CC BY
4
ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКОЙ И ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
УДК 621.941.01
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-5-559-560
УЛУЧШЕННАЯ КОНСТРУКЦИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ ЗАГОТОВКИ
ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИИ ПРОЦЕССА ШЕВИНГОВАНИЯ-ПРИКАТЫВАНИЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС
Ю.В. Ковалев
В статье рассмотрены основные вопросы, связанные с практической реализации экспериментального исследования, направленного на моделирование процесса шевингования - прикатывания цилиндрических зубчатых колес, в процессе точения специальным комбинированным режуще-деформирующим резцом цилиндрической заготовки. Существенное внимание уделено вопросам проектирования улучшенной конструкции заготовки, позволяющей за один установ промоделировать процесс зубообработки достаточно большой партии зубчатых колес. Обоснована необходимость разделения заготовки на рабочие участки определенной длины в разрезе ее последовательной обработки по аналогии с процессом точения.
Ключевые слова: шевингование-прикатывание, цилиндрические зубчатые колеса, процесс, заготовка, эксперимент.
В Тульском государственном университете, на протяжении продолжительного времени, изучается высокопроизводительный малоотходный процесс комбинированной (режуще-деформирующей) чистовой зубообработки цилиндрических зубчатых колес (ЦЗК). В многочисленных работах ученых Тул-ГУ, в частности [1 - 3], отмечается высокая эффективность процесса, названного «Шевингование - при-катывание» для зубообработки незакаленных венцов ЦЗК при обеспечении их стабильно высоких точностных и качественных параметров.
Продолжение экспериментальных работ, направленных на углубленное изучение рассматриваемого процесса подразумевает обработку большого объема ЦЗК с использованием специализированного технологического оборудования, что в условиях современных реалий, является весьма затруднительным. Поэтому, коллективом ученых кафедры «Технология машиностроения» ТулГУ была предложена концепция физического моделирование процесса шевингования-прикатывания ЦЗК в процессе точения [4] и разработана методика проектирования и изготовления специального режуще-деформирующего инструмента [5], позволяющие, с высокой степенью точности, изучить ход протекания процесса комбинированной чистовой зубообработки и механизм износа зубьев инструмента, задействованного в нем.
Процесс моделирования осуществляется в лабораторных условиях кафедры «Технология машиностроения» ТулГУ. Экспериментальные исследования выполняются на базе токарного станка с ЧПУ TOP TURN CNC-S16C (рис. 1 и 2), обладающего высокой точностью, достаточной жесткостью и необходимым набором технологических возможностей.
В ходе эксперимента комбинированной (режуще-деформирующей) обработке подвергается цилиндрическая заготовка, выполняемая из стали 20Х ГОСТ 4543-2016, габаритные размеры которой рассчитывались [6] исходя из условий соблюдения необходимой жесткости. Заготовка имеет диаметр -0заг=40 мм и длину £заг=390 мм, что обеспечивает соотношение £заг/^заг<10. Такое соотношение, при установке заготовки в трехкулачковом самоцентрирующем патроне с поджимом задним вращающимся центром позволяет добиться высокой точности и качества обработки при достаточной жесткости технологической системы.
Конструкция заготовки показана на эскизе (рис. 3). Заготовка имеет в своем составе тридцать рабочих участков I...XXX, длиною по 5 мм каждый. Участки разделены канавками, шириной Ьк=5 мм, предназначенными для выхода специального режуще-деформирующего инструмента. К рабочим участкам заготовки, как к участку зажима в трехкулачковый патрон (длиною 65 мм) предъявляются достаточ-
но высокие требования, как по точности изготовления - восьмой квалитет, так и по шероховатости -Яа=1,6 мкм. Радиальное биение цилиндрических поверхностей заготовки не должно превышать 0,04 мм, допуск параллельности линий, образующих цилиндр - 0,04 мм.
Рис. 1. Общий вид экспериментальной установки на базе токарного станка с ЧПУ TOP TURN CNC-S16C
Рис. 2. Фотография зоны обработки заготовки токарном станке с ЧПУ TOP TURN CNC-S16C
Длина рабочих участков Lp.y. заготовки выбирается такой, чтобы обеспечить достаточно показательные результаты исследования динамики износа инструмента. Естественно, минимальная длина рабочего участка Lр.у. min позволяет более точно установить характеристики процесса износа Из, как функции от числа обработанных ЦЗК пцзк: Иэ=Дпцзк). Однако Lр.у. min ограничивается, в свою очередь, минимальными габаритными размерами рабочих органов контрольно-измерительного инструмента, а также минимальными длинами измеряемых профилометрами участков цилиндрических поверхностей. Исходя из этих соображений принято Lw. min=5 мм.
Максимальная длина рабочего участка Lр.у. max позволяет более рационально использовать длину заготовки Lsar, так как при этом, сокращается количество канавок для выхода инструмента, а совокупный путь резания L^ становится наибольшим. Помимо очевидной выгоды, такой подход к назначению длины Lр.у., близкой к Lр.у. max несет в себе существенный недостаток: характеристики процесса износа инструмента будут установлены неточно, а границы участков [3, 7], характерных для преобладания воздействий различной физической природы (резания и поверхностного пластического деформирования) в процессе шевингования-прикатывания ЦЗК будут размыты.
Технология и оборудование механической и физико-технической обработки
В связи с тем, что ширина канавок Ьк - величина достаточно жестко заданная и она не может быть варьируемой в сколько-нибудь значимых пределах, то длину рабочего участка £р.у., для нашего случая, целесообразно принять равной 5 мм. Длина пути резания для каждого рабочего участка, при этом, ^рез р.у. будет определяться по известной зависимости:
где So - подача на оборот заготовки.
L
'рез р.у.
L -ж - D
^рез р.у. 11 ^заг
' so
\/ Rа 6,3 Л/7
\ центр. А5Г0СТ %03i-7i
/1 М)
R0.3*
1 * - размер одеспечиЬается инструментом.
2 Острые кромки - притупить.
3 Общие допуски по ГОСТ 30893.1-2002 - т.
Рис. 3. Конструкция экспериментальной заготовки
С учетом рассуждений, приведенных в [4], So=ДS - осевому шагу режущих кромок на зубьях шевера-прикатника. Для рассматриваемого нами примера Д>=0,194 мм.
При рассматриваемых параметров заготовки Lрез р.у. 3,237 м. Совокупный путь резания для заготовки Lрез заг., определяется по зависимости:
^ез заг. = ^ез р.у. - n, где n - количество рабочих участков на заготовке (для рассматриваемого случая n=30).
Для рассматриваемого примера - Lрез заг=97,11 м.
В статье [4] дано определение совокупного пути резания, проходимого одном зубом шевера-прикатника Lр.ц. за цикл обработки. Если рассмотреть цилиндрическое зубчатое колесо-представитель, имеющий среднестатистические параметры: m=2 мм; zi=20; х=0 [8], то для него Lр.ц=30 мм [4]. Тогда, работа специального режуще-деформирующего инструмента на одном рабочем участке заготовки будет эквивалентна обработке числа колес пцзк р.у., определяемого по следующей зависимости:
n ^ез р.у. .
ПЦЗК р.у. -—-
р.п.
Для рассматриваемого случая пцзк р.у.~108, а совокупное число эквивалентных обработанных ЦЗК для всей заготовки - пцзк заг~3240.
Таким образом, комбинированная (режуще-деформирующая) обработка группы рабочих участков, расположенных на единой цилиндрической заготовке, при движении инструмента - режуще-деформирующего резца с продольной подачей (на оборот заготовки) в прямом и обратном направлениях равной осевому шагу режущих кромок реального шевера-прикатника позволяет, при соответственно, ее прямом и обратном вращении, в достаточной степени точности, промоделировать процесс шевингова-ния-прикатывания ЦЗК и изучить явления, влияющие на ход его протекания, в процессе износа режущих зубьев комбинированного инструмента.
Список литературы
1. Борискин О.И., Валиков Е.Н., Белякова В.А. Комбинированная обработка зубьев цилиндрических зубчатых колес шевингованием - прикатыванием: монография. Тула: Изд-во ТулГУ, 2007. 123 с.
2. Валиков Е.Н., Белякова В.А. Режуще-деформирующая чистовая обработка боковых поверхностей зубьев зубчатых колес: монография. Тула: Изд-во ТулГУ, 2011. 216 с.
I— / ч
" 1
3. Маликов А.А., Сидоркин А.В., Ямников А.С. Инновационные технологии обработки зубьев цилиндрических колес: монография. Тула: Изд-во ТулГУ, 2011. 335 с.
4. Маликов А.А., Сидоркин А.В., Васин С.А., Ковалев Ю.В. Концептуальные основы физического моделирования процесса шевингования-прикатывания цилиндрических зубчатых колес // СТИН. 2022. № 2. C. 2-7.
5. Маликов А.А., Сидоркин А.В., Васин С.А., Ковалев Ю.В. Особенности проектирования инструмента для физического моделирования процесса шевингования - прикатывания цилиндрических зубчатых колес // Наукоемкие технологии в машиностроении. 2023. № 5. С. 8-14.
6. Ковалев Ю.В. Определение параметров цилиндрической заготовки для моделирования процесса шевингования-прикатывания // Известия ТулГУ. Технические науки. 2022. Вып. 8. С. 283 - 286
7. Маликов А.А., Сидоркин А.В., Ямников А.С. Резание и пластическое деформирование при шевинговании-прикатывании цилиндрических колес с круговыми зубьями // СТИН. 2012. №11. С. 17 -21.
8. Грязев М.В., Федоров Ю.Н., Артамонов В.Д. Анализ процессов зубонарезания цилиндрических зубчатых колес: монография. Тула: Изд-во ТулГУ, 2009. 384 с.
9. Металлорежущие инструменты: Учебник для вузов по специальности «Технология машиностроения», «Металлорежущие станки и инструменты»» / Г.Н. Сахаров, О.Б. Арбузов, Ю.Л. Боровой и др. М.: Машиностроение, 1989. 328 с.
10. Сухоруков Ю.Н., Евстигнеев Р.И. Инструменты для обработки зубчатых колес методом свободного обката. Киев: Техника, 1983. 120 с.
Ковалев Юрий Вячеславович, аспирант, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет
IMPROVED DESIGN OF AN EXPERIMENTAL BILLET FOR MODELING THE PROCESS OF SHAVE-ROLLING CYLINDRICAL GEARS
Y.V. Kovalev
The article deals with the main issues related to the practical implementation of an experimental study aimed at modeling the process of shave-rolling cylindrical gears in the process of turning a special combined cutting and deforming cutter cylindrical workpiece. Considerable attention is paid to the issues of designing an improved design of the workpiece, which makes it possible to simulate the process of gear processing for a sufficiently large batch of gears in one installation. The necessity of dividing the workpiece into working sections of a certain length in the context of its sequential processing by analogy with the turning process is substantiated.
Key words: shave -rolling, cylindrical gears, process, billet, experiment.
Kovalev Yury Vyacheslavovich, postgraduate, [email protected], Russia, Tula, Tula State University.
