Технологічне забезпечення точності обробки та показників якості поверхневого прошарку зубчатих рейок

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

“ХАРКІВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ”

Спеціальність 05.02.08 - Технологія машинобудування

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Технологічне забезпечення точності

обробки та показників якості

поверхневого прошарку зубчатих рейок

Клочко Олександр Олександрович

Харків - 2001

Дисертацією є рукопис

Робота виконана на кафедрі металорізальні верстати та інструменти Донбаської державної машинобудівної академії Міністерства освіти і науки України, м.Краматорськ

Науковий керівник

доктор технічних наук, доцент

Мельніченко Олександр Анатольєвич,

Українська інженерно-педагогічна академія Міністерства освіти і науки України, м.Харків, завідувач кафедри металорізальних верстатів та теорії різання металів.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор

Мовшович Олександр Якович,

Харківський науково-дослідний інститут технології машинобудування Державного комітету промислової політики України, м.Харків, головний інженер

кандидат технічних наук, доцент

Гордєєв Андрій Сергійович,

Української інженерно-педагогічноі академії Міністерства освіти і науки України, м.Харків, доцент кафедри технології машинобудування.

Провідна установа

Відкрите акціонерне товариство “Мотор Січ” Державного комітету промислової політики України, м.Запоріжжя

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Надійність і довговічність механізмів і машин у т.ч. із зубчатими рейочними передачами (ЗРП): супортних вузлів унікальних токарних верстатів для обробки роторів 250-тонних турбін, валків прокатних станів, поліграфічних машин, шахтних роботів по постановці скрепей, унікальних грузопассажирських рейкових ліфтопід'ємних машин для будівництва димових залізобетонних труб висотою до 250 метрів конструкції ЦПКБ “Ліфтмаш”, залізничної техніки значною мірою визначаються точністю виготовлення й експлуатаційних властивостей деталей (ізносостікостью, коефіцієнтом тертя, контактною твердістю). Експлуатаційні властивості характеризуються станом поверхневого прошарку робочих поверхонь ЗРП і визначаються технологією їхнього виготовлення. Процес розвитку технології машинобудування підтверджує зростаюче значення наукового обґрунтування технологічного забезпечення (ТЗ) точності виготовлення і системи параметрів поверхневого прошарку (ПП) деталей машин. Відсутність наукового підходу до забезпечення точності і призначенню параметрів стану робочих поверхонь зубчатих рейок (ЗР) приводить до необґрунтованого завищення вимог і подорожчанню машин, що випускаються, без належного підвищення їхньої надійності. Несуча здатність і контактна взаємодія робочих поверхонь ЗР залежать не тільки від параметрів шорсткості, але і від стану поверхневого прошарку в цілому (макровідхилення, волнистости, шорсткості, фізико-хімічних властивостей). Для встановлення об'єктивних закономірностей необхідно всі технологічні операції розглядати у взаємозв'язку, тому що кінцеві параметри точності і ПП формуються під впливом усього технологічного комплексу виконуваних операцій, з огляду на дію технологічної спадковості. Таким чином, резервом для досягнення надійності і довговічності механізмів і машин з ЗРП: є науково обґрунтоване технологічне забезпечення точності виготовлення і параметрів стану ПП.

У зв'язку зі сказаним, в роботі вирішується актуальна і маюча важливе народногосподарське значення задача розробки і впровадження високопродуктивного технологічного забезпечення якості обробки та показників якості поверхневого прошарку зубчатих рейок.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертація виконана по тематичних планах науково-дослідних робіт Краматорського Науково-дослідного і проектно технологічного інституту машинобудування НИИПТМАШ (тема №314-8969-02, № госрегистрации 0189.0019790 УДК 621.914.2), затвердженого Міністерством важкого машинобудування, і Краматорського заводу важкого верстатобудування (тема НІР 7/12. 98-99), затвердженого Державним комітетом промислової політики України.

Мета і задачі дослідження. Ціль - надійне забезпечення вимог точності і якості поверхневого прошарку зубчатих рейок технологічними методами при максимальній продуктивності обробки і виключення негативного впливу технологічной спадковості в умовах експлуатації.

Для досягнення поставленої мети необхідно сформульовати і вирішити наступні наукові і технічні задачі:

Розробити науково-обгрунтовану структуру технологічного забезпечення високоефективного процесу формоутворення зубчатих рейок.

Розробити математичну модель прогнозування показників якості поверхневого прошарку зубчатих рейок.

Розробити систему технологічного і метрологічного забезпечення точності виготовлення зубчатих рейок.

Здійснити практичну реалізацію комплекса технологічного забезпечення необхідних точності і якості поверхневого прошарку зубчатих рейок.

Виконати експериментальні дослідження з метою підвищення продуктивності обробки і зменшення впливу технологічної спадковості при виготовленні й експлуатаціїпо зубчатих рейок.

Об'єкт дослідження - Технологічний процесс формооутворення поверхневого прошарку зубчатих рейок.

Предмет дослідження - Технологічне забеспечення точності обробки і показників якості поверхневого прошарку зубчатих рейок.

Методи дослідження - Математична модель прогнозування показників якості поверхневого шару зубчатих рейок, що дозволяє керувати структурою і параметрами процесу виробництва, методика розрахунку термічної обробки зубчатих рейок у “заневоленному” положенні на точність виготовлення і метод неруйнованого контролю рентгенівською камерою, методика експериментальних дослідженнь, що підтвердили можливість підвищення продуктивності технології обробки і технологічних умов для практичної реалізації технологічного забезпечення якості і точності виготовлення зубчатих рейок

Робота виконана на основі теоретичних досліджень технологичекого забезпечення точності і параметрів стану поверхневого шару зубчатих рейок з використанням положень теорії технології машинобудування, опору матеріалів, термічної обробки, математичного аналізу. Розрахунки вироблялися з використанням ЕОМ. Эксперименталні дослідження вироблялися в технологічній лабораторії і виробничих умовах на спеціальних установках, установлених на базі рейкофрезерних і повздошно-стругальних верстатах, на яких були реалізовані технологічні умови забезпечення точності і якості виготовлення зубчатих рейок. Досліджувалися основні технологічні умови якості і точності досягнення параметрів стану поверхневого шару зубчатих рейок з використанням сучасних приладів і електронної апаратури: кінематомера з магнитоиндуктивными котушками, мобільною рентгенівською камерою, електронного алмазного твердомера, мікроскопів.

Наукова новизна отриманих результатів досліджень полягає в тому, що на базі глибокого структурно-параметричного аналізу існуючих процесів виробництва високоточних, важконагруженних, великогабарітних рейок відповідальних рейочних передач, широких статистичних узагальнень особливостей їхньої експлуатації розроблені наукові основи високопродуктивної технології виготовлення зубчатих рейок, що дозволяє надійно забезпечити необхідні точність обробки і якость поверхневого прошарку з виключенням негативного впливу технологічної спадковості при виготовленні й експлуатації.

Ці основи містять у собі:

1.Математичну модель прогнозування показників якості поверхневого прошарку зубчатих рейок, що дозволяє керувати структурою і параметрами процесу виробництва.

2.Науково-обгрунтовану структуру технологічного і метрологічного забезпечення високоефективного процесу формоутворення зубчатих рейок, що дозволяє надійно домагатися необхідних точності виготовлення і якості поверхневого прошарку.

3.Експериментальні та промислові дослідження областів формування шорсткісті та показників якості зубчатих рейок.

4.Практичну реалізацію комплекса технологічного забезпечення необхідних точності і якості поверхневого прошарку зубчатих рейок.

5.Експериментальні дослідження, що підтвердили можливість підвищення продуктивності технології обробки і технологічних умов для практичної реалізації технологічного забезпечення якості і точності виготовлення зубчатих рейок.

Практичне значення отриманих результатів. Практична цінність роботи складається в розробці високопродуктивного технологічного способу обробки зубчатих рейок шляхом науково обґрунтованих рекомендацій із забезпечення точності обробки і якості поверхневого шару.

Теоретично й експериментально встановлено, що з використанням умов формоутворення забезпечується підвищення точності обробки і показників якості поверхневого шару зубчатих рейок, технологічних параметрів для досягнення необхідних умов експлуатації зубчатих рейочних передач і високу продуктивність обробки.

Розроблені і впроваджені комплексні технології повної обробки зубчатих рейок на Краматорськом заводі важкого верстатобудування з річним економічним ефектом 55280грн. Економічний ефект отриманий за рахунок стабільності технологічних процесів обробки зубчатих рейок за рахунок впровадження ефективних схем формоутворення зубів рейок. Продуктивність праці підвищена в 1,6 рази в порівнянні з технологією, що існувала, для 8 ступеня точності ГОСТ10242-81 і в 2,5 рази для рейок 6-7 ступеня точності ГОСТ10242-81.

На підставі проведеної дисертаційної роботи розроблені типові карти контролю і технологічні процеси обробки зубчатих рейок . Технологія обробки зубчатих рейок надає можливість її реалізації на підприємствах машинобудівного комплексу України.

Вірогідність наукових результатів і висновків сформульованих у дисертації, забезпечені проведенням значної кількості експериментальних і теоретичних досліджень, що підтверджують вірогідність розробленої моделі й отриманих математичних результатів, а також практичне використання результатів роботи.

Особистий внесок здобувча. Особистий внесок здобувча складається в тому, що ним: розроблена математична модель спосіба формоутворення поверхневого прошарку зуб'ів рейок, запропонував на підставі теорії тертя розглядати технологічний процес формоутворення з урахуванням товщини шару, що зрізується, радіуса округлення крайки інструмента, що ріже і наявності змащення охолодної рідини в зоні обробки, систематизовав верстати й технологічні умови для обробки зуб'їв рейок з обліком вітчизняного і закордонного досвіду, показав фізичну картину і умови формоутворення показників якості поверхневого прошарку зубчатих рейок, довів фізичну картину ефективності прогресивних схем формоутворення, запропоновав спосіб контролю точності базових поверхонь зубчатих рейок відповідно до ГОСТ 10242-81, запропоновав комплексний підхід у розробці засобів контролю зубчатих рейок з урахуванням надлишкових збільшень по лівій і правій лініях зачеплення, запропонував конструкцію рентгенівської камери для враховування неруйнованого засібу контролю зубчатих рейок, розробив технологічні карти диференційованого контролю зубчатих рейок, запропонував обробляти зубчаті рейки черв'ячною фрезою з забірним конусом, інтенсифікувати процес обробці зубчатих виробів, розробив засіб компенсації деформацій зубообробного верстата, що виникають у процесі обробки зубчатих виробів, розробив пристрій для рейкошевінгування.

Апробація результатів дисертації. Основні положення та результати досліджень були представлені на науково-технічних семінарах і конференціях: Перший з'їзд технологів на секції “Формоутворення конструкцій з металевих, полімерних і композиційних матеріалів”, м.Москва, 1989р.; республіканському науково-технічному семінарі "Шляху підвищення надійності інструмента, що ріже,", м.Краматорськ-Київ, 1989р.; усесоюзної науково-технічний конеренции "Зубцюваті передфачи-современность і прогрес", м.Одеса, 1990р.; науково-технічної конференції Донбаської державної машинобудівної академії, м.Краматорськ, 1999р.; міжнародному науково-технічному семінарі “Interpartner-99”-“Високі технології в машинобудуванні: сучасні тенденції розвитку “, Харків-Алушта, 1999р., 2000р.

У повному обсязі дисертація доповідалася й одержала позитивну оцінку на кафедрі "Металорізальні верстати й інструменти" ДГМА, 1999-2000р.

Публікації. Основні результати дисертації опубліковані в 23 статтях, з них 4 у фахових виданнях, 4 авторських посвідчення, 2 патента.

Структура й обсяг роботи. Дисертація складається з вступу, п'яти розділів, списки використаних джерел, 4 додатків. Повний обсяг дисертації складається на 216 сторінках, включає: 41 рисунок (5 сторінок), 32 таблиці (4 сторінки), 125 бібліографічних назв (10 сторінок), 4 додатків (15 сторінок).

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

В введенні обґрунтована актуальність теми і практичне значення досліджень, сформульовані основні положення, що виносяться на захист, і дана загальна характеристика дисертації.

Перший розділ присвячений аналізу відомих результатів теоретичних і експериментальних досліджень літературних джерел вітчизняних і закордонних авторів по технологічному забезпеченню точності і параметрів стану поверхневого шару деталей машин і на їхній основі розроблені шляхи підвищення продуктивності і якості обробки зубчатих рейок. Розглянуто основні напрямки по технологічному забезпеченню параметрів стану поверхневого шару. Проведений аналіз літератури показав, що незважаючи на значну кількість робіт, спрямованих на забезпечення точності обробки і показників параметрів стану поверхневого прошарку деталей машин, проблема точності обробки зубчатих рейок залишається невирішеної і є актуальної, котра вимагає розробок нових і економічних технологічних напрямків обробки зубчатих рейок. Виходячи з цього в роботі сформульоване наукове положення про можливість підвищення продуктивності обробки зубчатих рейок, обґрунтовані мета і з задача досліджень.

Другий розділ присвячений структурно-параметричному аналізу технології виготовлення і математичному моделюванні прогнозування показників якості поверхневого прошарку зубчатих рейок, що дозволяє керувати структурою і параметрами технологічного процесу виробництва рейок. Метод профільного формоутворення зуб'ів рейок складається у визначенні кута неузгодженості між зубами спарених дискових зуборізних фрез за умови, що інтегральна функція, що характеризує середнє квадратичне відхилення параметрів формооутворення від постійної, є середньою і приймає мінімальне значення. Перераховані вище параметри інтегральних функцій змінюють до одержання тільки одного рішення.

Формоутворення зуб'їв зубчатих виробів здійснюється з використанням спарених дискових зуборізних фрез 1 і 2, що мають визначений крок, кратний кроку зубчатого виробу, при цьому кратність виражається цілим числом (див. рис.1). У зоні обробки при зніманні металу постійно знаходиться троє і більш зуб'їв 3-5 (див. рис.1), при цьому передня поверхня зуба 5 фрези 2 розташовується між двома передніми поверхнями зуб'їв 3 і 4 фрези 1. При виході з зони різання зуба 3 фрези 1 наступний зуб 4 фрези 1 входить у зону різання, але при цьому в зоні різання знаходиться зуб 5 фрези 2, розташований під визначеним кутом неузгодженості стосовно зуб'їв фрези, що обумовлює стаціонарність формоутворення робочих поверхонь.

Оптимальний кут неузгодженості між зуб'ями спарених дискових зуборізних фрез задають з умови найменшого значення середньоквадратичного відхилення технологічних параметрів формооутворення від її середнього значення.

Технологічні параметри формооутворення при обробці западини одним зубом у загальному виді може бути представлена вираженням

Р1 =С1 •Szk+1 •sink+1 •, (1)

де А1 =С1 Szk+1; А2=; А3 =1 при обробці лівого чи правого профілю; А3 =2 при обробці лівого і правого профілів одночасно. Вираження (1)запишемо у виді

Р1 = Р1 = А1• sink+1 •,(2)

де В - ширина западини зуба оброблюваної деталі 7 (рис.1).

Вираження (1) при відповідному значенні ширини западини В и коефіцієнта А3 описує спосіб профільного формоутворення зуб'їв рейок. Знаходиться найменша відстань між інтегральними функціями середньоквадратичного відхилення від постійної С , (3) в інтервалі зміни від , де інтервал = 1. 2...N із кроком h=. Серед отриманих значень вибирається найменше , котре відповідає оптимуму кута неузгодженості .

На підставі викладеного методу розроблений алгоритм вибіру оптимальних параметрів кута між зубами спарених дискових зуборізних фрез при попереднім і остаточному формоутворенні зубчатих рейок.

Оптимізація технологічного забезпечення геометричних параметрів стану поверхневого шару при профільному формоутворення зуб'ів рейок здійснюється по куту неузгодженості , що відповідає найменшому значенню середньоквадратичного відхилення параметрів формоутворення від середнього значення.

При формоутворенні процес врізання теоретично здійснюється з нульової товщини прошарку, що зрізується, при а=0 відбувається тертя ковзання зуба по обробленій поверхні і кожний наступний зуб працює по поверхні. Тому з метою технологічного забезпечення якості обробки і показників якості поверхневого шару зуб'ів рейок визначається мінімальний кут ковзання Шск .

Якщо розглядати елемент, що впровадився - індентор, що переміщаючи в тангенціальному напрямку, деформує нижележащий матеріал як формує лезо з радіусом с, а глибину нерівності, що впровадилася hi, як аі, то глибина відносного впровадження hi/с запишеться у виді: аi/с. Очевидно, що кут ковзання Шск відповідає пластичному відтискуванню матеріалу, коли матеріал обтікає индентор, без відділення від основної маси. При поглибленні сфери в матеріал настає момент, коли відтискування матеріалу змінюється його загальмуванням відносно індентора, що приводить до нагрівання матеріалу

Теорія пластичності про ковзання твердого сферичного индентора, що впроваджується в пластично деформируємий простір, на границі між який діє адгезіонний зв'язок, що має міцність на зріз, визначає умови переходу пластичного відтискування в з'йом поверхневого прошарку:

,(4)

де hi=аi - товщина шару, що зрізується; R=с - радіус леза, що ріже; ф - міцність на зріз адгезіонного зв'язку; уs - границя текучості матеріалу.

Як випливає з (4), при уs ?2?ф зовнішнє тертя неможливе при будь-якім відносному впровадженні, воно також неможливо при hi/R = аi/с ?0,5 навіть за умови нульової міцності адгезіонного зв'язку на зріз.

При змащенні граничним буде відносне впровадження hi/R = аi/с ?0.31. При порушенні зовнішнього тертя у випадку ф =0 і при наявності мастильної плівки на поверхні коефіцієнт тертя в залежності від відношення hi/R = аi/с визначається з молекулярно-механічної теорії тертя

,(5)

де фпро - питома сдвигова міцність молекулярних зв'язків; в- коефіцієнт зміцнення молекулярних зв'язків під дією стискаючих напруг; аr - коефіцієнт гістерезисних утрат при ковзанні; рr - тиск на фактичних площадках контакту. Таким чином: , (6)

При формоутворенні з застосуванням поверхово і хімічно активних мастильно-охолодних рідин адгезіонна взаємодія між стружкою й інструментом відсутня, адгезіонна складова дорівнює нулю і середній коефіцієнт тертя стає постійним, що не залежить від умов різання, тобто при ф/у=f2>0 f=f1+f2>f1,де f1 - коефіцієнт тертя, що залежить від молекулярно-атомної шорсткості поверхонь.

Таким чином, глибина відносного впровадження, що приводить до зняття прошарку металу без застосування змащення відповідає аi/с ?0.5, а зі змащенням - аi/с ?0,31. Товщина прошарку, що зрізується, описується формулою аі =?Sz sinШск• sinц, де Sz - подача на зуб; ц - кут профілю зуба фрези,, мінімальні значення кутів ковзання в суху і із СОЖ визначаються по формулі:

без СОЖ, із СОЖ.

Визначення мінімальних кутів ковзання при обробці зубчатих рейок дозволяє значно підвищити ефективність процесу формоутворення й експлуатаційних властивостей поверхонь рейок.

Проведені теоретичні й експериментальні дослідження дозволяють визначити оптимальні кути ковзання Шск при який установлюється стабільність формоутворення. Співвідношення між кутом ковзання Шск і найбільшим кутом контакту фрези Шmax з оброблюваним зубчатим виробом дозволяє установити ефективність процесу через коефіцієнт формоутворення Кфр :

(7)

Аналіз графіків зміни коефіцієнта ефективності формоутворення Кэф зубчатих рейок у залежності від технологічних параметрів обробки показав області, що забезпечують нормальний процес формоутворення робочих поверхонь. Сприятливою областю технологічного забезпечення параметрів стану поверхневого прошарку зубчатих рейок є значення коефіцієнта ефективності формоутворення Кэф від 30 до 80% і регламентується технологічними параметрами обробки. .Експериментальні дослідження показали кореляційний зв'язок між собою висотних параметрів шорсткості поверхневого прошарку зубчатих рейок Ra, Rz, Rmax.: Rmax=6,0 Ra; Rz=5,0 Ra.

Визначення конкретних умов обробки зважується у взаємозв'язку з функціональними параметрами стану оброблюваних поверхонь зубчатих рейок. Параметри стану шорсткості поверхні зубчатих рейок при рейкофрезерованні для сталі мають наступний вид:

Ці рівняння адекватно описують процес формоутворення. Результати експериментальних досліджень підтверджують теоретичні предумови про широкі можливості методів обробки в технологічному забезпеченні системи параметрів поверхневого прошарку зубчатих рейок.

Значний вплив на параметри оброблюваних поверхонь зубчатих рейок робить технологічна спадковість, що вказує на широкі можливості керування системою параметрів оброблюваних поверхонь протягом технологічного процесу. Отримані дані використовуються як технічні обмеження по системі параметрів поверхневого шару зубчатих рейок, визначающих їхні експлуатаційні властивості, при виборі технологічних методів і режимів обробки.

Третій розділ присвячений експериментальним дослідженням перевірки способу розрахунку при профільному формоутворенні зуб'ів рейок. Розроблен метод перевірки за допомогою високоточного електронного приладу кінематоміра КН-7У.

Після проведеної серії експериментів по вивченню впливу схем формування поверхонь зуб'ів рейок і статистичної обробки результатів дослідження попереднього й остаточного формоутворення зуб'ів установлений цілий ряд залежностей по технологічному забезпеченню параметрів стану поверхневого прошарку. Напрямок фрезерования застосовувся зустрічний.

Мінливість крутящого моменту, порозумівається безупинною зміною толщин стружок, що зрізуються, зміною кількості одночасно ріжучих зуб'ів фрези, що приводить до безупинної зміни сумарного навантаження на фрези, коливанням системи СПІД. Довжина шляху різання кожного зуба фрези нерівномірна, і окремі зуб'я (кожен другий, чи кожен другий і третій) не приймають участі в різанні і має місце пружне і пластичне відтискування матеріалу. Різкі зміни величини моменту, що крутить, при вході зуб'ів фрези в метал заготівлі і при виході породжують вібрації заготівлі і фрези.

З метою одержання узагальненої залежності величини середнього крутящого моменту (Ткр), середньої окружної сили різання (Рz), параметра шорсткості Rz від режимів різання (S, V) і товщини шару, що зрізується, (ai) були проведені дослідження обробки зубчатих рейок модулем m=8-20мм різними схемами фрезеровання з застосуванням планування екстремальних експериментів.

Після статистичного аналізу експериментальних даних була отримана математична модель досліджуваного процесу у виді формули

(8), (9).

Аналіз показав, що формули (8) і (9) практично цілком описують результати експериментів і по ній з достатньою імовірністю можна визначати середній крутящий момент Ткр і висоту нерівностей профілю Rz у залежності від обраних технологічних факторів обробки.

З урахуванням модуля зуб'ів рейок і ступеня зносу ріжучих лез фрез, середній крутящий момент, з достатньої для практичних цілей точністю можна визначати по наступній формулі

(10)

де Км-коефіцієнт, що враховує вплив модуля нарізки зубчатих рейок, Кд-коефіцієнт, що враховує вплив зносу ріжущих лез фрез, Ксх-вибір схеми різання.

Залежності середньої окружної сили Рz від розглянутих технологічних факторів обробки одержимо з формули (9)

(11)

де Dфр-наружний діаметр фрези, мм.

Так як процес різання починається з кута ковзання Шск =arcsin(KсожМс/SzМsinбs), то безпосереднє формування шорсткості оброблюваної поверхні відбувається при повороті зуба фрези на кут ковзання Шск.

Технологічне забезпечення експлуатаційних властивостей зубчатих рейок визначається рішенням двох задач: вибір матеріалів рейок і призначення точності розмірів і системи параметрів стану поверхневого шару, що забезпечували необхідні експлуатаційні властивості; вибір методу і встановлення технологічних параметрів обробки, що забезпечують найбільше економічне одержання заданої точності розмірів і системи параметрів стану поверхневого прошарку оброблюваних зубчатих рейок. Таким спосібом зносостійкість рейкових передач характеризується комплексним станом поверхонь контактування.

Рівноважний стан поверхонь тертя зубчатих рейок характеризується параметром:

(12)

Значення комплексного параметра, що забезпечує необхідну зносостійкість розраховується по формулі:

(13)

Таким чином параметр шорсткості виражається комплексним технологічно-фізичним геометрічним параметром.

Результати експериментальних досліджень підтверджують правільність приведених вище рівнянь і технологічного забезпечення параметрів стану поверхневого шару зубчатих рейок з допомогою комплексного параметра.

Оптімальне значення параметрів робочих поверхнів зубчатих рейок - шестерня визначається за допомогою їх замірів після приробітка рейок на робочих осях (таблиця 1).

Таблиця 1

Розрахункові й експериментальні дані по интесивности зношування зубчатих рейок модулем m=8 мм зі сталі АЦ40Х (поверхнева мікротвердість обробленої поверхні 240МПа)

Матеріал контртіла	р, МПа	V, м/мин	Сх	Интенсивність знашиванния (IМ1010) в становлений період	Интенсивність знашиванния (IМ1010) в період прирабітки
				Расчет по формулам	Экспери-ментальні дані	Расчет по формулам	Экспериментальні данні
Шестерня m=8мм, Z=17 Сталь 40Х Зуб'я HRCэ 48…52	200	1	12,5	2,92	2,05	0,08	0,12

Важливим критерієм вибіру спосіба формоутворення є проведення рентгенографічного дослідження за допомогою рентгенівської камери (рис. 3) не прибігаючи до руйнування рейок.. Рентгенографічний аналіз дозволяє найбільше удосконаленно з'ясувати фізико-механічні свойства від технологічних умов обробки зубчатих рейок і доповнює загальну структуру дослідження.

Четвертий розділ присвячний питанням забезпечення точності геометрическої характеристики і фізико-механічних свойств. Для зменщення впливу технологічної спадковості і забезпечення найменьших відхилень від геометричних параметрів точності зубчатих рейок розроблен спосіб термостабілізації в “заневоленому” стані. В пристосування установлюють по дві рейки в кожен паз. Така установка рейок дозволяє дотримувати умови техніки безпеки і зручність в обслуговуванні.

При установці в пристосування рейок розраховуються зусилля “защемління” - РУ з учетом кілкості рейок що одночасно проходять термостабілізацію:

РУ = к •.

При обробці зубчатих рейок має місце помітне погіршення оброблюваності. На поверхні зуб'їв рейок утворяться макродефекти: глибокі ризики з рванными краями, Відзначається також занижена твердість поверхні в порівнянні з вимогами технічних умов. Виникає необхідність знайти причину утворення дефектів і намітити шляхи її усунення. Причину варто шукати в специфічності структури, що формується в результаті, та у досконалюванні технології термічної обробки рейок.

Механічні іспити зразків проводили на машині УММ-20, ударну в'язкість визначали на маятниковому копрі МК-ЗО, твердість - електронним приладом “Ewotip” по шкалі НВ (Бринелля). Мікроструктуру досліджували за допомогою мікроскопа МІМ-8.

Після двох режимів нормалізації забезпечується висока оброблюваність рейок. Твердість поверхні знаходиться в інтервалі значень, припустимих по технічних умовах.

Післе режима улучшення ухудшається обробка рейок. На поверхні з'являються дефекти , твердість 1560 МПа нижче припустимих значень (рис. 4).

Можливість недогрева зубчатих рейок при здійсненні термічної обробки цілком ймовірна через неоднорідність температурного полю в робочому просторі печі і недосконалості його контролю. Метал має грубозернисту структуру, в окремих місцях перехідну у відманштетову. На фотографії помітні голкоподібні ферітні побудови. Показники відносного подовження і відносного стиску порівняно невисокі (таблиця 2).

Таблиця 2

Механічні властивості зразків після трьох варіантів термічної обробки

Режими термічної обробки	Преділ прочністі, МПа	Преділ твердісті, МПа	Твердість, МПа	Відносне удловження, %	Відносне сжатіе, %	Ударна вязкість, МДж/м2
Нормалізація с ковочного нагріву	350	730	1870	20	22	0,67
Нормалізація с 8500С	280	610	2010	29	35	0,70
Улучшення	470	780	1560	24	48	0,99

Більш кращим є другий варіант нормалізації, що припускає нагрівання на 850°С. Після здійснення цього режиму утвориться дрібнозерниста феріто-перлітна структура. Показники, що характеризують пластичність, помітно підвищуються: приблизно в 1,5 рази (таблиця 2). Навіть в умовах недогріва відбувається перекристалізація перліту. Не погіршується оброблюваність. Твердість і інші властивості відповідають вимогам технічних умов на виготовлення зубчатих рейок.

П'ятий розділ присвячений питанням науково-обгрунтованої структури технологічного і метрологічного забезпечення високоефективного процеса формоутворення зубчатих рейок, що підтвердили можливість підвищення продуктивності технології обробки і технологічні умови для практичної реалізації технологічного забезпечення якості і точності виготовлення зубчатих рейок.

У сукупності з технологічним забезпеченням вимірювальних баз, що мають неточність форми і розташування, розроблені і впроваджені технологічні типові карти контролю зубчатих рейок.

Розглядаючи технологічні можливості чистового формоутворення зубчатих рейок на основі фізичної картини прогресивних схем, найбільш кращими є методи, у яких при чистовій обробці виходить досягти рівномірність припуску, що знімається, при впровадженні інструмента в оброблюваний матеріал.

До таких технологічних способів чистової обробки зубчатих рейок відносяться рейкошевінговання (Рис. 5). Рейкошевінговання здійснюється на сганках з подовжнім переміщенням столу. При шевінгуванні робочих профілів зубчатих рейок досягається шорсткість поверхні зуб'їв Ra = 0,25--0,5 мкм.

З метою підвищення якості обробки зубчатих рейок за рахунок виключення необхідності зміни міжцентрової відстані при відводі інструмента розроблен спосіб профільного зубострогания черв'ячною фрезою з забірним конусом. Спосіб чистової обробки зуб'їв рейок черв'ячною забезпечує підвищення якості обробки, а почергове використання крайок фрези, сприяє рівномірному зносу фрези.

ВИСНОВКИ

У дисертаційної роботі вирішена актуальна для машинобудування задача розширення технологічних можливостей обробки зубчатих рейок на основі застосування нових технололгічних умов які вираховують забезпечення точності та показників якості поверхневого прошарку з метою підвищення продуктивності обробки зубчатих рейок.

1.Розроблено математичну модель формоутворення робочих поверхонь зуб'їв зубчатих рейок з урахуванням технологічного забезпечення параметрів стану поверхневого прошарку й обґрунтовані умови підвищення продуктивності обробки.

2.Розроблено наукову методику розрахунку і визначення технологічних умов обробки зубчатих рейок дисковими профільними фрезами з урахуванням ефективності обробки, що дозволяє при профільному формоутворенні зуб'ів рейок визначити кут неузгодженості між зуб'ями спарених дискових зуборізних фрез за умови, що функція, що характеризує середнє квадратичне відхилення параметрів обробки від постійної, що є середньої, приймає мінімальне значення. Перераховані вище параметри функцій змінюють до одержання тільки одного рішення

3.Розроблено принцип розрахунку основних схем технологічного забезпечення параметрів стану поверхневого прошарку зубчатих рейок.

4.Проведені експериментальні дослідження і вплив термічної обробки зубчатих рейок на точність виготовлення методом контролю, що неруйнує, мобільною рентгенографічною камерою і термічною обробкою зубчатих рейок у “заневоленном” положенні.

5.Розроблені і упроваджені високопродуктивні технології обробки і технологічні умови для практичної реалізації технологічного забезпечення якості і точності виготовлення зубчатих рейок черв'ячною фрезою, що відрізняється тим, що, з метою підвищення якості поверхневого шару товщина шару, що зрізується, залишається постійної при зніманні припуску на кожен зуб фрези рейкошевінгованням і спосібом обробки рейок черв'ячною фрезою.

6.Розроблена структура метрологічного забезпечення необхідних параметрів точності по нормах кінематичної точності, нормам плавності і нормам бічного зазору.

7.На підставі результатів дослідження розроблені і впроваджені у виробництво високопродуктивні технологічні процеси з урахуванням технологічного забезпечення точності і якості обробки зубчатих рейок з річним економічним ефектом 55280грн. Економічний ефект отриманий за рахунок стабільності технологічних процесів обробки зубчатих рейок за рахунок впровадження ефективних схем формоутворення зуб'ів рейок. Продуктивність праці підвищена в 1,6 рази в порівнянні з технологією, що існувала, для 8 ступеня точності ГОСТ 10242-81 і 2,5 рази для рейок 6-7 ступеня точності ГОСТ 10242-81.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ

1.Печеный В.И., Клочко А.А., Мороз О.А. Устройство для контроля смежных базовых плоскостей реек // Технология и организация производства. -1986. - N 4. - С.50.

2.Сакович И.Т., Клочко А.А., Лобунец Ю.П., Печеный В.И. Повышение стойкости инструмента из быстрорежущей стали путем насыщения его дисульфидом молибдена термодиффузионным способом с последующей обработкой в жидком азоте // Пути повышения эффективности использования режущего инструмента. - М: ГСПКТБ "ОРГПРИМ-ИНСТРУМЕНТ". 1987. - С.82-85.

3.Печеный В.И., Клочко А.А..Лобунец Ю.П. Оптимизация технологического контроля зубчатых колес и реек // Перспективные направления создания новых и совершенствование существующих конструкций тяжелонагруженных реукторов и прогрессивная технология их изготовления. Тезисы докладов научно-технической конференции. - Краматорск.- 1987. - С. 154.

4. Клочко А.А. Печеный В.И., Вышлов В.А., Завгородний В.И. Перспективные работы по созданию методов и средств контроля высокоточных зубчатых реек в условиях тяжелого машиностроения и станкостроения // Передовой производственный опыт и научно-технические достижения: Информационный сборник. - М.: ВНИИТЭМР. 1989.- Вып. 6.- С.1-2.

5.Клочко А.А., Лобунец Ю.П., Печеный В.И., Мороз О.А., Завгородний В.И.Станки и инструмент для обработки зубьев реек // Технология, оборудование и экономика машиностроительного производства. Сер. Технология и оборудование обработки металлов резанием. Отечественный опыт: Экспресс-информация.-М.:ВНИИТЭМР. 1989. - Вып.7. С.5-12.

6.Печеный В.И., Клочко А.А., Баран В.И. Стабилизация сил резания при формообразовании зубьев колес и реек // Прогрессивные технологические процессы, оснастка и инструмент в механосборочном производстве.-Краматорск: НПО "НИИПТМАШ".1989.-С.39-48.

7.Кравцов Н.В., Клочко А.А. Применение комплексных параметров при технологическом обеспечении эксплуатационных свойств сборных инструментов // Передовой производственный опыт и научно-технические достижения: Информационный сборник.-ВНИИТЭМР. 1990.-Вып.4.-С.11-12.

8.Кравцов Н.В., Клочко А.А., Печеный В.И. Технологическое обеспечение схода наростообразования в период приработки передней поверхности режущей части сборных инструментов // Передовой производственный опыт и научно-технические достижения: Информационный сборник. - М.:ВНИИТЭМР. 1990. - Вып. 4. - С.13-14.

9.Клочко А.А., Кравцов Н.В., Мороз О.А. Влияние направления неровностей при заточке режущих сборных инструментов на процесс наростообразования // Передовой производственный опыт и научно-технические достижения: Информационный сборник..:ВНИИТЭМР.1990. - Вып. 4.-С.14-15.

10.Брусиловский Б.А., Клочко А.А., Кане М.М. Физико-механические характеристики поверхностных слоев в зависимости от особенностей технологических приемов обработки зубчатых изделий // Передовой производственный опыт и научно-технические достижения: Информационный сборник. - М.:ВНИИТЭМР. 1990. - Вып. 6.-С.20-21.

11.Печеный В.И., Клочко А.А., Баран В.И. Исследование факторов, влияющих на дестабилизацию сил резания при обрботке зубьев колес и реек // Компьютерная технология проектирования в тяжелом машиностроении. - Краматорск: НПО "НИИПТМАШ". 1990. - С.93-99..

12.Клочко А.А., Суслов А.Г., Зиновьєв Н.И., Колот В.А., Баран Е.Г. Фрезерование зубъев реек дисковой фрезой с импульсной подачей // Зубчатые передачи: современность и прогресс: Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции.- Одесса.- 1990. - С.86.

13.Клочко А.А. Физическая картина эффективности прогрессивных схем зубофрезерования // Передовой производственный опыт и научнотехнические достижения: Информационный сборник.-М.:ВНИИТЭМР.1990.-Вып.8.-С.12-13.

14 Клочко А.А., Клочко Ю.А., Белых В.Г., Печеный В.И. Теоретические предпосылки повышения эффективности процесса формообразования изделий зубообрабатывающим инструментом. // Надежность режущего инструмента и оптимизация технологических систем. Сб. научных трудов. ДГМА, Краматорск.1999.-С 150-154.

15.Зиновьев Н.И., Клочко А.А., Белых В.Г., Суслов А.Г. Пути повышения износостойкости зубообрабатывающего инструмента // Резание и инструмент в технологических системах. Междунар. научно-технич. сборник. Вып.54,-Харьков, 1999.-С 105-110.

16.Зиновьев Н.И., Клочко А.А., Расчет стационарности сил резания при профильном формообразовании зубьев колес // Резание и инструмент в технологических системах. Междунар. научно-технич. сборник. Вып.55,-Харьков, 1999.-С 115-120.

17.Клочко А.А., Зиновьєв Н.И., Клочко Ю.А., Мироненко Е.В. Новые технологические направления чистовой обработки зубчатых реек // Високі технології в машинобудуванні. Збірник наукових праць ХДПУ.- Харків.- 2000.-Вип.1(3).-С. 138-145.

18. Способ чистовой обработки зубчатых: А.с. 1604528 СССР, МКИ В23 F 1/04./ В.И.Печеный, А.А.Клочко, О.А.Мороз - №4649293/25; Заявлено 12.12.88; Опубл. 07.11.90, Бюл.N41.-3 с. ил.

19. Способ фрезерования цилиндрических зубчатых колес: Ас. 1715523 СССР, МКИ В23 F 5/20./М.М.Канэ, А.А.Клочко, В.А.Колот - №4776925/08; Заявлено 03.01.90; Опубл. 29.02.92, Бюл.N8.- 4 с. ил.

20. Способ фрезерования зубчатых изделий спаренными фрезами: А.с. 1729705 СССР, МКИ В23 F 5/20./А.А.Клочко, В.Н.Бородаевский, О.А.Богатырев, В.И.Баран - № 4736585/08; Заявлено 11.09.89; Опубл. 30.04.92, Бюл.N16. - 4 с. ил.

21. Рентгеновская камера для контроля крупногабаритных объектов: А.с. 1805360 СССР, МКИ G01 N 23/20./Б.А.Брусиловский, А.И.Дрыга, А.А.Клочко - № 4761525/08; Заявлено 03.10.89; Опубл. 30.03.93, Бюл. N12. - 3 с. ил.

22.Пат. 2064376 RU,:МКИ В23 F 5/08, 5/12. Зубообрабатывающий станок /В.Ф.Шаповалов, В.И.Печеный, А.А.Клочко, С.П.Налетов, Н.И.Аристархов, В.Д.Коротков, Г.Н.Руин., Н.А.Лобанов, А.В.Кузнецов - № 4915857; Заявлен. 23.01.91; Опубл. 27.07.96; Бюл. N21.-5 с. ил.

23.Пат. 2082567 RU, МКИ В23 F 5/00. Зубообрабатывающий станок /В.Ф.Шаповалов, В.И.Печеный, А.А.Клочко, Г.Н.Руин, С.П.Налетов, Н.И.Аристархов, В.Д.Коротков, Н.А.Лобанов, А.В.Кузнецов - № 92009350; Заявлен. 01.12.92; Опубл. 27.06.97; Бюл. N18.-6 с. ил.

АНОТАЦІЇ

Клочко Олександр Олександрович. “Технологічне забезпечення точності обробки та показників якості поверхневого прошарку зубчатих рейок”.-Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.02.08 - технологія машинобудування. Національноий технічний університет “Харківський політехнічний інститут”, Харків, 2001.

Дисертація присвячена рішенню актуальної задачі технологічного забезпечення точності обробки та показників якості поверхневого прошарку зубчатих рейок. Для досягнення поставленної мети в роботі сформульовані і вирішені наступні задачі: розроблена математична модель формоутворення робочих поверхонь зуб'ів зубчатих рейок з урахуванням технологічного забезпечення параметрів стану поверхневого прошарку й обґрунтовані умови підвищення продуктивності обробки, розроблена методика розрахунку і визначення технологічних умов обробки зубчатих рейок дисковими профільними фрезами з урахуванням ефективності обробки, розроблен принцип розрахунку основних схем технологічного забезпечення параметрів стану поверхневого прошарку зубчатих рейок, проведені експериментальні дослідження і вплив термічної обробки зубчатих рейок на точність виготовлення методом неруйнованого контролю мобільною рентгенографічною камерою і термічною обробкою зубчатих рейок у “заневоленному” положенні, розроблені і упроваджені високопродуктивні технології обробки і технологічні умови для практичної реалізації технологічного забезпечення якості і точності виготовлення зубчатих рейок. Обгрунтовані умови істотного підвищення продуктивності обробки рейок.

Ключоєві слова: зуб'я, зубчаті рейки, технологічне забезпечення, математична модель, продуктивність обробки, поверхневий прошарк, показники якості, коефіцієнт ефективності формооутворення.

Клочко Александр Александрович. Технологическое обеспечение точности обработки и показателей качества поверхностного слоя зубчатых реек.- Рукопись. прошарок зубчата рейка

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.02.08 - технология машиностроения. Национальный технический университет “Харьковский политехнический институт”, Харьков, 2001.

Диссертация посвящена решению актуальной задачи технологического обеспечения точности обработки и показателей качества поверхностного слоя зубчатых реек. Необходимость решения такой задачи обусловлена относительно низкими производительностью и качеством обработки высокоточных, тяжелонагруженных, крупногабаритных зубчатых реек ответственных реечных передач. Разработана математическая модель прогнозирования показателей качества поверхностного слоя зубчатых реек, позволяющая управлять структурой и технологическими параметрами для обеспечения эксплуатационных свойств зубчатых реек, которая характеризуется комплексным состоянием обрабатываемых поверхностей с учетом геометрическх параметров, физико-механических свойств и технологических регламентов обработки. Разработана методика определения минимальных значений углов скольжения Шск при фрезеровании зубьев реек дисковыми фрезами для достижения требуемого качества поверхностного слоя зубчатых реек, выраженного через коэффициент эффективности формообразования Кфр. Рассмотрены условия пластического оттеснения обрабатываемой поверхности зубьев реек с положительным и отрицательным значениях коэффициента эффективности формообразования Кфр при различных технологических параметрах обработки.

С целью надежного обеспечения требований точности рассмотрен синтез параметров операции зубонарезания зубчатых реек спаренными фрезами, основанном на стабилизации процесса формообразования, который состоит в определении угла рассогласования между зубьями спаренных дисковых зуборезных фрез при условии, что интегральная функция, характеризующая среднее квадратичное отклонение параметра формообразования от постоянной, являющейся средней, принимает минимальное значение. Вышеперечисленные параметры интегральных функций изменяют до получения только одного решения.

В диссертации приведена научно-обоснованная структура технологического и метрологического обеспечения высокоэффективного процесса формообразования зубчатых реек, позволяющая надежно добиваться требуемых точности изготовления и качества поверхностного слоя. Для окончательной обработки зубчатых реек впервые разработана рейкошевинговальная демпфирующая головка, устанавливаемая на станках с возвратно-поступательным движением рабочего стола на котором устанавливаются и закрепляются рейки и новый способ обработки реек червячной фрезой с заборным конусом. Разработаны средства для обеспечения дифференцированного и комплексного контроля зубчатых реек, являющимися основой для разработки типовых карт контроля.

Выполннены эксперименты и произведена проверка обоснованных областей формирования шероховатости и параметров качества поверхностного слоя, определяющих эксплуатационные показатели зубчатых реек. Разарботана и экспериментально подтверждена методика расчета технологических параметров цикла изготовления реек прибором кинематомером КН-7У с помощью магнитоэлектрических датчиков, устанавливаемых на дисковых пантографах.

Впервые проведены рентгенографические исследования физико-механических свойств зубчатых реек методом неразрушающего контроля с помощью новой конструкции рентгеновской камеры в кобальтовом излучении. С целью совершенствования термической обработки исследована микроструктура зубчатых реек при 400-х кратном увеличении. Для уменьшения негативного влияния технологической наследственности разработано устройство для термической стабилизации в “заневоленном” состоянии нежестких деталей с расчетным гарантированным усилием защемления.

Осуществлена практическая реализация комплексного технологического обеспечения требуемых точности и качества поверхностного слоя зубчатых реек, разработанного с целью повышения производительности обработки и уменьшения негативного влияния технологической наследственности при изготовлении и эксплуатации.

Ключевые слова: зубъя, зубчатые рейки, технологическое обеспечение, математическая модель, производительность обработки, поверхностный слой, показатели качества, коэффициент эффективности формообразования.

Klochko Aleksandr Aleksandrovich. Technological maintenance of an exactitude of processing and parameters of quality of surface layer of gear racks.- the Manuscript.

The dissertation on competition of a scientific degree of the candidate of engineering science on a speciality 05.02.08 - mechanical engineering technique. National technical university "the Kharkov polytechnic institute", Kharkov, 2001.

The dissertation is devoted to a solution of an actual problem of technological maintenance of an exactitude of processing and parameters of quality of surface layer of gear racks. The necessity of a solution of such problem is stipulated by rather low productivity and quality of processing of gear racks. For reaching an object in view in the robot are formulated and the following problems are resolved: the mathematical model of forecasting of parameters of quality of surface layer of gear racks permitting is developed to operate pattern and arguments of process of production, scientifically - is justified pattern of technological and metrology maintenance of high-performance process of gear racks permitting is reliable to achieve a demanded exactitude of manufacturing and quality of surface layer with maintenance of conditions of increase of productivity of processing. Maintenance experiments check of the reasonable fields(areas) of shaping(forming) of unevenness and arguments of quality of surface layer, defining operational parameters of gear racks also is made, the practical realization of complex technological maintenance of a demanded exactitude and qualities of surface layer of gear racks, designed is carried out with the purpose of increase of productivity of processing and abatement of influencing of a technological heredity at manufacturing and operation.

Кey words: gear, gear racks, technological maintenance, mathematical model, efficiency of processing, surface , parameters of quality, effectiveness ratio.

Размещено на Allbest.ru

...