CC BY
55
УДК 621.9.025; 621.914.5
ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ ЗУБООБРАБОТКИ ЧЕРВЯЧНЫМИ
ФРЕЗАМИ ЗА РУБЕЖОМ
Е.С. Янов, М.В. Полев, А.В. Анцев
Рассмотрены вопросы, связанные с особенностями развития зубообработки в европейских странах. Проведен анализ выпускаемой продукции крупнейших компаний Gleason и Fette, а также тенденции их развития. Приведен краткий сравнительный анализ монолитных и составных фрез.
Ключевые слова: монолитная червячная фреза, составная червячная фреза, станок, тенденция, конструкция, зубообработка, зубофрезерование.
Несмотря на нестабильность мировой экономики, машиностроение является одной из ведущих отраслей и спрос на ее продукцию растет как в гражданском, так и в военном секторе, что требует увеличения выпуска продукции, в состав которой входят различные зубчатые передачи. Благодаря данному факту спрос на зубчатые колеса малых размеров постоянно повышается. Кроме того, спрос растет и на крупногабаритные зубчатые колеса, потребность в которых в основном связана с развитием сектора тяжелого машиностроения и ветровой энергетики. Диаметры зубчатых колес варьируются от нескольких десятков миллиметров (для коробок передач автомобилей, приводов двигателей и т.д.) до десятков тысяч миллиметров (приводы поворотов кранов, ветрогенераторов и артиллерийских башен).
В зависимости от объема выпуска деталей с зубчатым профилем, требований к ним и организационно-технического состояния производственных мощностей предприятия получение зубчатого профиля возможно методами резания, пластического деформирования, литья или комбинацией этих методов. При этом процессы формообразования зубчатого венца резанием независимо от характера производства остаются основными. При таких условиях производства, режущий инструмент должен обладать универсальностью и многофункциональностью. Таким требованиям отвечают червячные фрезы, которые должны выполнять одновременно несколько задач для сокращения машинного времени обработки и повышения эффективности производства. К ним можно отнести черновую и чистовую обработку с помощью одного инструмента, что позволяет полностью отказаться от процесса шлифовки на шлифовальном станке. Еще одним примером является выполнение двух операций, таких как нарезание зубьев и снятие фаски, с одного установа в патроне. Соответственно, стоит отметить, что конструкции червячных фрез бывают: монолитные со шлифованным профилем, сборные с поворотными вставными рейками, монолитные затыло-ванные с нешлифованным профилем повышенной точности и твердосплавные червячные фрезы.
Расширение объемов выпуска однотипной, но многовариантной продукции машиностроения, к которой относятся и детали с зубчатым профилем, предусматривает, с одной стороны, повышение универсальности оборудования и систем управления для быстрого перехода на изготовление нового варианта зубчатой детали, а с другой стороны, комплексную автоматизацию производства. Но при этом основная задача - снижение себестоимости производства зубчатых колес.
Из-за постоянно возрастающих требований к точности колес, их сроку службы и уровня шумности растут также и требования к качеству боковых поверхностей и размерной точности, а, следовательно, и к точности зуборезного инструмента.
Есть мнение, что единственно верный выбор в данном случае - это составные червячные фрезы с твердосплавными пластинами [1]. Но это не совсем так, потому что требования к точности профиля при использовании червячных фрез выше по сравнению с такими видами обработки, как сверление, точение или фрезерование. Соответственно, такой инструмент можно использовать только на черновых операциях. В настоящее время широкое применение составные фрезы получили в единичном и мелкосерийном производстве крупногабаритных и крупномодульных колес [1, 2, 3]. Рабочий диапазон составных червячных фрез пластинами ограничен черновой обработкой (класс B), однако в настоящее время наблюдаются тенденции использования такого инструмента и для получистовой обработки [1].
В то же время в средне- и крупносерийном производстве зубчатых колес используют червячные фрезы из быстрорежущей стали и твердых сплавов. Стоит отметить, что современные монолитные червячные фрезы раскрывают весь свой потенциал при использовании в массовом производстве, например, в автомобилестроении [4]. Основное преимущество монолитных червячных фрез - высокая точность инструмента, что прямым образом сказывается на качестве продукции, так как монолитные фрезы лишены погрешностей, возникающих при сборке составных и сборных фрез, соответственно профиль зубчатого колеса вырезается с высокой точностью по всей длине режущей кромки. Таким образом, монолитные червячные фрезы можно изготовить с классом точности AAA, а они соответственно обеспечивают чистовую обработку колес при чистовой обработке 4-5 степени точности [5]. К недостаткам монолитных фрез можно отнести меньший период стойкости инструмента и меньшие режимы обработки по сравнению со сборными или составными фрезами.
Передовыми производителями и разработчикми червячных фрез являются фирмы Klingelnberg, Fette, Saazor (Германия), Iscar (Израиль), Samputensile (Италия), Deltal (Франция) [6], хотя, пожалуй, самая известная из них, это корпорация Gleason, включающая в себя компании производящие как зуборезный инструмент, так и зубообрабатывающие станки [3]. Рассмотреть всех производителей, в рамках формата одной статьи, не
представляется возможным, поэтому рассмотрим направления развития продукции лидирующих компаний на рынке. Gleason, Fette и Iscar предлагают следующую гамму зуборезного инструмента (рис. 1):
- монолитные червячные фрезы из порошковой быстрорежущей стали с упрочняющими покрытиями для черновой и чистовой обработки;
- монолитные твердосплавные фрезы;
- составные червячные фрезы с поворотными рейками;
- червячные фрезы со сменными твердосплавными пластинками;
- комбинированный режущий инструмент, сочетающий на одной оправке инструмент для выполнения нескольких задач.
а б
Рис. 1. Зубофрезерование цилиндрических зубчатых колес: а - монолитной быстрорежущей червячной фрезой; б - червячной фрезой с твердосплавными пластинками
После зубофрезерования зубчатые колеса подвергаются финишной обработке, например, шлифуются и фрезеруются фаски. Современный зуборезный инструмент вышеупомянутой компании Fette позволяет объединить зубофрезерование и снятие фасок в один процесс. Инструменты для зубофрезерования и снятия фасок крепятся рядом на одной оправке. Как только вырезается новый зуб, в действие вступают два рабочих органа CHAMFER-CUT: один снимает фаску в верхней части, а другой выполняет аналогичную операцию в нижней. В результате получается зубчатое колесо со снятыми фасками, не требующее дальнейшей обработки (рис. 2) [5].
В процессе зубофрезерования червячные фрезы испытывают значительные механические и термические нагрузки. Тенденции механической обработки без использования СОЖ ведут к еще большему увеличению термических нагрузок на инструмент при изготовлении зубчатых колес [7].
Кроме того, режущие кромки инструментов испытывают напряжения, связанные с прерывистым резанием, поэтому рассматриваемые производители предлагают использовать новое PVD-покрытие LMT Nanosphere, предназначенное для работы именно в таких условиях [5]. По данным
14
компании Fette [2, 5], покрытие Nanosphere обеспечивает увеличение срока службы инструмента на 30 % по сравнению с традиционными покрытиями, используемыми в отрасли, например, нитридом титана TiN. Применяемая технология позволяет получить многослойное наноструктурирован-ное строение покрытия. Многослойность обеспечивает превосходную теплоизоляцию и улучшенную эластичность покрытия [2].
а б
Рис. 2. Инструменты для зубофрезерования и снятия фасок: а - для прямозубых цилиндрических колес; б - для косозубых цилиндрических колес
Сегодня при производстве зубчатых колес, особенно в крупносерийном и массовом производстве, эффективность оценивается не только на основе результатов фрезерования в течение срока службы инструмента, но также с учетом всего жизненного цикла. Т.е. необходимо принимать во внимание производительность и затраты в течение срока жизни инструмента. В плане затрат явное преимущество отдать цельным фрезам нельзя, хотя их можно перетачивать и обновлять покрытие без ущерба для производительности, они имеют меньший ресурс на переточку. В случае сборных инструментов в конце срока службы инструмента все вставные режущие пластины заменяются на новые с сохранением исходного корпуса инструмента, также сборные инструменты имеют больший ресурс на переточку. При этом инструмент со сменными режущими пластинами может развивать большую скорость резания по сравнению с монолитным инструментом.
Что касается тенденций развития зубообработки, то они в целом придерживаются мировых тенденций развития станкостроения. Повышение производительности зубофрезерования обеспечивается за счет высоко-
скоростной обработки при сухом резании. И здесь стоит отметить вышеупомянутую компанию О1еаБ0п [3]. Основным направление развития является модульный принцип, позволяющий создавать компоновки с базовыми элементами для станков различного направления. Наибольшее распространение среди зубообрабатывающего оборудования получили зубофре-зерные станки с ЧПУ. С каждым годом увеличивается скорость вращения инструмента и заготовок, приводы становятся компактнее и мощнее. На рынке появились комбинированные станки, сочетающие в себе обработку червячными фрезами и токарно-сверлильные операции или обработку червячными фрезами и шлифование профильным кругом, выполняющие смену инструмента в автоматическом режиме (рис. 3).
а б
Рис. 3. Импортные зубофрезерные станки: а - комбинированный станок с ЧПУ сочетающий зубофрезерование и токарную обработку; б - комбинированный станок с ЧПУ сочетающий зубофрезерование и зубошлифование
Расширение объемов выпуска однотипной, но многовариантной продукции машиностроения, к которой относятся и детали с зубчатым профилем, предусматривает, с одной стороны, повышение универсальности оборудования и систем управления для быстрого перехода на изготовление нового варианта зубчатой детали, а с другой стороны, комплексную автоматизацию производства. В настоящее время это связано с применением технологического оборудования с ЧПУ и ЭВМ на различных уровнях управления.
Одной из важнейших тенденций развития является повышение эффективности нарезания зубчатых колес, за счет комплексного усовершенствования, как самих червячных фрез, так и зуборезных станков. Передовые разработки крупнейших зарубежных производителей зуборезного ин-
16
струмента направлены на внедрение комбинированного инструмента с многослойным упрочняющим покрытием, при обработке без использования СОЖ на модульном оборудовании с ЧПУ.
Список литературы
1. Заякин С. Зубообрабатывающие технологии // МирПром [Электронный ресурс]. URL: http://mirprom.ru/public/zuboobrabatyvayushchie-tehnologii.html (дата обращения 25.06.2018).
2. News from Fette Compacting // Fette Compacting [Электронный ресурс]. URL: https://www.fette-compacting.com/en/news/ (дата обращения 25.06.2018).
3. Мировой лидер производства зубчатых колес // Gleason [Электронный ресурс]. URL: http://www.gleason.com/cms/ru/ (дата обращения 25.06.2018).
4. Overview // Fette Compacting [Электронный ресурс]. URL: https://www.fette-compacting.com/en/products/overview/ (дата обращения 25.06.2018).
5. Lmt Tool. Прецизионный инструмент // Компания "ИНТЕРТУЛМАШ" [Электронный ресурс]. URL: https://www.itmash.ru/ftpgetfile.php?id=296&module=files (дата обращения 25.06.2018).
6. The LMT Group. Efficiency through Innovation // Lmt Group [Электронный ресурс]. URL: http : //www .lmt- group. de/en/ (дата обращения 25.06.2018).
7. Феофилов Н.Д., Янов Е.С. Влияние силы резания на прочность и стойкость инструмента // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ, 2015. Вып. 10. С. 92-99.
Янов Евгений Сергеевич, канд. техн. наук, ведущий специалист отдела техпе-ревооружения и технологического аудита, dexaik@,mail.ru, Россия, Тула, АО ««НПО ««Сплав»
Полев Максим Владиславович, заместитель генерального директора, info@,itm-info.ru, Россия, Москва, ООО ИТМГрупп К,
Анцев Александр Витальевич, канд. техн. наук, доцент, a.antsev@yandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
DEVELOPMENT TRENDS OF WORM MILL CUTTING ABROAD E.S. Yanov, M. V. Polev, A. V. Antsev
The questions connected with the peculiarities of development of gear processing in European countries are considered. The analysis of the output of the largest companies as Gleason and Fette, as well as the trends of their development is carried out. A brief comparative analysis of monolithic and composite mills is given.
Key words: monolithic worm mill, compound worm mill, machine, trend, construction, gearing, gear milling.
Yanov Evgeny Sergeevich, candidate of technical science, leading specialist of technical re-equipment and technological audit department, dexaik@,mail. ru, Russia, Tula, JSC "NPO "SPLAV",
Polev Maxim Vladislavovich, vice director, info@,itm-info. ru, Russia, Moscow, ITM Group K LLC,
Antsev Alexander Vitalyievich, candidate of technical science, docent, a. antsev@yandex. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.9.048
АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ПЕРЕМЕННОСТИ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ОБРАБАТЫВАЕМОГО МАТЕРИАЛА НА ФОРМУ И РАЗМЕРЫ ЛУНКИ ПРИ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОЙ ОБРАБОТКЕ
Т.З. Нгуен, В.М. Волгин
В даной работе исследовано влияние теплофизических свойств обрабатываемых материалов и долей общего расхода энергии на геометрические характеристики эрозионных лунок. Проведено математическое моделирование формирования эрозионных лунок в процессе электроэрозионной обработки (ЭЭО) с изменением теплофизических свойств обрабатываемых материалов и долей общего расхода энергии. Полученные результаты позволяют прогнозировать производительность обработки и шероховатость поверхности после ЭЭО. Проведено сравнение полученных результатов с известными работами и экспериментальными данными.
Ключевые слова: тепловая задача, моделирование эрозионной обработки, эрозионная лунка, канал разряда, доля энергии импульса.
Электроэрозионная обработка основана на удаление металла с электродов под воздействием электрических разрядов в результате электрической эрозии. Под воздействием высоких температур в зоне электрического разряда происходят нагрев, расплавление, и частичное испарение металла. Информация о распределении тепловых полей в объеме заготовки позволяет найти количество материала, удаленного с электрода и форму и размеры лунки.
