Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,074

ТЕХНОЛОГИЯ И КОНСТРУКЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ОСНАСТКИ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ МЕЛКОМОДУЛЬНЫХ ШЛИЦЕВ И ЗУБЬЕВ

Боярский В.Г. 1 Сихимбаев М.Р. 2 Сихимбаева Д.Р. 2
1 Карагандинский государственный технический университет
2 Карагандинский экономический университет
В статье рассматриваются альтернативные методы изготовления мелкомодульных шлицев и зубьев шестерен и зубчатых колес взамен их получения снятием стружки. Несмотря на достижения в совершенствовании механической обработки зубчатых деталей, процессы их обработки резанием имеют ряд существенных недостатков: производительность труда остается невысокой, а коэффициент использования металла низким, так как значительная часть металла превращается в стружку. Замена процессов резания при обработке зубчатых деталей процессами пластической деформации в холодном состоянии является прогрессивным методом обработки в технологии машиностроения. Рассматриваются два основных метода получения шлицев и зубьев – метод штамповки и метод накатывания и конструкции технологической оснастки, используемые для их реализации.
шлицы
модуль
пластическая деформация
технологическая оснастка
накатывание
накатная головка
профиль зуба
штамп
пуансон
матрица
кинематика
центр
зубофрезерование
1. Барбарич М.В., Хоруженко М.В. Накатывание цилиндрических зубчатых колес. – М.: Машиностроение, 1970. – 220 с.
2. Бродский А.З., Егорова Д.Д. Технологические процессы изготовления винтовых и зубчатых профилей пластическим деформированием в холодном состоянии // Внедрение прогрессивных технологических процессов в холодноштамповочном производстве. – Л.: ЛДНТП, 1981. – 91 с.
3. Клепиков В.В., Бодров А.И. Технология машиностроения: учебник. – М.: ФОРУМ: ИНФРА, 2004. – 860 с.
4. Лапин В.В., Писаревский М.И., Самсонов В.В., Сизов Ю.И. Накатывание резьб, червяков, шлицев и зубьев. – Л.: Машиностроение, Ленингр. Отделение, 1986. – 228 с.
5. Мазуренко Ю.П. Холодное накатывание зубчатых венцов цилиндрических колес. – Львов: Вища шк., 1980. – 163 с.
6. Писаревский М.И. Накатывание точных резьб, шлицев и зубьев. – 2-е изд., – Л.: Машиностроение, 1973. – 200 с.

Зубчатые передачи и шлицевые соединения получили широкое распространение благодаря своей универсальности, высокому КПД, возможности применения в широком диапазоне скоростей и мощностей, компактности и надежности. В то же время предъявляются высокие требования к качеству рабочих поверхностей зубчатых колес и шлицевых соединений. Для их обработки требуется высокая квалификация и специальная подготовка операторов. Обработка зубьев и шлицев является одним из самых сложных видов механической обработки, выполняемых на специализированных станках с применением дорогостоящего специального инструмента.

Важнейшими задачами при разработке технологии изготовления зубчатых колес являются: выбор рациональных методов обработки и конструкций инструментов, обеспечивающих экономию металла, повышение качества, производительности и стабильности процесса, снижение себестоимости и трудоемкости обработки. Решение этих сложных взаимосвязанных задач невозможно без глубокого анализа существующих и создания новых перспективных методов обработки и конструкций инструмента [1, 2].

Изготовление шлицев и зубьев обычно производится методом снятия стружки. Несмотря на достижения в совершенствовании механической обработки зубчатых деталей, процессы их обработки резанием имеют ряд существенных недостатков: производительность труда остается невысокой, а коэффициент использования металла низким, так как значительная часть металла превращается в стружку. Замена процессов резания при обработке шлицев и зубьев шестерен и колес процессами пластической деформации является одним из путей прогрессивной технологии.

Предложенные ранее схемы получения зубьев и шлицев методом пластической деформации были принципиально верны. Эти схемы были положены в основу современной технологии изготовления зубьев и шлицев пластическим деформированием, что дало возможность разработать многие технические решения, позволяющие этим методом получать зубья высокой точности.

В настоящее время накоплен значительный опыт в разработке и исследовании технологии получения зубьев пластическим деформированием, изучена и осмыслена физическая сущность этого процесса.

Процесс деформирования зубьев и шлицев ранее рассматривался как кинематический – подобно процессу нарезания зубчатых колес, не учитывались особенности пластической деформации при конструировании технологической оснастки и инструмента, что являлось ошибкой в исследованиях прошлых лет. Достижение высокого качества профилей зуба и шлицев не представлялось возможным ввиду отсутствия необходимого оборудования, обладающего достаточной мощностью и жесткостью.

Рассмотрены два метода технологии получения шлицев и зубьев методом пластической деформации и технологической оснастки для их реализации, имеющие практическое применение [3, 4].

Разработана конструкция специального штампа для получения конических шлицев методом пластической деформации, в холодном состоянии, который устанавливается на гидравлическом прессе усилием 400 Тс.

Заготовка вводится в отверстие корпуса 1 и устанавливается на нижний центр 2. С помощью пневмопривода заготовка переключением пневмокрана центр направляет заготовку в верхнее положение до упора 3. В этом положении деталь центрируется верхним 4 и нижним 2 центрами.

В центрах деталь устанавливается так, чтобы ось заготовки совпадала с осью симметрии кулачков. При выполнении этого условия сумма радиальных и тангенциальных сил, действующих на деталь во время выдавливания шлицев, равна нулю, и поэтому на заготовке не будут возникать силы, ее изгибающие.

К верхнему ползуну пресса прикреплен обжимающий корпус 5. При перемещении вниз корпус 5 конической поверхностью преобразует осевое усилие ползуна пресса в радиальное усилие пуансонов 6. Рабочая часть пуансонов имеет форму впадины шлицев. В процессе деформирования металл, вытесняемый пуансоном, идет на удлинение заготовки. Небольшая часть вытесняется вверх, основной же объем металла – вниз, и заготовка удлиняется в этом направлении до 5 мм. Поэтому в штампе верхний и нижний центр сделаны плавающими. Ограничителем хода корпуса 5 служит жесткий упор 7.

pic_42.tif

Рис. 1. Штамп для получения шлицев

Подгонкой упора по высоте получают шлицы соответствующей глубины и ширины.

При движении ползуна с прикрепленным к нему корпусом 5 вверх пуансоны под воздействием пружин 8 возвращаются в исходное положение, и шлицы заготовки больше не соприкасаются с рабочей частью пуансона. Центр 2 при повороте пневмораспределительного крана опускает деталь в нижнее положение.

Второй способ пластического деформирования позволяет получать профиль зуба в холодном состоянии накатыванием на обычном металлорежущем оборудовании (токарном или револьверном станке). Получение полного профиля производится в два этапа. На первом этапе профиль формируется накатыванием с помощью специальной накатной головки с планетарной передачей. После накатывания оставляется припуск на окончательную обработку. На втором этапе обработка зубчатого профиля осуществляется холодным калиброванием проталкиванием заготовки через зубчатую матрицу.

На рис. 2 представлена схема разработанной конструкции планетарной накатной головки для накатывания с осевой подачей тремя накатными роликами 6, расположенными под углом 120 градусов.

Головка состоит из неподвижного корпуса 5 и крышек корпуса 3 и 7, внутри которых запрессованы опорные кольца 4. Внутри корпуса находятся подвижные сепараторы 8 и 9, в которых установлены три накатных ролика 6. Накатные ролики выполнены так, что по обе стороны от рабочей части имеются гладкие цилиндрические шейки, которые в процессе накатывания зубьев обкатываются по внутренней поверхности опорных колец 10. Синхронизация вращения накатываемой заготовки и накатных роликов в начальный момент деления на требуемое число зубьев и в процессе дальнейшего формообразования зубьев осуществляется зацеплением зубчатого колеса 1 с шестеренками 2, установленными на конических хвостовиках накатных роликов.

Конструктивной особенностью головки [5, 6] является невозможность перемещения накатных роликов в радиальном направлении, то есть для каждой отдельной головки межцентровые расстояния есть величина постоянная. Опорные кольца 4 в паре с шейками накатных роликов образуют своеобразный подшипник качения, способный воспринимать значительные усилия. Это определяет повышенную жесткость накатной головки и возможность применения ее для накатывания зубчатых профилей с модулем до 2,5 мм. Возникающие упругие деформации весьма незначительны и не оказывают заметного влияния на точность и качество поверхности накатываемого профиля зуба. Отсутствие промежуточных тел качения упрощает конструкцию и обеспечивает восприятие значительных нагрузок при сравнительно небольших габаритах. Так как в головках межцентровое расстояние – величина постоянная, для накатывания различных зубчатых профилей в каждом отдельном случае требуются разные по геометрическим параметрам накатные ролики. Поэтому наиболее целесообразно головки использовать в крупносерийном и массовом производстве.

pic_43.tif

Рис. 2. Накатная головка

pic_44.tif

Рис. 3. Штамп для получения профиля зубьев с чистовыми размерами

Применение планетарной накатной головки повышенной жесткости позволяет получать предварительный зубчатый профиль высокой точности.

Схема конструкции штампа для окончательного выдавливания профиля зуба представлена на рис. 3. Матрица 1 имеет окончательный профиль зуба, а профиль направляющего кольца соответствует профилю предварительно накатанного зуба. Установка обоймы 2, в которую помещается матрица, на опорный подшипник позволяет производить холодное выдавливание как прямозубых, так и косозубых колес.

Операции по получению зубчатых профилей и шлицев методами пластической деформации в холодном состоянии позволяют образовать готовый профиль зуба на детали и выполнять окончательную обработку после механической обработки или предварительного накатывания (чистовое холодное накатывание зубчатых колес взамен шевингования).

По сравнению с традиционным методом обработки зубьев колес и шлицевых соединений фрезерованием и зубофрезерованием пластическое деформирование обладает высокой производительностью, характеризуется отсутствием металлической стружки во время формообразования, высоким качеством обработки поверхностей и улучшением физико-механических характеристик обрабатываемых заготовок. Повышается долговечность деталей, и как следствие, уменьшается потребность в запчастях. Детали, обработанные методом пластической деформации, имеют меньшую поводку при термообработке. Уменьшение затрат на инструмент, высвобождение дорогостоящего зубофрезерного оборудования характерно для метода пластической деформации при получении профиля зубьев и шлицев. Точность зубчатых профилей и шлицев, изготовленных методами пластической деформации, приближается к точности профилей, полученной зубофрезерованием, а в некоторых случаях даже превышает ее.


Библиографическая ссылка

Боярский В.Г., Сихимбаев М.Р., Сихимбаева Д.Р. ТЕХНОЛОГИЯ И КОНСТРУКЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ОСНАСТКИ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ МЕЛКОМОДУЛЬНЫХ ШЛИЦЕВ И ЗУБЬЕВ // Фундаментальные исследования. – 2016. – № 2-1. – С. 18-21;
URL: http://www.fundamental-research.ru/ru/article/view?id=39872 (дата обращения: 21.11.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074