Финишная отделка зубчатых колес с использованием режущих свойств поверхностей после электроэрозионной обработки Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 621.9.048 (031)

ФИНИШНАЯ ОТДЕЛКА ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РЕЖУЩИХ СВОЙСТВ ПОВЕРХНОСТЕЙ ПОСЛЕ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОЙ ОБРАБОТКИ

Е.Н. Валиков, Ю.С. Тимофеев, А.С. Журина

Работа посвящена финишной обработке цилинндрических зубчатых колес. При обработке используется обкатник, поверхность зубьев которого сформирована электроэрозионной обработкой и обладает режущими свойствами за счет острых границ лунок. Для обеспечения относительного проскальзывания поверхностей соприкасающихся зубьев колеса и обкатника при вращении использовано зацепление со смещенным полюсом.

Ключевые слова: зубчатые колеса, финишная обработка зубчатых колес.

Среди разнообразных методов финишной отделки высокоточных зубчатых колес можно выделить группу методов, основанных на использовании инструментов, представляющих собой зубчатые колеса, поверхность зубьев которых обладает режуще-деформирующими свойствами. К этим методам относится шевингование, обкатывание «шарошками» [1], шеве-рами-прикатниками и т.д. Для этих методов характерна относительно низкая трудоемкость, но достаточно высокая сложность изготовления инструмента. В то же время известно, что после электроэрозионной обработки на поверхности остаются лунки с достаточно острыми кольцевыми кромками, которые вполне могут обладать режущими свойствами. Кроме того, на участках, где лунки накладываются одна на другую появляются остроконечные выступы, которые такде обладают определенными режущими свойствами. Следует также учитывать, что при выбросе металла из лунки на ее краях образуются кольцевые выступы, металл в которых может быть упрочнен. Эти выступы также участвуют в процессе резания этой поврех-ностью.

Для практической проверки данного метода финишной обработки зубчатых колес осуществлено изготовление подобного инструмента на электроэрозионном станке для проволочной вырезки, обеспечивающем необходимую точность зубчатого колеса-обкатника. Высота микронеровностей поверхности после электроэрозионной обработки может составлять от 0,8 мкм до 7 мкм в зависимости от режимов обработки. Изготовление инструмента производилось на станке А-207 с системой ЧПУ АРТА 2.7. Система позволяет осуществлять перемещение электрода (проволоки) с шагом

0,001 мм, и обеспечивает точность обработки в пределах ± 0,005 мм. Режим вырезки U = 108 В f =20 кГц, длительность импульса 2,5 мкс обеспечивает шероховатость обрабатываемой поверхности Ra = 6-7 мкм. Необходимый контур зубьев колеса- обкатника задавался массивами опорных то-

чек, а траектория инструмента относительно заготовки представляла собой эквидистанту к профилю, смещенную на величину, равную радиусу, используемой для вырезки проволоки в сумме с величиной бокового зазора, формируемого при электроэрозионной обработке.

В результате был получен инструмент-обкатник, представляющий собой зубчатое колесо т=2, 2=31, изготовленное из стали Р6М5, с твердостью ИЯе 62..65.

Геометрия контура инструмента разработана таким образом, что в зацеплении с обрабатываемой шестерней происходит внеполюсное зацепление. При вращении такой пары шестерен происходит проскальзывание контактирующих точек поверхностей. Эта особенность внеполюсного зацепления используется для осуществления микрорезания и в процессе обработки. Резание осуществляется шероховатой поверхностью боковых сторон зубьев инструмента.

Изготовленный инструмент испытывался с использованием специальной наладки, при этом было обработано 15 заготовок зубчатых колес. Заготовки колес были выполнены из материала сталь 30ХГСА, с припуском 0,04..0,05 на толщину зуба, радиальное биение в интервале 0,07 - 0,12 мм, колебание длины общей нормали 0,015..0,02, шероховатость Яа=2,5 мкм. Обрабатываемая заготовка устанавливается в шпинделе станка на оправку и вводится в беззазорное зацепление с инструментом. Вращение шпинделя с инструментом осуществлялась с частотой 300 об/мин, причем заготовка свободно вращалась на оправке.

После совершения инструментом количества оборотов, равного числу зубьев заготовки, осуществлялся реверс вращения и поворот инструмента на количество оборотов равное числу зубьев заготовки. Данный набор движений представлял собой рабочий цикл. Весь цикл обработки содержал 5..6 рабочих циклов и 2..3 циклов выхаживания (без сближения осей). Заканчивается обработка при достижении номинального межосевого расстояния. Снятие припуска производится за счет скольжения боковых поверхностей зубьев инструмента относительно заготовки [2].

После обработки достигнуты следующиее результаты: производительность - 12..15 сек/зуб; шероховатость обработанной поверхности -Яа=1,2 мкм; радиальное биение Бг = 0,04 мм; колебание длины общей нормали - 0,015 мкм; снятый припуск - 0,05 мм на зуб.

Для анализа особенностей резания кольцевыми кромками лунок, образующихся на поверхности после электроэрозионной обработки, была проведена микрофотосъемка образовавшейся после прикатывания стружки (рис. 1 ).

По представленному изображению можно судить о форме стружки причем достаточно хорошо заметно, что эта форма разнообразна. Имеется как короткая стружка, практически без завивания, так и удлинненая, скрученая в спираль стружка. Отсюда закономерен вывод, что в резании участ-

вуют разлиные элементы поверхности после электроэрозионной обработки.

Рис.1 Стружка после финишной обработки обкатниками с поверхностью, обработанной электроэрозионным методом

Результаты практической проверки предложенного метода финишной обработки зубчатых колес показали возможность и целесообразность использования в качестве инструмента колеса с поверхностью зубьев, обработанной электроэрозионным методом.

Список литературы

1. Валиков Е.Н. Обработка торцов зубьев крупногабаритных зубчатых колес: учеб. пособие для вузов / Е.Н. Валиков, В. А. Белякова; ТулГУ.

Тула: Изд-во ТулГУ, 2010. 115 с.

2. Валиков Е.Н. Режуще-деформирующая чистовая обработка боковых поверхностей зубьев зубчатых колес: монография / Е.Н. Валиков, В.А. Белякова; ТулГУ. Тула: Изд-во ТулГУ, 2011. 215 с.

Валиков Евгений Николаевич, д-р техн. наук, проф., VALIKOVEN@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

Тимофеев Юрий Сергеевич, канд. техн. наук, ген. директор, blik-anpk. timofeev@,yandexl.ru Россия, Тула, ОАО АНПК «Блик»

Журина Анастасия Сергеевна, асп., lilitana22@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

FINISHING GEARS WITH CUTTING PROPERTIES OF SURFACE AFTER ELECTRICAL

DISCHARGE MACHINING

E.N.Valikov, JU.S.Timofeev, A.S.Zhurina

The work is dedicated to finishing cylindrical gears . When processing is used roller gears, the surface of the teeth which formed electrical discharge machining , and has cutting properties due to sharp boundaries of holes. To ensure the relative sliding surfaces of adjoining teeth of the wheel and rotating roller gears applied engagement with offset pole.

Key words: electric erosion machining, roughness, gear wheels.

Valikov Evgeny Nikolaevich, doctor of technical sciences, professor, valikoven@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,

Timofeev Jury Sergeevich, candidate of technical sciences, general manager, blik-anpk. timofeev@yandex.ru, Russia, Tula, ANPK "Blik" JSC,

Anastasia Sergeevna Zhurina, postgraduate, lilitana22@mail. ru, Russia, Tula, Tula State University