Повышение эффективности изготовления цилиндрических зубчатых передач за счет применения процесса непрерывного обкатного зубошлифования с радиально-диагональным движением подачи

Размещено на http://www.allbest.ru/

На правах рукописи

Специальность 05.02.08 - Технология машиностроения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧ ЗА СЧЕТ ПРИМЕНЕНИЯ ПРОЦЕССА НЕПРЕРЫВНОГО ОБКАТНОГО ЗУБОШЛИФОВАНИЯ С РАДИАЛЬНО-ДИАГОНАЛЬНЫМ ДВИЖЕНИЕМ ПОДАЧИ

КАЛАШНИКОВ Павел Александрович

Москва -2009

Работа выполнена в Московском государственном техническом университете “МАМИ”

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент

Моргунов Юрий Алексеевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Хлебалин Николай Фёдорович

кандидат технических наук Фингер Михаил Львович

Ведущее предприятие: ОАО “НИИТАВТОПРОМ”

Защита диссертации состоится “22” января 2009г. в 16 час. на заседании диссертационного Совета ДМ 212.140.02 в Московском государственном техническом университете “МАМИ” по адресу: 107023, Москва, Большая Семеновская ул., дом 38, ауд Б-304.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ “МАМИ”

Просим Вас принять участие в обсуждении работы и направить Ваш отзыв, заверенный печатью, в двух экземплярах в МГТУ “МАМИ”, ученому секретарю диссертационного Совета.

Автореферат разослан “___” декабря 2008г.

Ученый секретарь диссертационного Совета, доктор технических наук, профессор М.Ю. Ершов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В современных условиях развития машиностроительной продукции требования к цилиндрическим зубчатым передачам по точности изготовления, модификации формы зуба, надёжности и долговечности их эксплуатации постоянно повышаются. В связи с этим возникает необходимость поиска новых путей, обеспечивающих эффективную чистовую обработку цилиндрических зубчатых передач с использованием современных методов, высокопроизводительных режущих инструментов и точной технологической оснастки.

Как показали проведенные исследования, среди большого числа технологических операций чистовой обработки цилиндрических зубчатых зацеплений наиболее эффективной операцией является зубошлифование, которое позволяет не только существенно снизить погрешности зубьев, полученных на предварительных механических операциях и при химико-термической обработке, но и стабильно получать поверхности зубьев с точностью и шероховатостью, которые соответствуют требованиям продукции большинства отраслей промышленности. При этом наиболее производительным методом из существующих в промышленности является непрерывное обкатное зубошлифование.

Отмечая положительные стороны применения этого метода в качестве финишной операции технологического процесса изготовления цилиндрических зубчатых колес, необходимо отметить, что непрерывное обкатное зубошлифование недостаточно изучено.

Поэтому разработка технологических решений, направленных на повышение эффективности непрерывного обкатного зубошлифования, является актуальной задачей.

Цель работы. Достижение высокой производительности и требуемых качественных параметров зубчатых колес при непрерывном обкатном зубошлифовании червячным кругом с радиально-диагональным движением подачи.

Задачи работы. Для достижения указанной цели были поставлены и решены следующие задачи:

1. Теоретическое исследование взаимодействия движений радиальной, осевой и тангенциальной подач и создание технологической модели непрерывного обкатного зубошлифования с радиально-диагональным движением подачи.

2. Раскрытие пространственных размерных связей производящей поверхности червячного шлифовального круга и зубьев заготовки обрабатываемого колеса.

3. Выявление технологических закономерностей непрерывного обкатного зубошлифования однозаходными и многозаходными червячными кругами.

4. Разработка методики расчетно-аналитического определения минимальной величины припуска по боковым поверхностям зубьев с учетом погрешностей зубчатого зацепления, полученных на предшествующей операции, и компенсации погрешностей на выполняемой операции.

5. Экспериментальное исследование разработанной технологической модели непрерывного обкатного зубошлифования с радиально-диогональным движением подачи однозаходными и многозаходными червячными кругами.

6. Экспериментальное исследование методики расчетно-аналитического определения минимальной величины припуска на зубошлифование.

7. Разработка рекомендаций для промышленности по применению непрерывного обкатного зубошлифования с радиально-диагональным движением подачи.

8. Проведение технико-экономического анализа эффективности непрерывного обкатного зубошлифования с радиально-диагональным движением подачи.

Методы исследований. Теоретическая часть базируется на основных положениях теории зацепления зубчатого колеса с инструментом реечного типа. При проведении экспериментальных исследований и анализе выполненных работ были использованы фундаментальные научные положения технологии машиностроения и теории резания металлов

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Создана технологическая модель непрерывного обкатного зубошлифования с радиально-диагональным движением подачи на базе исследования взаимодействия движений радиальной, осевой и тангенциальной подач.

2. Раскрыты пространственные размерные связи производящих поверхностей шлифовального инструмента и зубьев заготовки с целью эффективного использования червячного круга при непрерывном обкатном зубошлифовании.

3. Выявлены технологические закономерности непрерывного обкатного зубошлифования при применении однозаходных и многозаходных червячных шлифовальных кругов.

4. Разработана методика расчетно-аналитического определения минимальной величины припуска по боковым поверхностям зубьев с учетом погрешностей зубчатого зацепления, полученных на предшествующей операции, и компенсации погрешностей на выполняемой операции.

5. Экспериментально подтверждены высокие показатели по производительности и качеству изготовления зубчатых зацеплений разработанной технологической модели непрерывного обкатного зубошлифования с радиально- диагональным движением подачи.

Практическая значимость. Наиболее важными практическими результатами работы является следующее:

1. Экспериментально установлено, что существующая практика назначения припусков на операцию зубошлифования по справочным таблицам является неточной, так как она не учитывает условия проведения технологического процесса на предшествующей и выполняемой операциях.

2. Экспериментально выявлена зависимость между качеством предварительной и окончательной обработки элементов зубчатого зацепления.

3. Разработаны рекомендации по выбору минимальных и максимальных значений припусков на сторону зуба при шлифовании цилиндрических зубчатых колес с модулем 1-8мм с внешним диаметром до 400мм с учетом качества предварительной обработки зубьев.

4. Предложены рекомендации по выбору оптимальных режимов резания при непрерывном обкатном зубошлифовании с радиально-диагональным движением подачи.

5. Технико-экономический анализ показал, что непрерывное обкатное зубошлифование с радиально-диагональным движением подачи экономически целесообразно производить:

- многозаходными кругами в серийном и крупно-серийном производстве;

- однозаходными кругами в единичном и мелкосерийном производстве.

Обоснованность и достоверность основных выводов и положений диссертации подтверждена экспериментальными исследованиями соискателя и других исследователей. Экспериментальные исследования проводились с использованием аттестованного оборудования на автомобильном заводе им. И.А. Лихачева (АМО-ЗИЛ).

Реализация результатов работы. Результаты работы по определению режимов непрерывного обкатного зубошлифования и припусков на обработку с учетом погрешностей зубчатого зацепления на предшествующей и выполняемой операциях были использованы при технических консультациях специалистов АМО-ЗИЛ, ОАО “Редуктор-ПМ” и ОАО “Амкодор”.

Личный вклад автора. Основные научные положения диссертации разработаны автором единолично. Ему принадлежат основные идеи в создании технологической модели непрерывного обкатного зубошлифования и в раскрытии пространственных размерных связей производящих поверхностей шлифовального инструмента и зубьев заготовки.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на 2-ом Конгрессе технологов автомобилестроения в Конгресс-центре ЗАО “Экспоцентр”, Москва, Красная Пресня в 2004г; на международном научном симпозиуме, посвященном 140-летию МГТУ “МАМИ” в 2005г.; на заседании кафедры “Технология машиностроения” МГТУ “МАМИ” в 2008г.

Публикации. Основные результаты диссертации изложены в семи печатных работах, из которых 4 статьи опубликованы в изданиях, внесенных в список ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, общих выводов, списка литературы из 100 наименований и содержит 163 страницы текста, 64 рисунка и 21 таблицу.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертационной работы, направленной на поиск новых путей, обеспечивающих эффективную чистовую обработку цилиндрических зубчатых передач.

В первой главе рассмотрено состояние вопроса и определены задачи исследования.

Современные условия эксплуатации цилиндрических зубчатых передач в ответственных узлах, механизмах и машинах требуют от них повышения вращающих моментов, плавности и бесшумности зацепления, увеличения изгибной и контактной износостойкости, снижения массогабаритных размеров.

Достижение указанных эксплуатационных параметров цилиндрических зубчатых передач является весьма актуальной научной задачей машиностроительной промышленности. Работы известных ученых Айрапетова Э.Л., Булгакова Э.Б., Гавриленко В.А., Калашникова С.Н., Кудрявцева В.Н., Литвина Ф.Л., Маркова Н.Н., Овумяна Г.Г., Тайца Б.А., Хлебалина Н.Ф., Шевелевой Г.И., Фингера М.Л. и др. свидетельствуют, что высокие эксплуатационные параметры зубчатых передач в значительной степени зависят от технологии их изготовления. При этом, важное значение отводится экономической эффективности используемых технологических процессов.

Информация, собранная на отечественных заводах, позволила сформулировать современные требования по точности и шероховатости, предъявляемые к зубчатым зацеплениям большинства отраслей машиностроения (таблица 1).

Исследования, проведенные в данной работе, позволили установить технологические процессы, наиболее часто применяемые при изготовлении цилиндрических зубчатых передач. Оценка этих процессов производилась по производительности, достигаемой точности и шероховатости поверхностей зубьев в зависимости от применяемых операций зубообработки и их последовательности, включая также химико-термическую обработку (таблица2).

Таблица 1 - Точность цилиндрических зубчатых колес и шероховатость боковых поверхностей зубьев

Зубчатые колеса	Степень точности по ГОСТ 1643-81	Шероховатость поверхности по Ra, мкм (ГОСТ 25142-82)
Измерительные Редукторов газовых и паровых турбин Авиационных двигателей Металлорежущих станков Железнодорожных электро- и тепловозов Легковых автомобилей Пассажирских автобусов Грузовых автомобилей Мотоциклов Тракторов Судовых двигателей Ветряных электроустановок Редукторов общего назначения	3-4 3-5 3-5 3-6 4-6 5-6 5-7 5-8 5-7 6-8 4-6 5-6 5-7	0,1-0,8 0,3-1,2 0,3-1,2 0,3-2,0 0,6-2,0 0,8-2,0 0,8-2,5 0,8-3,2 0,8-2,5 1,0-3,2 0,6-2,0 0,6-2,0 0,8-2,5

Таблица 2 - Технологические процессы обработки зубчатых колес

№ п/п	Последовательность зубообрабатывающих операций.
1.	Зубофрезерование, зубодолбление (8-9 ст. точности)	Зубошевингование (5-7 ст. точности)	Термообработка (7-9 ст. точности)	Обкатка, удаление забоин и заусенцев (7-9 ст. точности, Ra 1,2-3,2мкм)
2.	Зубофрезерование, зубодолбление (8-9 ст. точности)	Зубошевингование (5-7 ст. точности)	Термообработка (7-9 ст. точности)	Зубохонингование (6-8 ст. точности, Ra 0,2-0,6 мкм)
3.	Зубофрезерование, зубодолбление (7-8 ст. точности)	Термообработка (8-9 ст. точности)	Зубохонингование (7-8 ст. точности, Ra 0,2-0,8 мкм)
4.	Зубофрезерование, зубодолбление (8-9 ст. точности)	Термообработка (9-10 ст. точности)	Зубофрезерование твердосплавными червячными фрезами (6-8 ст. точности, Ra 0,2-0,8 мкм)
5.	Зубофрезерование, зубодолбление (8-9 ст. точности)	Термообработка (9-10 ст. точности)	Зубошлифование (3-6 ст. точности, Ra 0,4-1,6 мкм)
6.	Зубофрезерование, зубодолбление (8-9 ст. точности)	Термообработка (9-10 ст. точности)	Зубошлифование (3-6 ст. точности)	Зубохонингование (3-5 ст. точности, Ra 0,1-0,4 мкм)

При анализе рассматриваемых технологических процессов можно сделать вывод, что наиболее эффективной операцией чистовой обработки является зубошлифование. Она имеет высокую производительность и по сравнению с другими операциями позволяет не только существенно снизить погрешности зубьев, полученные на предварительных механических операциях и при термической обработке, но и стабильно получить поверхности зубьев с параметрами точности в заранее определенном диапазоне.

По литературным данным известно также, что эффективность выполнения операции зубошлифования в значительной степени зависит от обоснованного назначения припусков по боковым поверхностям зубьев.

Очень важно, что зубошлифованием могут быть получены все известные в промышленности модификации зубьев, т.е. симметричные и не симметричные отклонения по профилю и длине зуба от теоретических значений.

Среди рассмотренных методов шлифования зубьев цилиндрических передач наиболее эффективным для серийного и крупносерийного производств, характерных для автотракторной промышленности, является непрерывное обкатное зубошлифование червячным кругом (рисунок 1).



Рисунок 1 - Схема обкатного зубошлифования с непрерывным делением

Во второй главе проведено теоретическое исследование непрерывного обкатного зубошлифования.

Наибольшее распространение в промышленности получило зубошлифование с радиально-осевым движением подачи. Зубошлифование с радиально-диагональным движением подачи мало изучено и применяется крайне редко.

В тоже время зубошлифование с радиально-диагональным движением подачи является более производительным и характеризуется активным воздействием на процесс резания не только радиального D_SP и осевого D_SO, но и тангенциального D_SТ движения подач.

В этом случае кинематическая схема резания представляет собой вращательное и поступательное движение инструмента в системе координат X₁, Y₁, Z₁ и вращательное и два поступательных движения обрабатываемой заготовки в системе координат X₂, Y₂, Z₂ (рисунок 2).



Рисунок 2 - Кинематическая схема резания при зубошлифовании с радиально-диагональным движением подачи

В результате двух вращательных движений и двух поступательных движений подач (осевой и тангенциальной) шлифовальный круг и заготовка образуют в зацеплении винтовую передачу. Траектория движения режущих элементов круга расположена не параллельно, как при шлифовании с радиально-осевым движением подач, а наклонно к оси заготовки. При этом следы огибающих резов на эвольвентной поверхности зубьев располагаются наклонно к оси колеса под углом ф ? 0.

Особенностью непрерывного обкатного зубошлифования является то, что червячный шлифовальный круг (рисунок 3) после профильной правки может быть использован для шлифования зубьев нескольких заготовок. Его стойкость определяется числом возможных правок и количеством отшлифованных заготовок между правками.

В связи с этим большое внимание в работе уделено раскрытию пространственных размерных связей производящей поверхности шлифовального круга с зубьями обрабатываемой заготовки.

Общую длину шлифовального круга определяли с использованием теории зацепления зубчатого колеса с инструментом реечного типа:

L= 2l_б + H = 2l_б + 2l_a + l_ш = 2l_б + ? m + l_p + ?l · y + В_о

где l_б - длина буртика планшайбы; l_a - длина неполного витка;

H - высота круга; l_ш - рабочая длина круга, т.е. длина круга используемая при шлифовании; l_p - длина шлифовального круга, находящаяся в зацеплении с заготовкой; ?l - тангенциальное смещение заготовки в осевом сечении круга при шлифовании одной заготовки во время выполнения предварительных рабочих ходов; y - количество заготовок, прошлифованных между двумя правками круга; В_о - тангенциальный сдвиг заготовки.

Рисунок 3 - Червячный шлифовальный круг

При шлифовании зубьев ось червячного шлифовального круга -1 устанавливают на станке под углом ? к торцевой поверхности заготовки -2 (рисунок 4).



Рисунок 4 - Схема установки червячного круга на станке

Длину шлифовального круга, находящуюся в зацеплении с зубьями заготовки в осевом сечении определяли по формуле:

1. При шлифовании зубчатых колес с коэффициентом профильного смещения х < +0,1 (в том числе при х = 0)

l_p = 2 (h_ao + xm)cos?_o / tgб

2. При шлифовании зубчатых колес с коэффициентом профильного смещения х ? + 0,1

l_p = 2 (h_fo + xm)cos?_o / tgб

где h_ao, h_fo - высота соответственно головки и ножки витка шлифовального круга.

Эффективным средством повышения производительности зубошлифования является применение многозаходных червячных шлифовальных кругов. Многозаходные червячные круги имеют две и более винтовые производящие поверхности.

При многозаходном зубошлифовании число активных режущих элементов - m_o, роль которых выполняют абразивные зерна, уменьшается с увеличением заходности круга - z_o:

m_o = f(z_o)

Ширина и толщина снимаемой стружки увеличивается, что приводит к увеличению силы резания:

P = f(m_o)

С увеличением силы резания в зоне шлифования повышается температура, которая может привести к образованию прижогов на поверхности зубьев.

Параметры режимов резания (скорость резания, величины подач, глубина резания и др.) оказывают сложное влияние на тепловые явления при шлифовании. Снижение температуры в зоне шлифования при многозаходной обработке в данной работе обеспечивалось оптимизацией режимов зубошлифования.

Время, затрачиваемое на шлифование зубьев в течение одного рабочего хода определяли по формуле:

t_oi = (S_p / х_sp) + ( l · z / z_o · n · S_o)

где S_p - радиальная подача; V_sp -скорость движения радиальной подачи;

z - число зубьев обрабатываемого колеса; l -путь резания; z- число зубьев обрабатываемого колеса; z_o - число заходов шлифовального круга; n - число оборотов шлифовального круга; S_о - осевая подача.

Припуски на операцию зубошлифования цилиндрических колес назначают, как правило, по справочным таблицам и задают перпендикулярно к боковой поверхности зуба на одну или на две его стороны.

Назначение припусков производят независимо от технологического процесса обработки и не учитывают условий осуществления этого процесса. Как правило, такие припуски бывают или завышенными, или заниженными и содержат резервы увеличения производительности и повышения качества изготовления.

Поэтому очень важным для проведения технологического процесса является точное определение величины припуска под зубошлифование. Аналитический расчет минимального припуска под зубошлифование, впервые выполненный в данной работе, базируется на анализе факторов, влияющих на припуск на предшествующей и выполняемой операциях.

За основу принята методика расчета, разработанная профессором В.М. Кованом, с учетом теоретического анализа, выполненного профессором В.П. Пономаревым.

Принятая в работе схема расположения припуска на зубьях приведена на рисунке 5.

Рисунок 5 - Схема расположения припуска на зубьях под шлифование

Суммарное отклонение расположения и формы поверхностей зубьев ?е_i-1 определяли с использованием показателей норм кинематической точности (радиальное биение - F_rr, накопленная погрешность шага колеса - F_рr), плавности работы (погрешность профиля зуба - f_fr) и контакта зубьев (погрешность направления зуба - F_вr) зубчатого колеса, поступающего на зубошлифование.

?е_i-1 = f (F_rr, F_рr, f_fr, F_вr)

Расчетная формула для определения минимального припуска под зубошлифование на две стороны зуба:

где R_Zi-1 - высота неровностей профиля на предшествующей операции;

е_i - погрешность установки заготовки на выполняемой операции.

Максимальный припуск на обе стороны зуба

2Zmax _i = 2Zmin _i + T _{W i,}

где T_{W i} - допуск на колебание длины общей нормали на выполняемой

операции.

В третьей главе изложена методика проведения экспериментальных исследований.

Достоверность результатов исследований, выполненных в работе, была достигнута за счет стабильности действия основных составляющих операции зубошлифования (рисунок 6).

Обработка деталей производилась на зубошлифовальном станке с ЧПУ мод. RZ301S фирмы “Рейсхауэр” (Швейцария) с шестью управляемыми осями. Станок работает методом непрерывного обкатного зубошлифования и предназначен для шлифования цилиндрических зубчатых колес с внешним зацеплением.

В работе применялись универсальные зажимные приспособления с разжимными центрирующими элементами, которые обеспечивали беззазорное центрирование заготовок и надежное их закрепление.

Рисунок 6 - Основные составляющие операции зубошлифования

Беззазорное центрирование позволяет значительно снизить негативное влияние погрешности диаметра и формы посадочного отверстия заготовки на точность обработки зубьев.

Очень важным для проведения исследования являлось то, что конструкция зажимного приспособления позволяла производить измерение точности параметров зубьев колеса после зубошлифования, не снимая его с оправки.

В качестве режущего инструмента применяли абразивный червячный шлифовальный круг марки 25А16СM112К5 с внешним диаметром Dо=350 мм, высотой Т=100 мм и диаметром посадочного отверстия Н=160мм.

С целью сохранения режущих свойств червячного шлифовального круга после использования всей рабочей длины производилась его автоматическая правка на станке.

Правка профиля и дна впадины витков круга (рисунок 7) производилась двумя односторонними конусными металлическими роликами с внешним диаметром 123 мм, вращающимися с частотой 8000 мин^-1 от независимых приводов. Режущие поверхности правящих роликов были покрыты одним слоем природных алмазных зерен, связанных никелем гальваническим способом.

Рисунок 7 - Схема правки шлифовального круга

Правка внешнего диаметра шлифовального круга производилась одновременно с правкой профиля торцом алмазного дискового круга, вращающегося с частотой 1900 мин^-1.

В данной работе при зубошлифовании использовалась масляная СОЖ на основе индустриального масла И-12А (ГОСТ20799-88) с антипенными и антитуманными присадками.

Очень важно, чтобы применяемая масляная СОЖ характеризовалась низкой степенью пенообразования. При образовании пены в СОЖ попадает большое количество воздуха. Снижается давление и количество СОЖ, поступающей в зону шлифования, существует опасность возникновения высоких мгновенных температур и образования прижогов.

Для повышения режущих свойств круга и устранения возможности образования прижогов на поверхности зубьев подачу СОЖ в зону шлифования осуществляли напорной струей под давлением 0,5-1,0 МПа с производительностью 75 л/мин.

При проведении экспериментальных исследований в данной работе в качестве заготовок использовали ведущую шестерню и сателлит (рисунок 8) планетарной передачи заднего моста грузового автомобиля.

Рисунок 8 - Сателлит планетарного механизма

Ведущие шестерни и сателлиты изготавливали из легированной хромоникелевой стали марки 20ХНЗА (ГОСТ 4543-71 в редакции 1990 г.), их точность после зубошлифования должна соответствовать 5-6 степени по ГОСТ 1643-81.

Предварительная обработка зубьев заготовок производилась на зубофрезерном станке червячными фрезами с классом точности А и В (ГОСТ 9324-80). После предварительной механической обработки заготовки зубчатых колес подвергались химико-термической обработке (газовая цементация и закалка).

Глубина слоя цементации на поверхности зубьев составляла 1,0-1,3 мм. Твердость поверхности зубьев находилась в пределах 59-63 HRC, а твердость сердцевины зуба равнялась 30-44 HRC.

Оценку точности зубчатого зацепления заготовок ведущей шестерни и сателлита производили до и после операции зубошлифования по следующим показателям:

- радиальное биение зубчатого венца - F_rr;

- накопленная погрешность шага колеса - F_pr;

- погрешность профиля зуба - f_fr;

- погрешность направления зуба - F_вr;

- длина общей нормали - W;

- шероховатость поверхности зубьев Ra и Rz.

Для измерения точности зубчатого зацепления ведущих шестерен и сателлитов применяли измерительный прибор РH-60 фирмы МААГ, (Швейцария), зубомерный микрометр фирмы “Маар” (Германия) и универсальный профилометр S4ВО-2 фирмы “Пертен” (Германия).

Назначение рациональных режимов резания при зубошлифовании является одним из важнейших условий проведения эксперимента. К элементам режимов резания при зубошлифовании с радиально-диагональным движением подачи относятся: окружная скорость резания, толщина срезаемого слоя во время предварительных и окончательных рабочих ходов, величины радиальной, осевой и тангенциальной подач, а также тангенциальный сдвиг заготовки.

Так как в отечественной и иностранной технической литературе практически отсутствует информация о зубошлифовании с радиально-диагональным движением подачи, поэтому в данной работе элементы режима резания задавали в результате анализа режимов зубошлифования с радиально-осевой подачей и общей теории шлифования. В ряде случаев с целью определения отдельных элементов режимов резания производили зубошлифование опытных образцов.

В четвертой главе рассмотрены результаты экспериментальных исследований.

Исследования проводили при зубошлифовании 50-ти заготовок сателлитов и 50-ти заготовок ведущих шестерен планетарного механизма. Режимы обработки, применяемые при зубошлифовании, приведены в таблице3. При проведении эксперимента впервые была разработана технологическая модель, которая позволила согласовать радиальные, тангенциальные и осевые движения подач как при шлифовании сателлитов однозаходными червячными кругами (рисунок 9), так и при шлифовании ведущих шестерен двухзаходными кругами.

Таблица 3 - Технологические режимы зубошлифования

Параметры процесса	Сателлит	Ведущая шестерня
Червячный шлифовальный круг	25А16СМ112К5 однозаходный	25А16СМ112К5 двухзаходный
Припуск на сторону зуба, мм	0,37	0,27
Число рабочих ходов	6 (5 предварительных и 1 окончательный)	5 (4 предварительных и 1 окончательный)
Толщина срезаемого слоя, мм	а1 = 0,09; а2 = 0,08; а3 = 0,07; а4 = 0,06; а5 = 0,055; а6 = 0,015	а1 = 0,075; а2 = 0,065; а3 = 0,06; а4 = 0,055; а5 = 0,015
Радиальная подача, мм	Sp1 = 0,31; Sp2 = 0,23; Sp3 = 0,20; Sp4 = 0,18; Sp5 = 0,16; Sp6 = 0,05	Sp1 = 0,26; Sp2 = 0,19; Sp3 = 0,18; Sp4 = 0,16; Sp5 = 0,05
Окружная скорость шлифовального круга, м/с	29,4	32,2
Окружная скорость заготовки, м/мин	31,2	69,0
Скорость движения радиальной подачи, мм/мин	1,2	1,2
Осевая подача заготовки, мм/об.	Sо1 = Sо2 = Sо3 = 1,1; Sо4 = 1,0; Sо5 = 0,9; Sо6 = 0,45	Sо1 = Sо2 = Sо3 = 0,9; Sо4 = 0,8; Sо5 = 0,4
Тангенциальная подача на 1 мм рабочего хода	Sт1 = Sт2 = Sт3 = 0,028; Sт4 = 0,025; Sт5 = 0,020; Sт6 = 0,015	Sт1 = Sт2 = Sт3 = 0,028; Sт4 = 0,025; Sт5 = 0,015
Время шлифования - рабочий ход, мин	tо1 = 0,71; tо2 = 0,65; tо3 = 0,63; tо4 = 0,65; tо5 = 0,69; tо6 = 1,16	tо1 = 0,57; tо2 = 0,51; tо3 = 0,50; tо4 = 0,53; tо5 = 0,83
Основное время шлифования, мин	tо = 4,49	tо = 2,94
Время правки шлиф. круга, мин	5	6
Тангенциальное смещение за рабочий ход, мм	Дl1 = Дl2 = Дl3 = 1,764; Дl4 = 1,575; Дl5 = 1,26; Дl6 = 0,945	Дl1 = Дl2 = Дl3 = 1,848; Дl4 = 1,65; Дl5 = 0,99
Число заготовок между двумя правками круга	5 (5,65)	6 (6,36)
Тангенциальный сдвиг заготовки,мм	Во = 4,5	Во = 9,0

Рисунок 9 - Схема движений диагональных подач при зубошлифовании сателлитов

В соответствии с разработанной моделью в начале каждого рабочего хода (пять предварительных и один окончательный) производилось радиальное движение подачи, затем осуществлялось диагональное движение подачи, состоящее из осевого и тангенциального движения подач.

После окончания пятого предварительного рабочего хода выполняли тангенциальный сдвиг заготовки В_о=m=4,5 мм, который необходим для обеспечения стабильных результатов по точности зубьев. С целью рационального использования рабочей длины шлифовального круга после завершения окончательного рабочего хода выполняли тангенциальный сдвиг в обратном направлении на величину Во' = - (Во + Дl₆ ) = - 5,445 мм.

Таким образом, часть шлифовального круга, работающая с малыми нагрузками при окончательном шлифовании и состоящая из тангенциального сдвига В_о и смещения заготовки при окончательном рабочем ходе Дl_6, использовалась вторично для предварительного шлифования (рабочие ходы 1', 2' и 3') следующей заготовки. Это позволяло увеличить количество заготовок, шлифуемых между двумя профильными правками круга и повысить эффективность процесса зубошлифования.

Большое внимание в работе уделялось рациональному использованию производящих поверхностей червячного шлифовального круга (рисунок 10).

Рисунок 10 - Производящая поверхность червячного шлифовального круга в осевом сечении при зубошлифовании (Н=100мм, l_a=7,07мм;l_ш=85,86мм)

Формула для определения количества заготовок, которые можно прошлифовать между двумя правками шлифовального круга, была подтверждена экспериментально:

y = ( l_ш - l_p - Во - Дl₀ ) / Дl

где l₀ - тангенциальное смещение при выполнении окончательного рабочего хода;

Дl - сумма тангенциальных смещений при выполнении всех предварительных рабочих ходов

Экспериментальное исследование методики расчетно-аналитического определения минимальной величины припуска на зубошлифование проводили при обработке заготовок сателлитов и ведущих шестерен.

По результатам измерений точностных параметров F_rr , F_pr , f_fr , F_вr и шероховатости поверхности зубьев Rz _i-1 заготовок сателлитов и ведущих шестерен перед зубошлифованием, а также погрешности их установки во время зубошлифования был произведен расчет минимального припуска на две стороны зуба 2Zmin_i по разработанной формуле. Расчетный минимальный припуск сравнивали с фактическим припуском 2Z_i , полученным при измерении длины общей нормали.

Измеренные у заготовок сателлитов припуски значительно превышали рекомендации справочной литературы (рисунок 11). Однако рассчитанные значения припусков свидетельствуют о том, что у большинства заготовок (32 шт.) для бездефектной обработки значения припусков должны быть больше на величину ДZ_i.



Рисунок 11 - Измеренные и рассчитанные значения припусков под зубошлифование

Проведенное зубошлифование показало, что большинство заготовок зубчатых колес, у которых ДZ_i ? 20 мкм имели на поверхности зубьев оставшиеся необработанные участки. Это свидетельствует о том, что суммарные отклонения взаимного расположения и формы поверхностей зубьев перед зубошлифованием вследствие их низкой точности (12 степень по ГОСТ 1643-81) у этих заготовок значительно превышали припуск на обработку.

По результатам измерений было выявлено отрицательное влияние на точность зубошлифования, вызванное переносом свойств заготовки от предшествующей операции к последующей:

- точность предварительной обработки по параметрам F_rr и F_prr в среднем соответствовала 10 степени и после зубошлифования была получена точность 3-4 степени;

- точность предварительной обработки по параметрам F_вr и f_fr в среднем соответствовала 12 степени и после зубошлифования была получена точность 6 - 7 степени.

По результатам обработки опытной партии заготовок сателлитов для уменьшения припусков под зубошлифование и стабильности обеспечения требуемой 5-6 степени точности заготовки ведущих шестерен были изготовлены по 9-10 степени точности.

Фактическая величина припуска 2Z_i (рисунок 12) у всех заготовок ведущих шестерен превышала расчетную минимальную величину припуска 2Zmin_i , что свидетельствует о достаточной толщине срезаемого слоя и благоприятных условиях резания при зубошлифовании.

Рисунок 12 - Измеренные и рассчитанные значения припусков под зубошлифование ведущих шестерен

Все отшлифованные заготовки ведущих шестерен имели гладкую поверхность зубьев без шлифовочных прижогов и необработанных участков на поверхностях зубьев (рисунок 13). При этом были достигнуты высокие показатели точности зубчатого зацепления в пределах 3-6 степени (рисунок 14)



Рисунок 13 - Ведущая шестерня после зубошлифования

Рисунок 14 - Погрешность зубьев ведущей шестерни после зубошлифования

В пятой главе приведены рекомендации для промышленности по применению непрерывного обкатного зубошлифования с радиально-диагональным движением подачи.

Применительно к этому процессу зубошлифования рассмотрены конструктивные параметры червячных шлифовальных кругов, их пористость, твердость, связка, зернистость абразивного материала в зависимости от требуемой шероховатости поверхности зубьев. Даны рекомендации по определению параметров режимов резания.

По результатам проведенных теоретических и экспериментальных исследований разработаны рекомендации по выбору оптимальных значений припусков (таблица 4). Значения припусков составлены с учетом погрешностей зубчатого зацепления заготовок и компенсации точности их установки и закрепления при зубошлифовании.

зубошлифование обкатный червячный круг

Таблица 4 - Припуски на операцию зубошлифования на две стороны зуба в мм

Модуль, мм	Диаметр делительной окружности, мм
	d ? 125 мм	d=125…400 мм
	2Zmini	2Zmaxi	2Zmini	2Zmaxi
Для заготовок зубчатых колес 9 степени точности
1-4 4-8	0,25 0,32	0,30 0,37	0,28 0,36	0,34 0,42
Для заготовок зубчатых колес 10 степени точности
1-4 4-8	0,36 0,44	0,41 0,49	0,38 0,48	0,44 0,54

В шестой главе выполнен технико-экономический анализ, который показал, что эффективность непрерывного обкатного зубошлифования с радиально-диагональным движением подачи двухзаходными червячными кругами выше, чем однозаходными. Основным фактором, обеспечивающим повышение эффективности при зубошлифовании двухзаходными шлифовальными кругами, является снижение машинного времени, которое позволяет повысить производительность при обработке сателлитов на 17% и ведущих шестерен на 26 %.

Общие выводы

1. В результате анализа существующих технологических процессов изготовления цилиндрических зубчатых передач было установлено, что наиболее эффективной операцией чистовой обработки зубьев, обеспечивающей высокие параметры по производительности, качеству зацепления и эксплуатации, является непрерывное обкатное зубошлифование.

2. На базе исследования взаимодействия движений радиальной, осевой и тангенциальной подач впервые создана технологическая модель непрерывного обкатного зубошлифования с радиально-диагональным движением подачи.

3. Раскрыты пространственные размерные связи производящих поверхностей шлифовального инструмента и зубьев заготовки с целью эффективного использования червячного круга при непрерывном обкатном зубошлифовании.

4. Выявлены технологические закономерности непрерывного обкатного зубошлифования при применении однозаходных и многозаходных червячных шлифовальных кругов.

5. Разработана методика расчетно-аналитического определения минимальной величины припуска по боковым поверхностям зубьев с учетом погрешностей зубчатого зацепления, полученных на предшествующей операции, и компенсации погрешностей на выполняемой операции.

6. Экспериментальные исследования технологической модели непрерывного обкатного зубошлифования с радиально-диагональным движением подачи подтвердили высокие показатели по производительности и качеству изготовления зубчатых зацеплений.

7. Экспериментально установлено, что существующая практика назначения припусков на операцию зубошлифования по справочным таблицам является неточной, так как она не учитывает условия проведения технологического процесса на предшествующей и выполняемой операциях.

8. Выявленная взаимосвязь между точностью зубчатого зацепления до и после зубошлифования заготовки позволила установить, что для достижения 5-6 степени точности (ГОСТ 1643-81) у цилиндрических зубчатых колес необходимо, чтобы точность их предварительной обработки была не грубее 9-10 степени.

9. Проведённый технико-экономический анализ показал, что эффективность непрерывного обкатного зубошлифования с радиально-диагональным движением подачи двухзаходными червячными кругами выше, чем однозаходными.

Основные положения диссертационной работы опубликованы в работах

1. Калашников А.С., Калашников П.А. Передовые технологии обкатного зубошлифования. Сборник научных трудов 2-го Конгресса технологов автомобилестроения, 2004, с.59-61.

2. Калашников А.С., Моргунов Ю.А., Калашников П.А. Анализ технологических процессов изготовления цилиндрических зубчатых передач. Сборник научных трудов международного научного симпозиума, посвященного 140-летию МГТУ “МАМИ”, 2005, с.49-50.

3. Калашников А.С., Моргунов Ю.А., Калашников П.А. Современные технологические процессы изготовления цилиндрических зубчатых передач. Инженерный журнал. Справочник №4, М.: Машиностроение, 2006, с. 10-13.

4. Калашников А.С., Калашников П.А. Влияние операции зубошлифования на эксплуатационные параметры цилиндрических зубчатых передач. Инженерный журнал. Справочник №6, М.: Машиностроение, 2006, с. 20-23.

5. Калашников П.А. Определение оптимальной величины припуска под зубошлифование. Инженерный журнал. Справочник №10, М.: Машиностроение, 2006, с. 7-10.

6. Шандров Б.В., Моргунов Ю.А., Калашников П.А. Экспериментальные исследования припусков при непрерывном обкатном зубошлифовании. Инженерный журнал. Справочник №11, М.: Машиностроение, 2007, с. 17-22.

7. Солоницын Б.М., Калашников П.А. Анализ существующих технологических процессов изготовления цилиндрических зубчатых передач в автотракторном производстве. Грузовик № 9, 2008, c.38-41.

Размещено на Allbest.ru

...