РПЗ Раздел 3 (777648), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Следует различать пористые круги с естественными порами и пористые круги, поры в которых получены благодаря применению наполнителей, последние называют высокопористыми. Высокопористые круги могут иметь объем пор до 75 %. Преобразующее вещество, выгорая в процессе термообработки, образует в шлифовальном круге поры. Гранулометрический состав вводимых выгорающих наполнителей может не отличаться от грансостава абразивного зерна в круге, а размеры зерен наполнителя могут даже превышать размеры зерен абразива.
Номером структуры обозначается степень увеличения пористости инструмента. Так, структуры № 1—4 называются закрытыми, или плотными, № 5—8—средними, № 9—12 —открытыми, а более № 13—высокопористыми (рис. 3.7).
Рис. 3.7. Структура абразивного инструмента:
а – плотная; б – открытая; в - высокопористая
Применение высокопористых кругов при шлифовании за счет уменьшения опорной длины режущего профиля и увеличения среднего расстояния между зернами снижает силу резания и контактную температуру шлифования на 40-50%. Именно использование высокопористых абразивных кругов на керамических связках в сочетании с оптимальными режимами обработки, правки инструмента и условиями охлаждения создает предпосылки реализации процесса профильного глубинного шлифования зубчатых колес.
При профильном глубинном шлифовании процесс протекает в критических условиях, сохраняя высокой вероятность термических повреждений поверхностных слоев зубьев как при больших глубинах резания, так и при малых глубинах чистового шлифования.
Чтобы предотвратить появление дефектов, связанных с шлифованием, режущий инструмент должен одновременно иметь повышенную прочность до 25-45 Н/мм2, чтобы преодолевать сопротивление обрабатываемого материала, высокую износостойкость для условий его циклической правки и обеспечивать минимальную работу трения с профилируемой впадиной при высоком качестве обработанной поверхности. Такой набор свойств достигается сбалансированным соотношением зернистости, твердости и марки керамической связки шлифовального круга.
Таким образом, для эффективной реализации процесса глубинного шлифования зубчатых колес необходимы высокопористые круги повышенной твердости.
3.2.3. Применение профильного зубохонингования для обработки зубчатых колес
Зубохонингование – процесс чистовой обработки зубьев закалённых цилиндрических колёс внешнего и внутреннего зацепления. Обработку производят зубчатыми хонами, режущими элементами которых являются хаотически расположенные на поверхности зубьев хона зёрна абразивного материала, алмазов или кубического нитрида бора.
В промышленности применяют два метода зубохонингования: инструментами с внешним и внутренним зацеплением зубьев [1].
Зубохонингование хонами с внутренним зацеплением обладает большими технологическими возможностями, поэтому этот процесс имеет преимущественное распространение в промышленности [4]. Зацепление зубчатого хона 1 с заготовкой 2 выполняют под углом скрещивания γ (рис. 3.8). При свободной кинематической связи ведущим элементом является хон, а при жёсткой кинематической связи вращение хона и заготовки осуществляют раздельно с высокой точностью синхронизации с помощью числовой системы управления
Рис. 3.8. Схема обработки заготовки хоном с внутренним зацеплением
Ширина хона больше ширины зубчатого венца. Кроме вращения зубчатый хон совершает радиальное движение подачи, а заготовка для улучшения условий резания осуществляет осевые осцилирующие движения, амплитуда которых должна быть не менее 3…4 мм. Большой коэффициент перекрытия при зацеплении хона с зубьями обрабатываемой заготовки способствует исправлению погрешностей зубьев и повышению точности их обработки.
Зубохонингование хоном с внутренним зацеплением применяют в серийном и массовом производстве для уменьшения шероховатости поверхности до Ra = 0,1…0,8 мкм, повышения точности зубьев на 1,2 степени (до 6-7 степени точности по ГОСТ 1643-81), снижения уровня шума при зацеплении зубьев и удаления небольших забоин и заусенцев.
Зубчатые хоны, используемые при зубохонинговании, могут быть правящими и неправящими. В качестве абразивного материала у правящих зубчатых хонов с внутренним зацеплением применяют электрокорунд высшего качества или микрокристаллический корунд с размером зерна 88…149 мкм. Наиболее важной структурной составляющей не только объёмного строения хона, но и его технологических и эксплуатационных свойств является связка [2,3]. Для правящих хонов используют связки: керамическую и из эпоксидной искусственной смолы. Благодаря хрупкости и низким демпфирующим свойствам этих связок абразивные зёрна, имеющие критический износ, под действием силы резания выламываются из хона, открывая для работы лежащие ниже абразивные зёрна. Таким образом, обеспечивается самозатачивание инструмента. Часто применяют следующее соотношение объёмных долей: абразив – 50%, связка – 40% и поры – 10%.
Особенностью процесса зубохонингования является достижение высоких показателей шероховатости поверхности зубьев. Совокупность неровностей с относительно малыми шагами, образующих микрорельеф боковых поверхностей зубьев, является важнейшим показателем качества зацепления зубчатых передач [4,5]. Микрорельеф поверхности зубьев оказывает существенное влияние на качество эксплуатации зубчатых передач:
- виброакустическую активность под воздействием высоких частот;
- удержание смазочной плёнки на поверхности зубьев;
- продолжительность периода обкатки зубчатой передачи, при котором технологический рельеф зубьев становится эксплуатационным
3.2.4. Применение шевингования при изготовлении зубчатых колес
Шевингование зубьев - метод окончательной обработки незакаленных колес – обеспечивает повышение точности до 5-й – 6-й степени поверхности (Ra=0,63-0,16 мкм). В процессе шевингования с поверхности зубьев снимаются (соскабливаются) тонкие стружки толщиной 0,005-0,001 мм. При этом происходит исправление эксцентриситета начальной окружности. Шевингование осуществляется двумя способами: шевером-колесом (диском) или шевером-рейкой (рис.3.9.).
Рис. 3.9.
Шевер имеет зубья, на боковых поверхностях которых расположены радиальные канавки глубиной 0,8 мм. Эти канавки образуют режущие кромки, которые осуществляют снятие тонких стружек с поверхности зубьев. Обрабатываемое колесо устанавливается на оправке в центрах стола станка. Шевер располагается над зубчатым колесом под углом 150, образуя с колесом как бы винтовую пару со скрещивающимися осями. Наличие скрещивания осей зубчатой пары: колеса и шевера – создает необходимое условие - продольное скольжение зубьев шевера относительно зубьев колеса, в результате чего и происходит соскабливание стружек с поверхности последнего.
3.3. Выбор метода и средств технического оснащения для решения задачи исследования
Для окончательной обработки зубчатого венца детали вал-шестерня целесообразно предложить следующие методы обработки:
1. Зубошлифование высокопористым шлифовальным кругом
2. Зубохонингование
3. Зубошевингование
4. Зубофрезерование
В результате обработки необходимо получить следующие показатели: Ra=0.4, Wz=42.27-0.027, Fp=0.012, Fpk=0.009, fpt=0.0046, fvpt=0.0046, Fα=0.009, Fβ=0.0055.
Ниже представлены варианты технологического процесса окончательной обработки детали вал-шестерня с внедрением вышеперечисленных методов.
1. Зубошлифование высокопористым шлифовальным кругом
2. Зубохонингование
3. Зубошевингование
4. Зубофрезерование
На рис. 3.10 приведены параметры, полученные при различных методах зубообработки. Пунктирными линиями показана шероховатость поверхности, получаемая в результате увеличения времени обработки и использования дополнительных технологических средств.
Рис. 3.10. Шероховатость поверхности зубьев, получаемая при различных методах зубообработки: 1 - хонинговании; 2 - фрезеровании после ХТО; 3 -шлифовании; 4- шевинговании; 5- фрезеровании и долблении до ХТО.
Совокупность неровностей с относительно малыми шагами, образующих микрорельеф боковых поверхностей зубьев, является важнейшим показателем качества зацепления зубчатых передач и оказывает существенное влияние на качество эксплуатации зубчатых передач:
-виброакустическую активность под воздействием высоких частот:
-удержание смазочной пленки на поверхности зубьев;
-продолжительность периода обкатки зубчатой передачи, при котором технологический рельеф зубьев становится эксплуатационным.
У окончательно фрезерованных до ХТО методом обката цилиндрических колёс шероховатость боковых поверхностей зубьев составляет Ra = 2,5 – 3,8 мкм. Структура неровностей определяется следами огибающих резов червячной фрезы. Испытания таких колёс показывают значительный износ поверхности зубьев в результате металлического трения (рис. 3, в).
Зубчатые колёса, изготовленные шевингованием (Ra = 1,25 – 2,0 мкм) и шлифованием (Ra = 0,4 – 2,0 мкм) имеют незначительный износ зубьев, главным образом, по вершинам микронеровностей в результате смешанного трения (рис. 3.10, б).
Рис. 3.11.Схема образования гидродинамической смазочной плёнки
Боковые поверхности хонингованных зубьев цилиндрических колёс имеют самый низкий параметр шероховатости Ra 0,25 – 0,5 мкм и при испытании у зубьев практически отсутствует металлический контакт и износ (рис. 3.11, а).
Таким образом, низкие параметры шероховатости хонингованных зубьев, а также веерная структура расположения неровностей от следов резов позволяет при зацеплении стабильно удерживать на поверхности зубьев смазочную плёнку толщиной 3-5 мкм и тем самым минимизировать износ.
Проведённый технико-экономический анализ чистовой обработки зубьев цилиндрических колёс методами: зубошевингования 1, зубохонингования абразивными правящими хонами 2, зубофрезерования твёрдосплавными червячными фрезами 3 и зубошлифования червячными шлифовальными кругами 4 позволил определить эффективную область применения этих методов (рис. 3.12).
Рис. 3.12. Стоимость чистовой обработки зубьев и достигаемая точность
Для сравнения экономической эффективности финишной обработки зубчатых колес был проведен технико-экономический анализ (табл. 3.2).
Табл.3.2. Технико-экономический анализ
Объектом являлась деталь вал-шестерня КДА газотурбинного двигателя: модуль m=4мм, число зубьев z=23, внешний диаметр d=100h10-0.14, материал сталь 16Х3НВФМБ-Ш, тип производства - мелкосерийное. В связи с современными требованиями авиастроения точность изготовления зубчатых колес должна быть не ниже 5 степени (ГОСТ 1643-81). Так как затраты на материал для всех вариантов финишной обработки были постоянны, поэтому рассматривались только заработная плата производственных рабочих и накладные цеховые расходы: стоимость эксплуатации и амортизации оборудования (включая технологическую оснастку) и инструмента. Из всех рассматриваемых методов дополнительная операция по обкатке зубчатых колес, удалению забоин и заусенцев требуется только для зубошевингования.
В качестве критериев оценки использовали стоимость чистовой обработки и достигаемую степень точности по ГОСТ 1643-81. В результате анализа было установлено:
1. Наименее затратным методом является зубошевингование. Однако этим методом стабильно достигают только 7-ю степень точности, которая для большинства современных механизмов и машин является низкой.
2. Самым эффективным с экономической точки зрения является метод зубохонингования. В качестве недостатков зубохонингования следует отметить высокую чувствительность к колебанию припусков после химико-термической обработки.
3. Непрерывное обкатное зубошлифование абразивным червячным кругом экономически менее эффективно, чем зубохонингование абразивным хоном, но менее зависимо от качества предварительной обработки и более стабильно в достижении точностных параметров зубьев.
4. Зубофрезерование твёрдосплавной червячной фрезой по стоимости существенно превышает остальные методы, поэтому оно применяется, главным образом, в единичном и мелкосерийном производстве, когда для обработки зубьев до и после химико-термической обработки можно использовать только один станок.
Таким образом, исходя из вышеперечисленных выводов, принимаем следующий маршрут обработки:
030 Зубофрезерная
Оборудование Зубофрезерный станок Gleason Pfauter P600
035 Зубошевинговальная
Оборудование Зубошевинговальный станок ВСН-932CNC2
040 Слесарная
045 Контроль операционный
Оборудование Штангенциркуль, глубиномер
050 Газовая цементация
Оборудование Камера для цементации
055 Зубошлифовальная
Оборудование Зубошлифовальный станок Gleason Pfauter P600
62
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
