CC BY
67
Ivanov Nikolay Ivanovich, Candidate of Sciences, Associate Professor (e-mail: ni1949@mail.ru)
Kukovjakin Nikolay Ivanovich, the post-graduate student Tereshchenko Andrey Sergeevich, postgraduate Southwest state university, Kursk, Russia
RESEARCH OF TOPOGRAPHY OF THE CURRENT AT CONTACT WELDING Т-SHAPED CONNECTIONS SMALL-SIZED DETAILS
The lead researches on flat models reveal features of distribution of a non-uniform electric field at contact welding the Т-shaped connections which are carried out under two technological circuits of a supply of a current to a case detail.
Key words: contact welding, Т-shaped connection, flat metal model, an electric field, lines of equal potential, distribution of density of a current.
УДК 621.9
РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ МОДУЛЬНЫХ ФРЕЗ ДЛЯ ОБРАБОТКИ КРУПНОМОДУЛЬНЫХ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС Козлов Александр Михайлович, д.т.н., проф., заведующий кафедрой «Технология машиностроения» (е-mail: kam-48@yandex.ru) Савенков Дмитрий Романович, магистр, (е-mail: kentor111@mail.ru) Козлов Андрей Александрович, к.т.н., доцент (е-mail: soy4astnik@mail.ru) Липецкий государственный технический университет, г.Липецк, Россия
Рассматривается проблема эффективного использования инструмента при нарезании крупномодульных зубчатых колес на универсальном зубо-фрезерном станке.
Ключевые слова: зубофрезерование крупномодульных колес, дисковые модульные фрезы, твердосплавные пластины.
Крупномодульные зубчатые колеса находят широкое применение в узлах металлургического оборудования. Эксплуатационные свойства характеризуются состоянием поверхностного слоя зубчатых колес, которые формируются на операциях технологического процесса их изготовления. Один из важных показателей - надежность, которая в значительной мере определяется эксплуатационными свойствами зубчатых цилиндрических колес, такими как: пределом выносливости, износостойкостью, коэффициентом трения, контактной жесткостью, прочностью и т.д. При конструк-торско-технологической подготовке производства, назначение технологическое параметров обработки, выборе оснастки и инструмента следует опираться на научный подход и технические расчеты во избежание необоснованно завышенных требований, а следовательно, и удорожанию выпускаемой продукции [1, 2].
В ремонтном заводе металлургического оборудования осуществляется в основном единичное производство зубчатых колес, имеющих разные па-
раметры (диаметр от 300 до 3500 мм, ширина зубчатого венца от 200 до 1500 мм, модуль от 16 до 50 мм.). При изготовлении колес возникает ряд проблем, связанных с технологическими возможностями оборудования, применением специального приспособлений, расчетом, проектированием и созданием инструмента, и т.д. [3-6].
Использование для обработки зубчатых колес, профиль которых можно представить как сложную профильную поверхность, оборудования с ЧПУ является довольно затратным [7-9]. С другой стороны, комплект технологического оснащения универсального зубофрезерного станка не позволяет вести качественную и производительную обработку. Применение специального профильного инструмента также играет немаловажную роль в повышении производительности процесса.
В связи с этим, возникла задача проектирования и создания дополнительного технологического оснащения универсального зубофрезерного станка, расчет и проектирования инструмента, разработка технологического процесса [10-14].
В процессе изготовления крупномодульных зубчатых колес, имеющих различные типоразмеры (рис. 1), для каждого конкретного колеса требуется подготовка индивидуальных технологических процессов, обеспечение возможности доступа инструмента для осуществления процесса зубонаре-зания, подбор инструментов соответствующей точности, стойкости и т.д.
Рис. 1. Изготавливаемые зубчатые колеса различных типоразмеров В качестве оборудования используется универсальный зубофрезерный
станок модели 5А343П. Для возможности применения данного станка были рассчитаны [15], спроектированы и изготовлены две дополнительные головки для установки дисковых и концевых модульных фрез с механическим креплением твердосплавных пластин (рис. 2).
Рис. 2. Головка для установки: а) - пальцевых, б) - дисковых модульных фрез
Получение деталей требуемой точности, качества рабочей поверхности зубьев, а также желаемой производительности требует основательного подхода к подбору инструментов и режимов резания [16-19]. Так как в условиях ремонтного производства происходит нарезания колес с различным модулем и числом зубьев, то для проектирования инструмента под каждое конкретное колесо требуется расчет профиля его рабочей части.
В процессе обработки профиль зуба получается копированием профиля инструмента [20]. На основе анализа рис. 3, и, используя ряд формул для расчета эвольвенты зуба, была создана подпрограмма в MicrosoftExel которая позволяет рассчитать координаты точек профиля для проектирования требуемого инструмента (рис .4).
СУ
Рис. 3. Построение профиля зуба
Формулы Данные Рецензирование Вид
—1 Копировать "
Вставить ж К Ч ф Формат по образцу — — Ы А Ш; Щ^ Объединить и поме с,тьв„гтр1- ■ •/• ООО 1
Буфер обмена г; | Шрифт Выравнивание Число
А В С 0 Е Р 6 Н 1
1 ш КОЛ окруж
2 36 98 10
3
4 г= 1764 т 1ш альфв гр^ тега град X У
5 га~ 1800 1728 16.405 0,463 0,528 15,925 8,927
6 гЬ= 1657,7245 1735,2 17,195 0,535 0,600 18,169 16,105
7 гк= 1728 1742,4 17,945 0,610 0,675 20,528 23,279
8 Д1= 7,2 1749,6 18,660 0,688 0,754 22,998 30,449
9 ¥1= 0,065 1756,8 19,344 0,769 0,835 25,576 37,614
10 1764 20,000 0,853 0,918 28,259 44,774
11 ц1 = 0,01602 1771,2 20,631 0,939 1,005 31,044 51,928
12 1778,4 21,239 1,028 1,094 33,928 59,076
13 1785,6 21,827 1,120 1.185 36,910 66,218
14 1792,8 22,395 1,213 1,279 39,988 73,354
15 1800 22,945 1,309 1,375 43,160 80,482
16
Рис. 4. Фрагмент подпрограммы в М1сг0Б0ЙЕхе1
На основе результатов расчетов строится профиль инструмента и создается рабочих чертеж для его изготовления (рис .5).
Рис. 5. Проектирование инструмента: а) - рассчитанный профиль, б) - чертеж для изготовления фрезы
Согласно подготовленному чертежу, изготавливают комплект концевых модульных фрез в инструментальном отделении ремонтного комплекса. В качестве материала инструмента используется быстрорежущая сталь. Данный комплект фрез изготавливается для каждого типоразмера зубчатого колеса, что не совсем удобно. Однако это позволило заменить комплекты из довольно громоздких червячных фрез, требующих специального оборудования для их переточки и имеющих достаточно высокую стоимость.
В процессе обработки концевыми модульными фрезами из быстрорежущей стали выявилось ряд недостатков:
- обработка данными фрезами менее производительна в сравнении с модульными дисковыми и червячными фрезами;
- стойкость данных фрез небольшая, по сравнению с применением современных твёрдосплавных материалов;
- в процессе обработки требуется частая остановка оборудования для правки и заточки фрезы;
- требуется изготовления комплекта из 8-16 фрез, для нарезания каждого типоразмера зубчатого колеса;
- в силу своей конструкции, концевая модульная фреза снимает меньший припуск за проход, по сравнению с модульной дисковой фрезой;
Для повышения производительности производства было предложено использовать черновую и получистовую модульные дисковые фрезы с механическим креплением твердосплавных пластин, а в качестве чистовой фрезы использовать концевую модульную фрезу (рис .6) с механическим креплением твердосплавных пластин. Пластины чистовой фрезы являются специальными (профильными) и при установке в требуемой последовательности формируют эвольвенту профиля зуба на чистовых проходах.
Такая конструкция фрезы, позволяет использовать ее на чистовых проходах для колес с различным числом зубьев в пределах одного модуля, сменив комплект твердосплавных пластин формирующих окончательный профиль зуба.
Рис. 6. Фрезы с механическим креплением твердосплавных пластин: а) - черновая, б) - модульная получистовая в) - модульная чистовая
В производственных условиях проводилось нарезание зубчатого колеса из стали 34ХН1М., твердость НВ 218, с параметрами: т = 36 мм, ъ = 98, Б = 3600 мм, В = 170 мм.
Обработка включала в себя три технологических перехода:
- первый - подготовительный; на нем производилась прорезка профильных канавок зубьев черновой дисковой модульной фрезой (рис. 6, а). Он включал в себя 6 проходов с глубиной резания t = 10 мм, подачей s = 30 мм/мин, частотой вращения фрезы п = 30 мин-1. Время фрезерования на данном этапе составило Т = 56 ч;
- второй - получистовой; на нем производилась обработка профиля зуба получистовой дисковой модульной фрезой (рис. 6, б). Он включал в себя 3 прохода с глубиной резания t = 5 мм, подачей s = 50 мм/мин, частотой вращения фрезы п = 50 мин-1. Время фрезерования составило Т = 17 ч;
- третий - чистовой; калибровка профиля зуба чистовой концевой модульной фрезой. На нем производилась чистовая обработка и калибровка профиля зуба чистовой концевой модульной фрезой (рис 6 в.). Он включал в себя 3 чистовых прохода с глубиной резания t = 3 мм, и последний проход доводочный s = 20 мм/мин, частота вращения фрезы п = 75 мин-1. Время фрезерования составило Т = 10 ч.
Суммарное время на обработку данной детали с наладками станка составило Т = 83 ч. При нарезании такого же зубчатого колеса на этом же станке, но с использованием комплекта червячных фрез с учетом наладок станка и временем на их правку суммарное время составило Т = 117 ч. Процесс нарезания шестерни, используя фрезы с твердосплавными пластинами с механическим креплением, позволило сократить суммарное время обработки в 1,4 раза. Колеса, обработанные данными фрезами, имеют степень точности профиля зуба, соответствующую 8 квалитету.
Таким образом, используя сконструированные фрезы, удалось сократить время на обработку, увеличив режимы резания за счет оснащения инструмента твердосплавными пластинами, что особенно важно при обработке зубчатых колес крупных диаметров. Преимущество данных фрез по сравнению с использованием комплекта червячных фрез и набора концевых модульных фрез из быстрорежущей стали заключается в следующем:
- фрезы с механическим креплением твердосплавных пластин имеют больший период стойкости;
- не требуют переточки и правок в процессе обработки, соответственно и дорогостоящего оборудования для этого;
- позволяют повысить режимы резания, и получать обработанные поверхности с лучшим качеством поверхности и точностью размера.
Список литературы
1. Моргунов, А.П. Производство зубчатых колес / А.П. Моргунов, И.В. Ревин. -Омск, 2002. - 124 с.
2. Гинзбург, Е.Г. Производство зубчатых колес / Е.Г.Гинзбург, Н.Т. Халебский - Л.: Машиностроение, 1978. - 136 с.
3. Полохин, О. В. Управление процессом нарезания зубьев / О. В. Полохин, А. С. Тарапанов, Г. А. Харламов // Справочник. Инженерный журнал. = 2001, № 6. - С. 8-12.
4. Калашников, С.Н. Зубчатые колёса и их изготовление / С.Н. Калашников, А. С. Калашников. - М.: Машиностроение, 1983 - 264 с.
5. Локтев, Д. А. Современные методы и технологические решения эффективной обработки зубчатых колес крупного модуля // «Стружка» №1/2, 2011.
6. Коган, Б.И. Обработка зубьев цилиндрических крупномодульных зубчатых колес. - Кемерово, 2003 - 56 с.
7. Козлов, А.М. Повышение производительности чистового фрезерования вогнутых поверхностей сложной формы на станках с ЧПУ / А.М. Козлов, Г.Е. Малютин // Вестник машиностроения. - 2014. №12. - С.71-75
8. Козлов, А.М. Расчет подачи при чистовом фрезеровании вогнутых поверхностей на станках с ЧПУ / А.М. Козлов, Г.Е. Малютин // Современные направления и перспективы развития технологий обработки и оборудования в машиностроении // Материалы международной научно-технической конференции. - Севастополь: ФГАОУ ВО «Севастопольский государственный университет», 2015. - С. 40-45
9. Козлов, А.М. Параметрическое управление подачей при фрезеровании сложных поверхностей на станках с ЧПУ / А.М. Козлов, Г.Е. Малютин // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Вып. 8. Ч. 1. Тула: Изд-во ТулГУ, 2017. - С. 59-64
10. Тимофеев, Ю.В. Специальные технологи зубообработки крупномодульных закаленных колес. Монография / Ю.В. Тимофеев, В.Ф. Шаповалов, А.А. Клочко. - Краматорск: ДГМА, 2011. - 128с.
11. Тимофеев, Ю.В. Технологические аспекты обработки крупномодульных закаленных зубчатых колес / Ю.В. Тимофеев, Е.В. Мироненко, В.Ф. Шаповалов, А.А. Клочко // Надежность инструмента и оптимизация технологических систем: сб. на-уч.тр. - Краматорск: ДГМА.2010. Вып.26. С.183-190.
12. Овумян, Г.Г. Справочник зубореза / Г.Г. Овумян, Я.И. Адам. - М.: Машиностроение, 1983. - 223 с.
13. Бараболь, С.Я. Зубофрезерование цилиндрических зубчатых колес червячными фрезами. Справочное пособие. - Киев.: Техника, 1992. - 35 с.
14. Справочник технолога-машиностроителя. В 2 т. Т2. / Под ред. А.Г. Косиловой, Р.К. Мещерякова. - М.: Машиностроение, 1985. - 496 с.
15. Шаповалов, В.Ф. Расширение технических возможностей тяжелых зуборезных станков / В.Ф. Шаповалов, В.И. Печеный, Н.И. Аристархов // Вестник машиностроения. 1994. №6. - С.30-31
16. Феофилов, Н.Д. Контроль расположения и геометрических размеров элементов сборной червячной фрезы / Н.Д. Феофилов, Е.С. Янов, // Известия ТулГУ. Сер. «Технические науки». Вып. 8: в 2 ч. Ч. 2. - Тула: Изд-во ТулГУ, 2015. - С. 86-92.
17. Феофилов, Н.Д. Исследование поверхностного слоя детали при зубофрезерова-нии сборными червячными фрезами / Н.Д. Феофилов, И. А. Воробьев, Е.С. Янов // Известия ТулГУ. Сер. «Технические науки». Вып. 10. Тула: Изд-во ТулГУ, 2015. 217 с. С. 162-169.
18. Fomin A.A., Gusev V.G. and Sattarova ZG. Geometrical errors of surfaces milled with convex and concave profile tools. Solid State Phenomena 284 (2018): 281-288. doi:10.4028/www.scientific.net/SSP.284.281
19. Research of grinding process of gears with involute profile to increase its efficiency T N Ivanova, A I Korshunov , I N Sannikov , V N Tyukpiekov MEACS 2017 IOP Publishing IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 327 (2018) 042046 doi:10.1088/1757-899X/327/4/042046
20. Иноземцев, Г.Г. Обработка цилиндрических зубчатых колес фрезерными головками методом непрерывного единичного деления. - Изд-во Саратовского ун-та 1973. -348 с.
21. Kozlov Alexander Mikhailovich, doctor of technical Sciences, prof., head of the Department "Engineering technology» (е-mail: kam-48@yandex.ru)
Savenkov Dmitry Romanovich, master, (е-mail: kentor111@mail.ru) Kozlov Andrey Aleksandrovich, PhD, associate Professor (е-mail: soy4astnik@mail.ru) Lipetsk state technical University, Lipetsk, Russia
CALCULATION AND DESIGN OF MODULAR MILLING CUTTERS TO HANDLE COARSE-GRAINED GEAR WHEELS
The problem of effective use of the tool at cutting of large-modular gears on the universal gear hobbing machine is considered.
Key words: gear milling of large-modulus wheels, disk modular cutters, carbide inserts
УДК 621.9.047
ЭМПИРИЧЕСКОЕ ВЫРАЖЕНИЕ ДЛЯ ОЦЕНКИ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ПРОЦЕССА ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОЙ
ОБРАБОТКИ
Маслов Александр Владимирович, к.т.н., доцент (e-mail: avmas@mail.ru) Липецкий государственный технический университет, г.Липецк, Россия
В статье анализируются данные по производительности процесса электроэрозионной обработки (ЭЭО). Предложено эмпирическое выражение, позволяющее точнее оценить производительность электроэрозионной обработки стали 45.
Ключевые слова: электроэрозионная обработка (ЭЭО), производительность обработки, эмпирическое выражение
Одним из технологических показателей характеризующих эффективность процесса обработки материалов является производительность.
Производительность ЭЭО (г/с) приблизительно определяется по эмпирическому выражению, представленному в [1].
Пм = \pklklfWn где р - плотность материала заготовки, г/см3;
гл и Кл - соответственно радиус и диаметр лунки (некоторые данные о размерах лунки при обработке различных материалов представлены в [2]); к4 - коэффициент зависящий от материала заготовки; / - частота следования импульсов, Гц; ИИ -энергия импульса, Дж.
Значения коэффициентов кги к4 для некоторых материалов представлены в табл.1 и 2.
