CC BY
47
Динамика систем, механизмов и машин, № 2, 2014
УДК 621.9.047/.048:621.833
А.В. Линовский, A. V. Linovsky, e-mail: alexlinovsky@mail.ru А.А. Федоров, A.A. Fedorov, e-mail:aafedorov83@rambler.ru А.П. Моргунов, A.P. Morgunov, e-mail:morgunov_a@rambler.ru Омский государственный технический университет, г. Омск, Россия Omsk State Technical University, Omsk, Russia
РАЗРАБОТКА СПОСОБА ИЗГОТОВЛЕНИЯ МЕЛКОМОДУЛЬНЫХ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС
DEVELOPMENT OF A METHOD TO PRODUCE SMALL MODULE GEAR WHEELS
Разработан способ изготовления мелкомодульных зубчатых колес из труднообрабатываемых механически или термообработанных материалов с использованием электроэрозионной и электрохимической обработки.
The method to produce small module gear wheels from mechanically hard-processing or heat-treated materials with employment of electric erosion and electrochemical machining was developed.
Ключевые слова: мелкомодульные зубчатые колеса, электроэрозионная обработка, электрохимическая обработка
Keywords: small module gear wheels, electric erosion machining, electrochemical machining
В связи c тенденцией уменьшения габаритов механизмов и машин, повышающимися требованиями к эксплуатационным характеристикам деталей и распространением деталей из сверхпрочных, обладающих высокой твердостью, большой вязкостью, плохой механической обрабатываемостью материалов, возникает необходимость в новых способах изготовления деталей с использованием не механической обработки.
Одними из проблемных деталей являются мелкомодульные зубчатые колеса (к ним относят зубчатые колеса, модуль которых не превышает 1 мм), которые, как и зубчатые колеса среднего и большого модуля, имеют ряд проблем в изготовлении, описанных в различных источниках, например в [2]. Также существуют дополнительные трудности, более значимые для мелкомодульных зубчатых колес, такие как деформации от сил резания, которые возникают при обработке нежестких элементов (в данном случае зубьев мелкомодульных колес) и оказывают значительное влияние на точность обработки.
Предлагается использовать электроэрозионную обработку для формирования профиля мелкомодульного зубчатого колеса, что позволит избежать погрешностей, вызванных деформациями от сил резания, так как при электроэрозионной обработке материал удаляется без механического воздействия на деталь, а также повысить производительность, по сравнению с механической обработкой, при изготовлении зубчатых колес из термообработанных или механически труднообрабатываемых материалов.
В ходе работы были изготовлены мелкомодульные зубчатые колеса на электроэрозионном станке Sodick VZ300L. В качестве материала заготовки была выбрана сталь 40. В качестве рабочей среды использовалась дистиллированная вода, материал электрод-инструмента - латунь.
На рис. 1 показано одно из изготовленных зубчатых колес. В ходе исследования была изучена шероховатость поверхности зуба на растровом электронном микроскопе Jeol JCM-5700 c рентгеновским энергодисперсионным спектрометром в режиме высокого вакуума. Тип сигнала - вторичные электроны (SEI). Параметр SpotSize изменяли в диапазоне от 20 до 30, величину ускоряющего напряжения от 5 до 20 кВ, увеличение от 50 до 1000 крат.
311
Динамика систем, механизмов и машин, № 2, 2014
На рис.2 показан снимок поверхности мелкомодульного зубчатого колеса, полученный при ускоряющем напряжении 10 кВ и увеличении 300 крат.
Рис. 1. Зубчатое колесо (т=1, z=25), изготовленное электроэрозионным способом
Анализируя рис. 2, становится очевидным, что поверхностный слой, полученный после электроэрозионной обработки, отличается от полученного механической обработкой.
Рис. 2. Микрорельеф поверхности зуба
Поверхностный слой имеет свои дефекты, среди которых сама структура формирования поверхностного слоя, который состоит из множества перекрывающихся произвольно расположенных микролунок и физико-химические изменения, происходящие в поверхностном слое при обработке. Названные дефекты могут отрицательно сказываться на эксплуатационных характеристиках изделия. Подробно эти дефекты и состояние поверхностного слоя описаны в источниках [1, 3]. Также следует отметить, что общий вид микронеровностей отличается от теоретического (рис. 3). Вышеупомянутые недостатки обуславливают необходимость дальнейшей обработки.
Рис. 3. Теоретический микрорельеф образованный электроэрозионной резкой [3]
312
Динамика систем, механизмов и машин, № 2, 2014
В качестве финишной обработки предлагается использовать электрохимическую обработку на базе статико-гидродинамического электролиза, процесс которой подробно описан в [4]. Электрохимическое растворение дефектного слоя позволяет устранить указанные недостатки поверхности, образуемой электроэрозионной обработкой и достичь требуемых параметров точности и шероховатости. Причем последовательное применение данных мето-
дов, без использования механической обработки обеспечивает производительность, не зависящую от механических свойств материала, таких как твердость и вязкость. Вследствие этого достигается более высокая производительность изготовления мелкомодульных зубчатых колес из твердых или термообработанных (например, закаленных) материалов, чем при их механической обработке.
Библиографический список
1. Электрофизические и электрохимические методы обработки материалов : учеб. пособие для машиностроит. специальностей вузов и фак. В 2 т. Т. 1. Обработка материалов с применением инструмента [Текст] / Б. А. Артамонов [и др.] ; под ред. В. П. Смоленцева. -М. : Высш. шк., 1983. - 247 с.
2. Калашников, С. Н. Зубчатые колеса и их изготовление [Текст] / С. Н. Калашников, А.С. Калашников. - М.: Машиностроение, 1983. - 264 с.
3. Серебреницкий, П. П. Современные электроэрозионные технологии и оборудование [Текст]: учеб. пособие/ П. П. Серебреницкий. - СПб.: Лань, 2013. - 352 с.
4. Федоров, А. А. Электрохимическая обработка зубчатых колес [Текст]: учеб. пособие / А. А. Федоров, А. В. Телевной. - Омск : ОмГТУ, 2012. - 92 с.
