РПЗ Раздел 3 (777648)
Текст из файла
3.1. Анализ принимаемых решений при выполнении технологической части работы и постановка задачи исследования.
В технологической части выпускной работы приведен технологический процесс обработки детали вал-шестерня, главным элементом которой является зубчатый венец. Главной целью в разработке данного технологического процесса являлось обеспечение всех технологических требований, предъявляемых к данной детали, а, следовательно, качественный и достаточно точный эвольвентный профиль. Предварительный анализ технических требований показал, что добиться этих требований методом зубофрезерования не представляется возможным. Потому было предложено зубошлифование медом копирования.
При традиционной технологии, принятой во всем мире, точное профилирование зубчатых колес предусматривает две операции зубонарезания лезвийным инструментом и две операции абразивной обработки (чаще шлифование). При данной технологии производится многократная установка зубчатых колес и режущего инструмента на станках различного типа и наладка операций на точное профилирование. Хранение деталей между дополнительными операциями также удлиняет производственный цикл изготовления зубчатых колес.
Трудоемкость изготовления зубчатых колес, затраты на их профилирование лезвийной обработкой и зубошлифованием обычно очень высоки в зависимости от степени сложности, как и затраты на специальный зубонарезной инструмент. Технология профилирования является основным фактором, регламентирующим сроки выпуска, экономичность, точность и качество зубчатых колес.
Применение профильного глубинного шлифования, для профилирования зубчатого венца, обеспечивает высокую точность изготовления при меньших затратах чем лезвийная обработка.
Исходя из всего вышеперечисленного, в качестве объекта исследования было выбрано зубчатое зацепление, а в частности современные высокопроизводительные методы получения высокоточных зубчатых колес. Задачей данного исследования является изучение «слабых мест» зубчатых передач, возможности их устранения, увеличения срока службы, уменьшения времени изготовления (производственного цикла), а также обзор технологических методов обеспечения качества с целью применения технологии для обработки своей детали в рамках заданного типа производства.
3.2. Обзор технологических методов обеспечения качества изделия для выполнения задачи исследования
3.2.1. Модификации конструкций зубчатой передачи.
Классическая схема зубошлифования предусматривает шлифование только боковых поверхностей зубьев, а впадину между зубьями оставляют не шлифованной. Выбор данной схемы зубошлифования обуславливается, прежде всего, тем, что после химико-термической обработки в поверхностном слое впадины остаются большие напряжения сжатия (300-600МПа), которые уменьшают результирующие напряжения на растянутой стороне в опасном сечении ножки зуба под нагрузкой, а при последующей шлифовке впадины там образуются растягивающие напряжения (до 150 МПа), которые суммируются с рабочими напряжениями растяжения. Так же, выбор в пользу данной схемы был выбран из-за отсутствия ранее высокопористых кругов, а при шлифовании обычными кругами риск появления прижогов во впадине был очень велик.
Зубчатые колеса с нешлифованным основанием зубьев имеют следующие формы впадины:
- с уступом
- без уступа
Зубчатые колеса с формой впадины «с уступом»
При шлифовании профилей зубьев после термической обработки образуются уступы ( рис. 3.1 ) из-за нешлифованной части впадины высотой h и радиусом в месте перехода p. При изготовлении колес с уступом у впадины зубьев, не требуется дополнительной оснастки и специального инструмента (червячных фрез, долбяков и т. д.). Однако выполнить при шлифовании радиус p нужного размера бывает очень трудно, так как при толщине снимаемого слоя при шлифовании 0,1…0,25 мм шлифовальный круг разрушается. Кроме того, радиус p в месте уступа вызывает концентрацию напряжений, что существенно снижает прочность зубчатого колеса.
Рис. 3.1. Впадина зубчатого колеса с уступом
Зубчатые колеса с формой впадины «без уступа»
Больший предел выносливости зубьев при изгибе обеспечивается, когда формой впадины является впадина без уступа рис. 3.2. Для изготовления колес с такой формой впадины требуется специальный инструмент: фреза с протуберанцем, долбяки и стогальные резцы. С целью обеспечения максимальной прочности, величину h – величину подреза, следует выбирать наименьшей. Однако вследствие неравномерности съема припуска в процессе шлифования могут возникать уступы у основания зубьев.
Рис. 3.2. Впадина зубчатого колеса без уступа
Очевидно, что классическое изготовление зубчатых колес с нешлифованным основанием имеет существенный недостаток – наличие уступов в месте перехода от активной части профиля зуба к переходной кривой, что является концентратором напряжений и в значительной степени снижает прочностные свойства зубчатого колеса.
Для повышения эффективности использования зубчатых передач нового поколения разработан специальный комплекс программ. Программы позволяют выполнять проектирование передач с симметричными и асимметричными эвольвентными зубьями. Предусмотрено построение переходных кривых или методом копирования или методом обката. Геометрия может рассчитываться с учетом требований различных стандартов.
В зависимости от кривизны в основании зубьев существенно изменяется напряженность зубчатой передачи. Отсюда возникает потребность минимизировать уровень напряжений путем выбора той формы переходной кривой, при которой уровень напряжений будет минимальным. Для решения этой задачи применяются как программы конечно-элементного анализа ANSIS и NASTRAN (рис.3.3).
Рис. 3.3. Фрагмент расчета объемного напряженного состояния асимметричных зубьев с помощью программы ANSIS
Очевидно, что для изготовления передачи нового поколения без уступов с плавной переходной кривой, зубошлифование необходимо производить со шлифованием впадины. Это возможно выполнить шлифованием методом копирования (рис.3.4), это стало возможным при появлении высокопористых кругов, которые позволяют производить бесприжоговое шлифование. Для того чтобы во впадине не образовывались большие напряжения растяжения, зубошлифование необходимо проводить с большими подачами, что бы снимать припуск за минимальное количество проходов (1-2 прохода).
Профильное глубинное шлифование делает возможным изготовление зубчатых колес высокой точности без концентраторов напряжений во впадине между зубьями и с минимальными растягивающими напряжениями.
Рис. 3.4. Зубошлифование методом копирования
3.2.2. Применение глубинного шлифования зубчатого венца
Для улучшения эксплуатационных свойств зубчатые колеса подвергаются упрочнению закалкой или химико-термической обработкой (цементация, азотирование, нитроцементация с последующей закалкой). Упрочнение сопровождается существенной деформацией зубьев, в результате чего точность зубчатых колес понижается на 2…3 степени. Чтобы компенсировать неблагоприятный деформационный эффект от упрочнения, предусматривается зубошлифование как до упрочняющей обработки, так и после нее. Зубошлифование является неотъемлемой частью технологического процесса изготовления высокоточных и надежных зубчатых колес.
Точность обработки зубчатых колес
Получение высокой точности обработки зубчатого колеса обеспечивается за счет особенности кинематики процесса профильного шлифования (отсутствие длинных и сложных кинематических цепей, управление от высокоразвитой системы ЧПУ) и высокой размерной стойкости абразивного инструмента.
Остаточные напряжения
Величина и характер распределения остаточных напряжений в поверхностном слое зубьев, обработанных различными методами шлифования, определялись механическим методом по Н.Н. Давиденкову на компьютеризированном комплексе контроля остаточных напряжений.
На рис. 3.5 показана эпюра распределения остаточных напряжений по глубине поверхностного слоя образцов, вырезанных из прямозубой рейки. Рейка из стали 16Х3НВФМБ-Ш, закаленная на твердость 40 HRC. Представлено три варианта профилирования зубьев:
1 - за 1 проход с глубиной 8 мм и скоростью стола 60 мм/мин;
2 - за 4 прохода с различной глубиной 2,6; 1,5; 1,0; 0,5 при скорости стола 30 мм/мин;
3 – за 4 прохода с различной глубиной 3,0; 1,5; 1,0; 0,5 при скорости стола соответственно 20; 30; 40 и 70 мм/мин;
Рис. 3.5. Эпюра распределения остаточных напряжений на прямозубой рейке
На рис. 3.6 представлены результаты измерения остаточных напряжений на зубчатом колесе из стали 14ХГСН2МА после цементации и закалки на твердость 64 HRC. Представлены следующие варианты профилирования зубьев:
1,2 и 5 – при чистовом профильном шлифовании за один проход;
3 – за 3 прохода (t = 0,1; 0,1 и 0,05);
4 – за 12 проходов с глубиной от 0,1 до 0,005 мм.
Рис. 3.6. Эпюра распределения остаточных напряжений на зубчатом колесе
Можно сказать, что применение высокопористых абразивных кругов дает возможность реализовать высокопроизводительную схему чистового шлифования с удалением припуска на обработку за 1 – 2 прохода. При этом снижение трудоемкости операции сопровождается формированием поверхностного слоя с минимальными структурными изменениями и при отсутствии дефектов, связанных с шлифованием.
Выносливость зубьев при изгибе
Выносливость зубьев при изгибе характеризуют способностью цементированного слоя и сердцевины тормозить развитие усталостного разрушения у основания зуба. Эту способность оценивают пределом выносливости, который является важным критерием работоспособности зубчатых колес, так как поломка зуба приводит к отказу функционирования зубчатой передачи.
Циклические напряжения изгиба, превышающие предел выносливости, вызывают развитие в цементированном слое структурных повреждений, образование микротрещины, ее распространение по нормали к переходной кривой под действием нормальных напряжений растяжения и последующий излом зуба.
Выносливость при изгибе зависит от способности цементированного слоя тормозить зарождение трещины усталости и способности сердцевины тормозить ее развитие. Трещина усталости возникает на поверхности зуба или вблизи от нее в местах концентрации напряжений или деформаций. Скорость процессов, ответственных за зарождение микротрещин, зависит от способности замедлять накопление микропластической деформации и снижать локальные напряжения в местах их концентрации. У цементированного слоя такая способность ограниченна. Из-за низкой пластичности ему свойственна высокая чувствительность к концентраторам напряжений.
Высокая выносливость при изгибе достигается при меньшей поверхностной концентрации углерода и меньшей эффективной толщине слоя, чем при значениях этих характеристик, оптимальных для контактной выносливости. Для теплостойких сталей концентрацию углерода на поверхности у основания зуба следует иметь 0,9-1,2% вместо 1,3-1,5%, необходимой для зоны минимальной контактной выносливости. Уменьшение насыщенности слоя сопровождается снижением количества избыточной карбидной фазы, скопления крупных частиц которой могут усиливать концентрацию напряжений, а так же устранением излишней хрупкости, облегчающей зарождение трещин усталости.
Из рассмотренных закономерностей усталостного разрушения зубьев, можно сделать вывод, что шлифование впадины положительно сказывается на увеличении контактной выносливости зубьев:
- при данном методе шлифования во впадине отсутствуют концентраторы напряжений: уступы и подрезы;
- при шлифовании впадины, снижается концентрация углерода на поверхности основания зуба.
Абразивный инструмент для профильного глубинного зубошлифования
Абразивный инструмент является определяющим элементом технологической системы шлифования. От правильного назначения характеристики шлифовального круга в значительной степени зависит характер протекания процесса шлифования, уровень его производительности, износостойкость инструмента, точность и качество обработки.
Большая часть абразивных зерен, которые находятся на рабочей поверхности шлифовального круга, не участвуют в процессе резания, а только деформируют обрабатываемый материал, являясь существенным источником теплообразования при шлифовании. В этой связи применение кругов с уменьшенным содержанием абразивных зерен в объеме инструмента и, соответственно, на его рабочей поверхности, то есть с высокими номерами структур, является фактором снижения работы трения при шлифовании и, как следствие, интенсивности теплообразования.
Количество зерен на рабочей поверхности инструмента взаимосвязано с его объемным содержанием, которое регламентируется номером структуры. В свою очередь, при увеличении номера структуры возрастает объем порового пространства.
Характеристики
Тип файла документ
Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.
Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.
Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
