CC BY
249
УДК 621.923.4:621.85.051.5
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИСЛЕДОВАНИЕ ТОЧНОСТИ ШЕВИНГОВАНИЯ-ПРИКАТЫВАНИЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ЗУБЧАТЫХ КОЛЁС НА ТОКАРНОМ СТАНКЕ С ЧПУ
Е.Н. Валиков, А.А. Индан, А.Л. Попов
Представлены результаты экспериментального исследования точности чистовой обработки зубьев цилиндрических зубчатых колес шевингованием-прикатыванием на токарном станке с ЧПУ модели ТорТигп СЫС Б 16 С. Описаны способ обработки, циклограмма работы станка, управляющая программа. Приведены результаты измерения радиального биения, колебания длины общей нормали, точности шага до и после шевингования-прикатывания.
Ключевые слова: зубчатое колесо, зубчатое зацепление, зубчатая передача, шевингование-прикатывание, радиальное биение, колебание длины общей нормали, погрешность шага, кривая распределения случайной величины, корреляционная зависимость.
В ТулГУ разработаны малоотходные технологии изготовления цилиндрических и конических зубчатых колес. Сущность их заключается в реализации технологической схемы, основанной на формообразовании зубьев на стадии получения заготовок методами точного литья, пластического деформирования, порошковой металлургии и др. и высокопроизводительного чистового процесса, позволяющего повысить точность зубчатого венца на 3.. .4 степени по нормам кинематической точности, плавности, полноте контакта и боковому зазору.
Внедрение предложенной схема стало возможным только после разработки и исследования способа чистовой обработки зубьев зубчатых изделий, названного авторами шевингованием-прикатыванием [1 - 5].
Шевингование-прикатывание - комбинированный процесс обработки зубчатых заготовок с предварительно формообразованными зубьями по методу свободного обката, основанный на срезании припуска с боковых поверхностей зубьев в результате скольжения зубьев инструмента относительно зубьев заготовки за счет внеполюсного зацепления и тонкого пластического деформирования (выглаживания) боковых поверхностей зубьев. Шевер-прикатник представляет собой зубчатое колесо, сопряженное с обрабатываемым колесом, находящееся в беззазорном зацеплении с ним и образующее пару внеполюсного зацепления с параллельными осями. На боковых поверхностях зубьев шевера-прикатника образованы режущие кромки за счет пересечения стружечных канавок с рабочими боковыми поверхностями. Конструкция инструмента обеспечивает расположение режущих кромок на винтовых поверхностях и под углом к скорости скольжения.
Общий цикл обработки состоит из быстрого подвода, формообразования, выхаживания и быстрого отвода инструмента от заготовки (или заготовки от инструмента) в исходное положение. Цикл формообразования содержит 4.6 рабочих ходов, каждый из которых состоит из срезания (сближение оси инструмента и обрабатываемой заготовки на величину
0,03.0,05 мм), прямого вращения (например, по часовой стрелке, до совершения количества оборотов инструмента равному числу зубьев заготовки), реверсирования направления вращения на противоположное и совершения инструментом числа оборотов, равного числу зубьев, обрабатываемой заготовки (против часовой стрелки). Движение выхаживания отличается от движения формообразования отсутствием врезания.
Очевидно, что для осуществления предложенного цикла обработки необходимы разработка и изготовление специального станка или модернизация универсального станка. Эта работа была выполнена при внедрении комплексного малоотходного технологического процесса изготовления прямозубых конических колес дифференциала грузового мотороллера «Муравей» на Ковровском механическом заводе [5].
Отсутствие серийно производимых станков, пригодных для шевингования-прикатывания зубчатых колес, является основным тормозом для внедрения процесса. Цикл обработки, необходимый для шевинго-вания-прикатывания цилиндрических и конических деталей легко воспроизводится с помощью оборудования с ЧПУ. На рис. 1 представлена схема технологической наладки токарного станка с ЧПУ модели ТорТигп СКС Б16С для обработки цилиндрического колеса с модулем m = 2 мм, числом зубьев 2 = 11, шевером-прикатником с числом зубьев и коэффициентом смещения исходного контура, образующего с обрабатываемым зубчатым колесом пару предполюсного зацепления. На схеме наладки представлены траектория движения заготовки, циклограмма работы станка, управляющая программа [6].
Для определения технико-экономических показателей шевингова-ния-прикатывания на станках с ЧПУ проведены экспериментальные исследования с использованием известных методов математической статистики. В таблице представлены результаты измерений радиального биения- Ггг, колебания длины общей нормали - Fvwr, погрешности шага - 1р^
после предварительного зубофрезирования (ЗОР) и после последующего шевингования-прикатывания (ШПР). Перечисленные параметры в полной мере характеризуют точностные возможности исследуемого процесса по нормам кинематической точности, плавности и боковому зазору.
Точностным возможностям шевингования-прикатывания по погрешности профиля посвящены отдельные исследования, результаты которых в настоящей работе не приводятся. На рис. 2 приведены кривые распределения, а на рис. 3 - корреляционные зависимости между параметра-
ми точности после предварительного зубофрезерования и окончательной обработки шевингованием-прикатыванием.
Рис. 1. Схема технологической наладки шевингования-прикатывания цилиндрического зубчатого колеса на станке с ЧПУ
4 опт | 8 опт 11 опт
8 опт
в
Рис. 2. Кривые распределения параметров точности: а - радиального биения Frr; б - колебания длины общей нормали Fvwr;
в - погрешности шага : 1 - после зубофрезерования,
2 - после шевингования-прикатывания
13
а
б
в
Рис. 3. Корреляционные зависимости между: а - радиальным биением; б - колебанием длины общей нормали; в - погрешности шага при зубофрезеровании и шевинговании-прикатывании
14
Результаты измерения точности параметров зубчатого венца
№ п.п. После ЗФ После ШПР № п.п. После ЗФ После ШПР
р 1 Ь1ЛгГ Рг р 1 гл/кТ" РТ р глЛ'Т’ £-ріг Рт р гтикт ^ ріг
1 94 41 26 62 32 24 26 96 67 17 36 27 14
2 162 22 19 76 28 21 27 69 24 12 30 22 15
3 156 62 39 76 21 25 28 79 66 12 27 19 13
4 66 36 32 34 18 23 29 46 40 39 25 21 21
5 74 43 20 28 20 16 30 54 36 16 32 28 11
6 143 41 35 56 25 16 31 74 41 25 28 26 17
7 111 36 34 47 23 14 32 33 27 18 20 29 15
8 63 23 24 24 18 19 33 32 25 19 18 27 23
9 141 37 38 38 23 11 34 115 41 14 40 25 17
10 99 52 13 30 26 12 35 99 46 18 37 23 11
11 62 33 22 24 24 14 36 86 31 20 32 26 25
12 56 66 13 20 22 11 37 53 43 17 25 17 20
13 70 54 43 24 26 16 38 69 28 12 25 19 21
14 23 58 14 21 23 21 39 100 28 9 23 20 16
15 89 24 17 27 22 25 40 159 68 22 32 23 15
16 47 50 22 26 24 19 41 23 17 29 17 19 10
17 104 48 39 37 19 21 42 66 34 11 24 21 12
18 93 57 17 37 20 12 43 64 26 13 21 24 13
19 80 40 18 32 21 15 44 90 35 36 18 26 12
20 171 13 19 34 20 24 45 50 19 64 19 23 22
21 33 14 23 25 16 25 46 130 68 31 27 25 13
20 171 13 19 34 20 24 45 50 19 64 19 23 22
21 33 14 23 25 16 25 46 130 68 31 27 25 13
22 100 46 30 43 18 16 47 51 21 18 32 27 23
23 79 62 19 33 23 11 48 57 28 34 30 24 18
24 105 31 18 37 25 19 49 61 41 22 24 20 21
25 113 39 22 37 22 18 50 78 34 12 25 22 12
Анализы полученных результатов позволил сделать следующие выводы:
1. Процесс шевингования-прикатывания отличается высокой устойчивостью.
2. Шевингование-прикатывание позволяет повысить точность зубчатого колеса на 3.4 степени по нормам кинематической точности, плавности и боковому зазору.
3. Показана возможность использования в качестве заготовок зубчатых колес с зубьями, формообразованными методами литья, пластического деформирования и другими высокопроизводительными методами.
4. Экономически обоснована точность шевингования прикатывания зубчатых колес с использованием технологического оборудования с ЧПУ 7.8 степени точности.
Список литературы
1. Пат.2224624 Российская Федерация. Способ шевингования-прикатывания цилиндрических зубчатых колес / В.П. Карпухин,
A.С. Ямников, Е.Н . Валиков. Опубл. 27.11.2001.
2. Пат. 2230635 Российская Федерация, Дисковый шевер /
B.П Карпухин, А.С. Ямников, Е.Н. Валиков, В.А Горчаков. Опубл. 27.11.2001.
3. Пат. 2314183 Российская Федерация. Способ финишной обработки цилиндрических зубчатых колес / Валиков Е.Н., Борискин О.И., Белякова В.А., Ямников А.С., Маликов А.А. Опубл. 06.06.2006
4. Пат. 2369469 Российская Федерация. Способ обработки цилиндрических зубчатых колес шевингованием-прикатыванием/ Маликов А. А., Валиков Е.Н., Ямников А.С., Сидоркин А.В.Опубликован 10.10.2009.
5. Валиков Е.Н., Белякова В.А. Проектирование инструментов вне-полюсного зацепления для обработки зубчатых деталей: учеб. пособие. Тула: Изд-во ТулГУ, 2013. 317 с.
6. Индан А.А. Шевингование-прикатывание прямозубых колес с применением токарных станков с ЧПУ / Молодежный вестник Политехнического института. Тула: Изд-воТулГУ, 2012. С.160-161.
Валиков Евгений Николаевич, д-р техн. наук, проф., kdir@2knix.ru. Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Индан Алексей Андреевич, аспирант, kdir@,sknix.ru. Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Попов Александр Леонидович, аспирант, shurup_89@,inbox. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
EXPERIMENTAL STUDY OF THE ACCURACY OF THE SHA VING-PRESSING CYLINDRICAL GEARS ON CNC LATHE.
Е..N. Valikov; A.A. Indan; A.L. Popov
An experimental study of precision finishing machining of cylindrical gears by shaving-pressing on a lathe with CNC Top Turn CNC S16C. Describes the methodof machining, the operating cycle of the lathe, control program. Shows the results of measurement of radial run, changing the length ofthe common normal, just steps before and after shaving-pressing.
Key words: Gear wheel, gear connection, gearing, shaving-pressing, radial run out, measurement of radial running, the distribution curve of a random variable, correlation dependence.
Valikov Eugene Viktorovich, doctor of technical sciences, professor, kdir@sknix.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Indan Alexey Andreivich, рostgraduate, kdir agknix.ru. Russia, Tula, Tula State University,
Popov Alexandr Leonidovich, рostgraduate, shurup 89'a,inhox. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 544.032
ЭФФЕКТ АКУСТИЧЕСКОГО УПРОЧНЕНИЯ И РАЗУПРОЧНЕНИЕЯ В ХОДЕ ПРОВЕДЕНИЯ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ НАНОТЕХНОЛОГИИ СТАЛИ 45
В.П. Алехин, А.И. Капранова
В стали 45 при применении ультразвуковой нанотехнологии наблюдались два нелинейных акустических эффекта поверхностных слоев. Для объяснения этих эффектов может быть использована нелинейная теория упругих и неупругих деформаций, и сопровождаются они глубоким изменением изначально идеальной кристаллической решетки (смена симметрии, образование новых фаз, фрагментация кристаллической решетки). Результаты проявления этих эффектов состоят в снижении потенциальных барьеров.
Ключевые слова: деформация, напряжения, разупрочнение, ультразвуковая обработка, эффект.
Два нелинейных акустических эффекта (упрочнение и разупрочнение) поверхностных слоев экспериментально наблюдались в стали 45 после ультразвуковой нанотехнологии.
Объяснение этих эффектов может быть представлено нелинейной теорией упругих и неупругих деформаций, сопровождающихся кардинальной перестройкой кристаллической решётки, образованием новой фазы, изменением класса симметрии, зарождением дефектов.
В результате стало возможным рассмотрение больших микросмешений атомов с преодолением порогов устойчивости решетки под влиянием больших внешних градиентов напряжений.
Воздействие ультразвука на процесс пластической деформации обусловлено влиянием его на контактные условия (контактное давление), свойства и структуру деформируемого материала, изменением схемы напряжённого состояния, а в некоторых случаях дискретным и динамическим характером протекания пластической деформации. Действие указанных факторов проявляется в разной степени и зависит от направления колебаний, их типа, места приложения очага деформации, условий протекания процесса обработки.
Возможны два нелинейных эффекта: «акустическое разупрочнение»
