.5. Схема обработки зубьев червячной фрезой.

Рис. 2.7.6. Нагруженность при зубофрезеровании зубьев обычной фрезой и фрезой с различной высотой зуба.

3. Применение радиального врезания значительно сокращает путь врезания. На рис. 2.7.5 справа показан путь врезания при продольной подаче, слева -–при радиальной подаче. Путь врезания при радиальной подаче определяется по формуле

, [мм]

Кроме того, при радиальном врезании практически отсутствуют ударные нагрузки, которые возникают при врезании с продольной подачей, что уменьшает износ зубьев фрезы. Радиальное врезание повышает производительность до 20%, по сравнению с врезание при продольной подаче.

4. Применение попутного фрезерования.

Попутное фрезерование предпочтительнее встречного, так как оно обеспечивает более благоприятные условия стружкообразования и лучшую шероховатость поверхности. Однако, при попутном зубофрезеровании требуется большая жесткость технологической системы. В паре винт-гайка механизма подачи практически не должно быть зазора. При обработке чугуна попутное фрезерование не дает ощутимых преимуществ.

5. Использование фрез с различной высотой зуба.

При зубофрезеровании обычными червячными фрезами зубья ее нагружаются неравномерно. Из рис. 2.7.6 видно, что в процессе резания (при взаимной обкатке заготовки и инструмента) наибольшую массу металла обрабатываемой очередной впадины заготовки 1 срезает зуб «а» червячной фрезы 2. Режимы резания устанавливаются по работе наиболее нагруженных зубьев.

При изготовлении зубьев фрезы различной высоты, как показано на рис. 2.7.6 пунктиром можно добиться сравнительно равномерной загрузки при резании почти всех зубьев, что позволяет значительно увеличить подачу.

6. Оснащение станков системами адаптивного управления.

На участке врезания и на выходе инструмента усилия резания меньше, чем в период резания при полной глубине.

Система адаптивного управления может обеспечить наивыгоднейшую величину подачи в течении всего цикла обработки, за счет чего повысить производительность операции.

Нарезание зубьев круглыми долбяками (зубодолбление).

Зубодолбление воспроизводит зацепление пары цилиндрических колес, одним из которых является инструмент - долбяк.

Нарезание зубьев долбяком осуществляется по следующей схеме (рис.2.7.7)

– инструмент – долбяк и обрабатываемая заготовка вращаются вокруг своих осей так же, как зубчатые колеса, находящиеся в зацеплении, т.е. соблюдается условие:

,

где - частота вращения долбяка, об/мин;

- частота вращения обрабатываемой заготовки, об/мин;

- число нарезаемых зубьев заготовки;

- число зубьев долбяка.

Это движение взаимного обкатывания является движением подачи при зубодолблении:

- долбяк совершает возвратно-поступательное движение, ход вверх является холостым, вниз – рабочим. Это движение является главным движением, его скорость соответствует скорости резания.

- долбяк подводится к заготовке до соприкосновения с ней и начинается врезание при автоматическом перемещении долбяка. За период врезания заготовка поворачивается, примерно на 0,25 оборота. Весь процесс нарезания заготовки при этом оканчивается за 1,25 оборота заготовки.

- при холостом ходе заготовка отводится от инструмента, чтобы не было трения задней поверхности режущих зубьев долбяка о заготовку. При рабочем ходе заготовка приближается к долбяку.

Рис. 2.7.7. Схема зубодолбления: а – положение оси долбяка перед врезанием; б – положение оси долбяка при обработке.

Основное время при нарезании зубьев на зубодолбежных станках определяется по формуле:

, [мин]

где h – глубина нарезаемой впадины в мм;

- радиальная подача на один двойной ход долбяка в мм;

n – число двойных ходов долбяка в мин;

М – модуль зубьев нарезаемого колеса в мм;

Z – число зубьев нарезаемого колеса;

- круговая подача заготовки на 1 двойной ход долбяка в мм;

i – число обкатов (ходов).

Число двойных ходов долбяка определяется по выбранной скорости резания:

, [об/мин],

где V – скорость резания при долблении в м/мин;

L – длина хода долбяка с мм;

b – ширина венца заготовки в мм;

y – величина перебега в мм.

Обработка за 1 ход применяется для колес с модулем до 2 мм (0,002 м), за два хода с модулем 2,25-4 мм (0,0025-0,004 м), за три хода – при модулях выше 4 мм (0,004 м).

Зубодолбление обеспечивает высокую точность венцов зубчатых колес, точность в пределе 7-5 степени. Объясняется это тем, что инструмент не имеет теоретической погрешности профилей зубьев, в отличие, например, от червячных фрез, которые в сечении, нормальном к виткам, имеют зубья с неодинаковыми углами наклонов боковых сторон – эта погрешность тем больше, чем больше заходов у фрезы.

В ряде случаев образование зубьев наиболее целесообразно производить зубодолблением, как, например, в колесах с внутренним зацеплением, в колесах с расположением зубчатых венцов на близком расстоянии (2-4 мм; 0,002-0,004 м) от буртиков или соседними венцами, в точных шевронных колесах. Зубодолблением можно обработать также колеса с косыми зубьями, но для этого необходимо для каждого случая иметь специальные долбяки и специальные копиры к станку.

При модулях зубьев до 2,5 мм зубодолбление является более производительным и точным по сравнению с зубофрезерованием.

При обработке зубьев с модулем более 5 мм более производительным является зубофрезерование.

Объяснить это можно тем, что с увеличением модуля увеличивается длина зуба. Это вызывает увеличение времени на холостые ходы при зубодолблении, и относительное увеличение затрат времени на врезание при обработке червячной фрезы. Если зубчатый венец должен нарезаться за два или три хода, то целесообразно предварительную обработку зубьев производить червячной фрезой, а окончательную – зубодолблением.

2.7.4 Накатывание зубьев зубчатых колес

Накатывание зубьев осуществляется за счет пластического деформирования материала специальным инструментом - накатником, имеющим на поверхности зубья соответствующей формы и размеров. Схема накатывания представлена на рис. 2.7.8. Механически обрабатываемые заготовки 1, собираются в пакет с делительным колесом и устанавливаются в приспособление с центрами между двумя накатниками 3. Делительное колесо имеет число зубьев и модуль такие же, как и накатываемое колесо. Заготовки проходят сквозь индуктор 4 установки ТВЧ. Каждый накатник имеет заборный конус, что позволяет заготовке войти между накатниками и обеспечить начало процесса. Вращение накатников передается заготовке сначала через делительные колеса, а затем через накатываемые зубья. Основная деформация производится заборным конусом накатника. Цилиндрическая часть его производит калибровку зубьев. Так как кроме остаточной деформации имеет место упругая деформация, на накатниках делается обратный конус.

Накатывание может осуществляться холодным, горячим и комбинированным способом.

1. В холодном состоянии можно накатывать зубья мм. Накатывание таких колес можно осуществлять на токарных станках с использованием специальных приспособлений.

Накатки представляют собой зубчатые колеса с модулем, равным модулю накатываемого колеса. При холодном накатывании можно достигать 8-ю степень точности.

Рис.2.7.8 Накатывание зубьев с осевой подачей:

1 - заготовка, 2 - делительное колесо, 3 - накатники, 4 - индуктор.

2. Горячее накатывание осуществляют после нагрева поверхностного слоя заготовки ТВЧ до (за 20-30 сек.). Накатывание производится двумя накатниками, как с радиальной, так и с продольной подачей.

Время накатывания зубьев колес m =2-3 мм составляет 60-30 сек. Точность соответствует 9-ой степени точности. Точность можно повысить путем комбинирования горячей с последующей холодной накаткой (калиброванием). В горячем состоянии накатывают колеса с m до 4,5-5 мм, D до 220-250 мм.

Методы окончательной обработки зубчатых колес

Шевингование зубьев - метод окончательной обработки незакаленных колес, обеспечивает повышение точности до 5-ой - 6-ой степени поверхности ( Ra 0.63-0.16). В процессе шевингования с поверхности зубьев снимаются (соскабливаются) тонкие стружки толщиной 0.005-0.001 мм. При этом достигается исправление эксцентриситета начальной окружности, ошибки в шаге, в профиле эвольвенты. Шевингование осуществляется двумя способами: шевером-колесом (диском) или шевером-рейкой.

Шевер имеет зубья, на боковых поверхностях которых расположены радиальные канавки глубиной 0.8 мм (рис.2.7.9). Эти канавки образуют режущие кромки, которые осуществляют снятие тонких стружек с поверхности зубьев.

Припуск, оставляемый на шевингование составляет 0.06-0.2 мм на сторону по толщине зуба (в зависимости от модуля). Для получения точности 5-6-й степени исходная точность должна быть не ниже 8-9-й.

Обрабатываемое колесо устанавливается на оправке в центрах стола станка (рис. 2.7.10). Шевер располагается над зубчатым колесом под углом 15 0 , образуя с колесом как бы винтовую пару со скрещивающимися осями. Наличие скрещивания осей зубчатой пары: колеса и шевера, создает необходимое условие - продольное скольжение зубьев шевера относительно зубьев колеса, в результате чего и происходит соскабливание стружек с поверхности последнего.

Вращение сообщается шеверу, а шевер вращает обрабатываемое колесо. Шевер вращает колесо попеременно в одном и в другом направлениях для обработки обеих сторон зуба. Стол станка имеет также вертикальное перемещение и продольное (осевое) для обработки всей длины зуба при коротком шевере.

Шевингование осуществляется на специальных шевинговальных станках, например модели 571.

При шевинговании дисковым шевером:

, [мин],

где - длина зуба; , - врезание и перебег; 10 мм;

- число зубьев обрабатываемого колеса;

- припуск;

- число об/мин шевера; - число зубьев шевера;

- вертикальная подача на 1 ход стола, мм;

- продольная подача на 1 оборот изделия;

- коэффициент выхаживания =1.1 1.2.

Рис.2.7.9 Расположение канавок на зубе шевера

Рис.2.7.10 Схема шевингования дисковым шевером (а) и схема работы зуба шевера (б): 1 - шевер, 2 - заготовка колеса.

При шевинговании зубьев шевером-рейкой последняя устанавливается на столе станка, который совершает возвратно-поступательное движение. Как и у дискового шевера зубья шевера-рейки расположены под углом 15 0 .

Обработка одного зубчатого колеса производится приблизительно за 15-25 дв. ходов.

Шевингование производится с непрерывной подачей СОЖ (сульфафрезол или веретенное масло) применяется шевингование для незакаленных зубьев.

Шлифование. Шлифование зубьев применяется, в большинстве случаев, для закаленных колес с целью получения высокой точности и класса шероховатости поверхности зубьев.

Шлифование осуществляется методом копирования и обкатывания.

•  Шлифование методом копирования

В первом случае круг заправляется специальным копировальным механизмом и имеет профиль впадины зубьев. Круг шлифует две стороны 2-х соседних зубьев. Достигаемая точность 0.010-0.015 мм.

Станки, работающие по методу копирования, получили широкое распространение благодаря высокой производительности.

, [мин]

, [мм]

- длина хода стола;

- число проходов;

- коэффициент, учитывающий время деления (1,3-1.5);

- число зубьев колеса;

- скорость возвратно-поступательного движения;

- длина шлифуемого зуба;

- высота зуба;

- диаметр круга, мм

Рис. 2.7.11 Шлифование зубчатых колес методом копирования

а) круг шлифует две стороны зуба, б) одну сторону зуба.

При шлифовании зубьев по методу копирования имеет место износ и искажение профиля шлифовального круга, что приводит к заметной погрешности формы 1-го и последнего зуба колеса.

Для предотвращения этого, рекомендуется поворачивать шлифуемое колесо не на 1 зуб, а на несколько. Тогда износ круга не будет вызывать больших ошибок между соседними зубьями.

•  Шлифование по методу обкатывания.

Шлифование осуществляется двумя тарельчатыми кругами, каждый из которых шлифует одну сторону зуба, после чего происходит поворот заготовки на один зуб. При обработке воспроизводится движение, соответствующее зацеплению рейки с зубчатым колесом (рис. 2.7.12).

Обрабатываемое колесо К совершает обкаточное движение около воображаемой производящей рейки Р, т.е. оно совершает одновременно возвратно-поступательные повороты около оси и согласованные с ними возвратно-поступательные перемещения, параллельные рейке.

Торцы кругов расположены таким образом, что они образуют форму зуба рейки (рис 2.7.12а) или левую и правую стороны двух зубьев рейки (рис. 2.7.12б).

При модуле более 10 мм одновременно шлифуются обе стороны одной впадины, при модуле менее 9 мм разные стороны двух соседних впадин. Главное движение резания - вращение кругов со скоростью V . Шлифование профиля зуба на всей длине достигается медленно возвратно-поступательным движением заготовки со скоростью продольной подачи . После перемещения в одну и другую сторону заготовка выходит из зацепления с кругами и происходит поворот для шлифования очередной впадины.

Тарельчатые круги шлифуют зубья узкой полоской 2-3 мм, поэтому давление и нагрев незначительны. Данный метод позволяет получать зубчатые колеса в пределах 4-5-й степени точности с шероховатостью поверхности Ra =1-0.3 мкм.

Припуск на шлифование 0.1-0.2 мм.

Основное время обработки:

где - длина хода стола, (мм);

- число ходов;

- число обкатов, мин

- продольная подача на один обкат, мм;

- время на переключение и деление, мин;

- число зубьев зубчатого колеса.

- длина шлифуемых зубьев, мм;

- высота зуба, мм;

- диаметр круга, мм.

мм.

Рис.2.7.12 Схема шлифования зубьев двумя тарельчатыми кругами методом обкатки

3. Зубохонингование (абразивное шевингование) . По кинематике сходно с шевингованием дисковым шевером. Инструментом является зубчатое колесо с абразивным венцом.

4. Притирка . Применяется для окончательной обработки главным образом закаленных колес. Повышает точность и класс шероховатости поверхности до Ra 0.16-0.05 мкм

В процессе обработки обрабатываемое колесо вращается в обе стороны в контакте с чугунным притиром - шестерней и имеет осевое возвратно-поступательное движение. На поверхности зубьев подается паста или абразивная суспензия.

Производится на специальных зубопритирочных станках. Станки изготавливают с параллельными или со скрещивающимися осями притиров.

Приработка - производится при взаимном обкатывании 2-х рабочих колес с подачей суспензии. Затем детали промываются и идут на сборку в паре (комплекте).

Контроль зубчатых колес.

К точности изготовления зубчатых колес предъявляются высокие требования, т.к. они являются ответственными деталями сложных и ответственных узлов и агрегатов.

Точность зубчатого зацепления определяется в основном величиной суммарной ошибки, определяемой правильностью геометрической формы начальной окружности и её концентричностью с осью вращения зубчатого колеса. Суммарная ошибка измеряется в направлении радиуса начальной окружности.

Измерение суммарной ошибки производится специальным прибором (для комплексной проверки).

Измеряемое колесо проверяется в зацеплении с эталонным (можно также проверять зацепление 2-х рабочих колес).

Для поэлементного контроля точности зубчатого зацепления производится контроль по отдельным элементам.

К ним относятся:

•  равномерность шага зубьев; (зубомер),

•  размер толщины зуба; (толщиномер),

•  правильность рабочего профиля зуба; (эвольвентомер),

•  параллельность зуба образующей начального цилиндра зубчатого колеса;

•  размер пятна контакта;

•  шум.

2.8 Обработка шлицевых поверхностей

Шлицевое соединение широко применяется в машиностроении (станкостроении, автомобиле- и тракторостроении и других отраслях) для неподвижных и подвижных и подвижных посадок.

В зависимости от назначения и условий эксплуатации к шлицевым поверхностям предъявляются следующие требования: точность, шероховатость поверхности, физико-механические свойства.

В шлицевых соединениях сопряженные детали центрируются тремя способами:

1) центрированием втулки (или зубчатого колеса) по наружному диаметру шлицевых выступов вала (рис. 2.8.1,а);

2) центрированием втулки (или зубчатого колеса) по внутреннему диаметру шлицев вала (рис.2.8.1,б);

3) центрированием втулки (или зубчатого колеса) по боковым сторонам шлицев (рис. 2.8.1,в). Форма шлицев бывает прямоугольная, эвольвентная и треугольная. Шлицы могут рассматриваться на наружной или внутренней поверхности.

в)

Рис. 2.8.1 Центрирование шлицевых соединений

Выбор наружного или внутреннего диаметра в качестве центрирующего или шлицевого соединения с прямоугольной формой зуба определяется требуемой твердостью шлицевого отверстия и размерами соединения. Если шлицевое отверстие не подвергается термической обработке, или если его твердость после термической обработки допускает калибровку протяжкой, то осуществляют центрирование по наружному диаметру как более экономичное. При высокой твердости шлицевого отверстия центрирование следует производить по внутреннему диаметру. Такой способ центрирования целесообразен также при обработке длинных закаливаемых валов, так как в этом случае можно одновременно шлифовать боковые стороны зубьев и вал по внутреннему диаметру.

Шлицы в зависимости от их расположения обрабатываются различными способами, к числу которых относятся: фрезерование с последующим шлифованием, накатывание (шлиценакатывание), протягивание, строгание (шлицестрогание).

Наиболее распространенным способом изготовления шлицев на наружной поверхности является фрезерование. Применение остальных способов целесообразно в крупносерийном и массовом производствах. Они весьма производительны, дают высокий технико-экономический эффект и, таким образом, являются прогрессивными.

Процесс механической обработки шлицевых поверхностей у закаливаемых валов, центрируемых по наружной поверхности, чаще всего состоит из следующих операций:

•  фрезерование шлицев с припуском на шлифование боковых поверхностей;

•  чистовое шлифование боковых поверхностей шлицев после термической обработки и чистового шлифования.

Шлицевые поверхности у незакаленных валов подвергают только чистовому фрезерованию после чистового шлифования наружной поверхности.

Процесс механической обработки шлицевых поверхностей валов, центрируемых по внутренней поверхности, состоит из таких операций:

•  фрезерование шлицев с припуском под шлифование;

•  фрезерование канавок для выхода круга при шлифовании центрируемой поверхности внутреннего диаметра;

•  чистовое шлифование боковых поверхностей и центрирующей поверхности внутреннего диаметра после термической обработки.

Наружные шлицевые поверхности чаще всего фрезеруют способом копирования и обкатки. Обработка способом копирования (рис.2.8.2, а) применяется только в единичном производстве. В серийном производстве шлицевые поверхности обрабатывают способом обкатки червячной фрезой на шлицефрезерных или зубофрезерных станках (рис. 2.8.2, б). Фреза, помимо вращательного движения, имеет продольное перемещение вдоль оси обрабатываемого вала. Этот способ является наиболее точным и производительным.

Рис. 2.8.2 Способы фрезерования шлицев валов

а - шлицевой дисковой фрезой, б - шлицевой червячной фрезой

При центрировании втулки (зубчатого колеса) по внутреннему диаметру шлицев вала как червячная, так и дисковая фреза должна иметь "усики", вырезающие канавки в основании шлица, чтобы не было заедания во внутренних углах; эти канавки необходимы также при шлифовании по боковым сторонам и внутреннему диаметру.

Существуют более прогрессивные способы образования шлицевых поверхностей. К ним относится, например, процесс обработки шлицевых поверхностей валов прямоугольной формы, состоящей из предварительного фрезерования фасонными дисковыми фрезами 2 (рис. 2.8.3, а) и чистового фрезерования боковых поверхностей шлицев 1 торцевыми твердосплавными фрезами 3 (рис. 2.8.3, б) на горизонтальных продольно-фрезерных станках.

Рис. 2.8.3 Фрезерование шлицевых поверхностей

Наиболее производительным способом шлифования является шлифование кругом (рис. 2.8.4,а), но при таком способе шлифовальный круг изнашивается неравномерно ввиду неодинаковой толщины снимаемого слоя у боковых сторон и впадин вала, поэтому требуется частая правка круга. Несмотря на это, данный способ широко распространен в машиностроении.

Рис. 2.8.4 Способы шлифования шлицев валов

а - фасонным кругом; б - в две операции одним или двумя кругами; в - тремя кругами

Шлифовать шлицы можно в две отдельные операции (рис. 2.8.4,б); в первой шлифуют только впадины, а во второй - боковые стороны шлицев. Обычно вал поворачивается автоматически после каждого двойного хода стола станка. Но такой способ шлифования менее производителен, чем первый.

Для объединения двух операций шлифования в одну применяются станки, на которых шлифуют одновременно тремя кругами; один шлифует впадину, а два других - боковые поверхности шлицев (рис. 2.8.4 ,в).

Одним из методов изготовления шлицев на поверхности валов или подобных деталей является протягивание их на горизонтально-протяжных станках с применением специального приспособления.

Для протягивания сквозных шлицев применяется специальная протяжка с ножами, профиль режущей части которых соответствует форме шлица. Каждый шлиц протягивается поочередно с помощью делительного устройства.

При протягивании несквозных шлицев используется блочная протяжка, в которой режущие зубья имеют независимое взаимное перемещение в радиальном направлении.

Накатывание шлицев без нагрева детали осуществляется роликами, имеющими профиль, соответствующий форме поперечного сечения шлицев. Получаемая точность шлицев по шагу 0.04 мм, непрямолинейность не превышает 0,04 мм на 100 мм длины. Процесс накатывания весьма производителен, так как все шлицы накатываются одновременно, при малой затрате времени, с достаточно высокой точностью.

Процесс изготовления шлицев на валах (или других деталях) строганием аналогичен процессу долбления зубьев зубчатых колес методом копирования с помощью многорезцовой головки. В этом случае все шлицы также обрабатываются одновременно набором продольных резцов, число которых равно числу впадин обрабатываемого шлицевого вала. Обрабатываемая деталь, расположенная вертикально, движется возвратно-поступательно; при каждом ходе вверх она входит внутрь неподвижной резцовой головки, в радиальных пазах которой размещены резцы. Все резцы одновременно нарезают шлицы, получая радиальную подачу на двойной ход обрабатываемой детали. При обратном ходе детали (вниз) резцы в головке отходят в радиальном направлении, чтобы избежать трения задних поверхностей резцов об обрабатываемую поверхность.

Обработка шлицевых отверстий

Обработка шлицевых поверхностей в отверстиях втулок, зубчатых колес и других деталей производится обычно протягиванием. Сначала отверстие и иногда торец обрабатываются предварительно, потом отверстие протягивается круглой протяжкой и затем шлицевой протяжкой - обычной или прогрессивной.

Шлицевые отверстия диаметром до 50 мм протягиваются обычно одной комбинированной протяжкой.

Если втулка или зубчатое колесо подвергается термической обработке, то после этого на внутришлифовальном станке шлифуется цилиндрическая поверхность отверстия, которая сопрягается с дном впадины шлицев вала (при центрировании по внутреннему диаметру шлицев вала).

протягивание винтовых шлицев отверстий отличается от протягивания обычных отверстий тем, что в процессе работы движение режущих кромок зубьев протяжки должно осуществляться по винтовой линии, что достигается сочетанием поступательного и вращательного движений двумя способами. Первый способ - оба движения сообщаются протяжке при неподвижной детали. Второй способ - поступательное движение сообщается протяжке, а вращательное - детали.

Обработка шпоночных пазов

Шпоночные наружные пазы на деталях предназначаются под призматические или сегментные шпонки. Пазы для призматических шпонок могут быть закрытыми с двух сторон (глухие), закрытыми с одной стороны и сквозными.

Шпоночные пазы изготавливаются различными способами в зависимости от конфигурации паза и вала, применяемого инструмента, они выполняются на горизонтально-фрезерных или на вертикально-фрезерных станках общего назначения или специальных.

Сквозные или закрытые с одной стороны шпоночные пазы обрабатывают дисковыми трехсторонними фрезами (рис. 2.8.5 , а). Фрезерование паза, как правило, производится за один проход, при этом достигается наиболее высокая производительность, однако размер паза по ширине получается недостаточно точным - в пределах 4-го класса. Для повышения точности паз фрезеруют в 2-3 прохода за одну или две операции или же осуществляют предварительное фрезерование с оставлением припуска под последующую слесарную обработку. Применение этого способа ограничивает конфигурация канавок: закрытые канавки с закруглениями на

Рис. 2.8.5 Методы фрезерования шпоночных канавок валов

а) дисковой фрезой с продольной подачей, б) концевой фрезой с продольной подачей, в) концевой фрезой с маятниковой подачей, г) концевой дисковой фрезой с вертикальной подачей

концах не могут выполняться этим способом; они изготавливаются концевыми фрезами с продольной подачей за один проход или несколько проходов (рис. 2.8.5 ,б).

Фрезерование концевой фрезой за один проход производится таким образом, что сначала фреза при вертикальной подаче проходит на полную глубину канавки, а потом включается продольная подача, с которой шпоночная канавка фрезеруется на полную длину. При этом способе требуется мощный станок, прочное крепление фрезы и обильное охлаждение. Вследствие того, что фреза работает в основном своей периферийной частью, диаметр которой после заточки несколько уменьшается, в зависимости от числа переточек фреза дает неточный размер канавки по ширине.

Для получения по ширине точных канавок применяются специальные шпоночно-фрезерные станки с "маятниковой подачей", работающие концевыми двухспиральлными фрезами с лобовыми режущими кромками. При этом способе фреза врезается на ту же глубину. как и в предыдущем случае, и фрезерует канавку опять на всю длину, но в другом направлении (рис. 2.8.5 , в). Отсюда и происходит определение метода - "маятниковая подача".

Этот метод является наиболее рациональным для изготовления шпоночных канавок в серийном и массовом производствах, так как дает точный размер паза, обеспечивающий взаимозаменяемость в шпоночном соединении. Кроме того, поскольку фреза работает лобовой частью, она будет долговечнее, так как изнашивается не периферийная её часть, а лобовая. Недостатками этого способа является значительно большая затрата времени на изготовление канавки по сравнению с фрезерованием за один проход и тем более с фрезерованием дисковой фрезой. Отсюда вытекает следующее: 1) метод "маятниковой подачи" надо применять при изготовлении канавок, требующих взаимозаменяемости; 2) фрезеровать пазы в один проход нужно в тех случаях, когда допускается пригонка шпонок по пазам.

Сквозные шпоночные пазы валов можно обрабатывать на строгальных станках. Пазы на длинных валах строгают на продольно-строгальном станке - преимущественно в индивидуальном и мелкосерийном производстве.

Пазы под сегментные шпонки изготавливаются фрезерованием на обычных фрезерных станках с помощью концевых дисковых фрез (рис. 2.8.5 , г).

Шпоночные пазы в отверстиях обрабатывают в единичном и мелкосерийном производстве на долбежных станках с последующей слесарной доводкой, а в крупносерийном и массовом производстве - на протяжных станках.

2.9 Примеры комплексной обработки некоторых типов деталей

В предыдущих разделах рассмотрены методы и технологические схемы обработки типовых поверхностей с различными требованиями к их точности и качеству. Основываясь на этом, ниже представлены примеры комплексной обработки типовых представителей классификационных групп деталей, включающих различные виды поверхностей.

Обработка вал-шестерни. Рассматриваемая деталь относится к классу "круглые стержни". В её конструкции преобладающими являются наружные поверхности вращения. Основные поверхности характеризуются достаточно высокими требованиями к точности размеров, их взаимному расположению, шероховатости поверхности и физико-механическим свойствам материала. В частности, допуск на шейки вала составляет 0.015 и 0.019 мм; шероховатость их поверхности должна соответствовать Ra =1.25-0.5 мкм (7-8 классу). Деталь входит в конструкцию автомобиля и изготавливается в условиях, характерных для крупносерийного и массового производства (рис. 2.9.1 ). Заготовкой служит штамповка из стали марки 18ХГТ. В процессе изготовления заготовка подвергается термической обработке.

Рис. 2.9.1 Вал-шестерня коническая

Черновыми базами при обработке служат крайние шейки детали. Фиксация в основном направлении обеспечивается выступами. Обработка начинается с подрезки торцев и зацентровки, что обеспечивает создание постоянных черновых баз. Обработка осуществляется точением (подрезка торцев) при изготовлении небольших количеств деталей, с использованием специализированных фрезерно-центровальных станков в условиях крупносерийного и массового производства. Дале следует черновая и получистовая обработка цилиндрических поверхностей точением с использованием многоинструментальных наладок. Затем осуществляется обработка вспомогательных поверхностей (сверление отверстия), черновое шлифование шеек, служащих базой для нарезания зубьев. Обработка зубчатого венца и шлицев. Осуществив таким образом съем основной части припуска, производится термическая и химико-термическая обработка: цементация, закалка и отпуск. Учитывая достаточно высокую жесткость детали, её правка не предусматривается.

После термической обработки производится чистовое шлифование шеек, зубьев и шлицев (при необходимости). Возможен также вариант притирки зубьев в паре с ведомой шестерней, исключая чистовое шлифование зубьев. После термической обработки (ТО) возможно введение операции очистки поверхности от окалины, для чего могут быть применены струйно-абразивная, виброабразивная обработки или химическое травление. Возможны варианты обработки детали: простейший - использование универсальных токарных, сверлильных, круглошлифовальных станков и высокопроизводительный - применение фрезерно-центровальных станков, шестишпиндельных токарно-карусельных полуавтоматов и круглошлифовальных полуавтоматов.

Более подробно технологический процесс обработки рассматриваемого типа детали включает следующие операции и методы обработки

•  Фрезерование (или подрезка) торцев;

•  Двустороннее (или последовательное) центрование;

•  Черновое точение цилиндрических поверхностей;

•  Чистовое точение также поверхностей, образование канавок, радиусов, фасок, скругление кромок;

•  Шлифование цилиндрических поверхностей;

•  Сверление отверстий;

•  Черновое фрезерование зубьев;

•  Чистовое фрезерование зубьев;

•  Фрезерование шлицев;

•  Шевингование зубьев;

•  Зачистка заусенцев и скругление кромок;

•  Промывка деталей и контроль;

•  Термическая обработка, очистка от окалины;

•  Чистовое шлифование цилиндрических шеек и торцев;

•  Скругление острых кромок;

•  Промывка детали;

•  Контроль качества.

2. Обработка толкателя клапана автоматического двигателя. Указанная деталь относится к классу "круглые стержни". Её конструктивной особенностью являются относительно небольшие размеры (класс мелких деталей) и достаточно высокие требования к точности размеров и качеству поверхности. Деталь представляет собой стержень диаметром d =16 мм и длиной l =62 мм (рис. 2.9.2 ). Допуск на размер основной (цилиндрической) поверхности составляет 0.017 мкм, шероховатость поверхности Ra =0.4 мкм и Ra =0.1 мкм (соответственно 8-ой и 10-ый класс). Деталь изготавливается из стали 15Х, подвергается химико-термической обработке (цементация и закалка) до Н R С=54-62.

Рис. 2.9.2 Толкатель клапана бензинового двигателя

В качестве заготовки используется пруток, устанавливаемый в цанговом патроне на токарном, токарно-револьверном станках, а при большом объеме выпуска операции точения, сверления отверстий и нарезание резьбы выполняется на одно-, четырех- или шестишпиндельных прутковых автоматах. Если полная обработка детали с одной установки невозможна, вторая сторона детали обычно обрабатывается на токарно-револьверных станках при незначительном и на многорезцовых станках полуавтоматах - при большом выпуске. После токарной обработки производится выполнение второстепенных операций - фрезерование лысок, сверление мелких отверстий и т.д. После этого детали проходят ТО, а затем шлифование стержня и головки.

При обработке из прутка d =36 мм (с учетом диаметра головки) на одну деталь расходуется 661 г. металла (при весе готовой детали 105 г.) и излишне загружались станки токарной группы. С применением индивидуального нагрева, встроенного в высадочный автомат, представилась возможность один ход пресса всаживать головку толкателя из прутка диаметром 16.45 мм, расходуя для этого лишь 150 г. металла, при выпуске 40 деталей в минуту, т.е. при десятикратном увеличении производительности. При таком изменении процесса уменьшился объем механической обработки толкателя. При массовом производстве этих деталей стало целесообразным встраивание в поточную линию оборудования для рубки заготовок из прутка и высадки головки.

Новый вид заготовки изменил процесс обработки толкателя, позволил использовать высокопроизводительные десятипозиционные полуавтоматы, работающие двадцатью инструментами одновременно, а для шлифования стержня применить автоматизированные бесцентрово-шлифовальные станки с магазинной загрузкой, а также автоматизированные станки для шлифования головки. В результате такого изменения процесса, трудоемкость обработки толкателя сократилась с 13.8 до 1.94 мин, с одновременной экономией 511 г. металла на одну деталь.

Технологический процесс изготовления толкателя клапана включает следующие операции и методы обработки:

•  Рубка заготовки из прутка;

•  Высадка головки с индукционным нагревом в процессе высадки;

•  Черновое и чистовое точение стержня и головки (поверхности 1,3,5,6,10); сверление отверстия, зенкование фаски, нарезание резьбы (пов. 7,8);

•  Фрезерование лыски;

•  Черновое шлифование стержня (пов. 1);

•  Черновое шлифование головки (пов. 11);

•  Моечная операция;

•  Контроль предыдущих операций;

•  ХТО - цементация и закалка (с изоляцией отверстия);

•  Очистка от окалины и загрязнений;

•  Получистовое шлифование стержня (пов.1);

•  Чистовое шлифование головки (пов. 11);

•  Скругление острых кромок (пов. 10 и др.);

•  Чистовое шлифование стержня (пов. 1);

•  Полирование головки (пов.11);

•  Контроль точности размеров и твердости поверхности;

•  Фосфатирование стержня и тарелки (головки);

•  Доводка стержня (пов.1);

•  Мойка и сушка детали;

•  Окончательный контроль;

•  Консервация и упаковка при необходимости.

Указанный технологический процесс может рассматриваться как типовой при изготовлении других деталей этого класса: поршневой палец, шкверень, стержень переключения, рессорный палец.

3. Обработка ступицы

Рассматриваемая деталь относится к классу "полые цилиндры" и имеет ступенчатое отверстие высокой точности (рис. 2.9.3 ).

Рис. 2.9.3 Ступица заднего колеса автомобиля

Заготовка из ковкого чугуна получается литьем. Твердость материала НВ 163. Допуски на обработку отверстий составляют 0.04-0.06 мм, а торца 0.08 мм. Основными обрабатываемыми поверхностями являются внутренние цилиндрические поверхности 4,5,11-14 и 16, а также торцовые поверхности 1,2,3,9 и 10. Обработка основных поверхностей осуществляется при вращении детали.

Черновыми установочными базами на первой операции являются наружная цилиндрическая поверхность А и торец 8, на второй операции - точно расточенное отверстие 5 и торец 1. При последующей обработке установочными базами являются точно обработанное отверстие 11 и торец 8. Угловая ориентация детали обеспечивается отверстием 16.

При использовании универсальных станков последовательность обработки следующая:

•  Черновое и чистовое точение цилиндрических и торцовых поверхностей, скругление кромок (поверхности 1,2,3,4,5,.6,7);

•  Черновое и чистовое точение цилиндрических и торцовых поверхностей наружных и внутренних (поверхности 8,9,10,11,12,13,14,15,18);

•  Сверление и зенкерование отверстий 16,17; развертывание отверстий 16;

•  Удаление стружки из отверстия 17;

•  Нарезание резьбы метчиками в отверстии 17;

•  Скругление кромок в отверстие 16 со стороны поверхности 8;

•  Удаление заусенцев, скругление кромок;

•  Очистка детали (промывка и обдувка сжатым воздухом);

•  Контрольная операция.

При использовании высокопроизводительного оборудования на 1 и 2 операциях предусматривается соответственно токарно-карусельный 8-и шпиндельный полуавтомат с двумя 14-и шпиндельными головками и токарно-карусельный 8-и шпиндельный полуавтомат с двумя 8-и шпиндельными сверлильными головками. На основе обобщения технологических процессов обработки других деталей рассматриваемого класса, рекомендуется следующая типовая схема:

•  Черновая токарная обработка наружных и внутренних цилиндрических, конических и фасонных поверхностей и торцев этих поверхностей с одной стороны при установке по торцу и одной из цилиндрических поверхностей.

•  Черновая токарная обработка наружных и внутренних цилиндрических, конических и фасонных поверхностей второй стороны при установке на обратную цилиндрическую поверхность и торец.

•  Получистовая и чистовая токарная обработка цилиндрических, конических и фасонных поверхностей с одной стороны, и прилегающих к ним торцев.

•  Фрезерование плоскостей, если таковые имеются, при установке на обработанную цилиндрическую поверхность и один из обработанных торцев. Угловое положение фиксируется по черновой литой поверхности.

•  Выполнение второстепенных операций: фрезерование небольших поверхностей на выступах, сверление, цекование, развертывание, нарезание резьбы в мелких отверстиях фланцев, наружных выступов и т.д.

•  Отделка точных цилиндрических, конических и фасонных поверхностей, внутренних и наружных, при установке на цилиндрическую поверхность и торец.

Для токарной обработки деталей класса "полые цилиндры" при небольшом выпуске применяются: для крупных деталей - токарно-карусельные станки, для средних, небольших и мелких деталей - универсально-токарные и токарно-револьверные станки

В последнее время токарно-карусельные станки оснащаются также шлифовальными шпинделями, что позволяет одновременно производить токарную обработку и шлифование точных отверстий.

При большом выпуске для всех групп деталей применяются 4-,6-,8- и 12-шпиндельные токарно-карусельные полуавтоматы и автоматы, обрабатывающие детали диаметром до 500 мм. В случае надобности многопозиционные токарные автоматы могут быть оборудованы одной-двумя многошпиндельными сверлильными головками, шлифовальными шпинделями и высокочастотным индуктором для закалки отдельных поверхностей детали.

При обработке крупных и средних деталей и небольшом выпуске сверлильные операции выполняются на радиально-сверлильных станках, при обработке небольших и мелких деталей - на вертикально-сверлильных станках. При значительном выпуске сверление производится на многопозиционных агрегатно-сверлильных полуавтоматах или на сверлильных станках, оснащенных многошпиндельными сверлильными головками. При обработке крупных деталей применяются одно-, двух- и трехсторонние агрегатные станки, при обработке средних и небольших деталей - многопозиционные сверлильно-агрегатные полуавтоматы карусельного и барабанного типа, составленные из 3-12 самодействующих головок.

Шлифование наружных цилиндрических поверхностей выполняется с помощью круглошлифовальных и бесцентрово-шлифовальных станков, отделка внутренних цилиндрических поверхностей на внутришлифовальных и хонинговальных станках. Цилиндрические отверстия мелких деталей иногда протягиваются.

Для обработки небольших плоскостей, встречающихся в деталях этого класса, в условиях небольшого выпуска применяются обычные фрезерные станки; при большом выпуске в многопозиционные агрегатные станки встраиваются самодействующие фрезерные головки.

Крупные детали этого класса редко встречаются в машинах массового выпуска. Процессы обработки крупных и средних деталей идентичны. Несколько обособленную группу составляют мелкие детали.

Вопросы для самопроверки

•  Какие поверхности выбираются в качестве первичных баз при обработке деталей типа валов?

•  Какие операции и методы обработки применяются в начале обработки деталей типа валов?

•  Какие поверхности выбираются в качестве первичных баз при обработке корпусных деталей?