CC BY
82
УДК 621.83
А.А. Майков (Тула, ТулГУ)
ПРОГРЕССИВНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯЗАГОТОВОК ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС С ОФОРМЛЕННЫМИ ЗУБЬЯМИ
В статье показаны способы и устройства для формообразования точных зубчатых венцов на цшяндряческях колесах методами пластического деформирования. Применяемая оснастка позволяет получать венцы до 9-й степени точности.
Статья написана в результате исследования, проведенного при финансовой поддержке гранта РФФИ № 08-08-99006 «Современная концепция создания технологических основ эффективного зубонарезаняя цилиндрических зубчатых колес».
Одним из перспективных направлений развития технологии машиностроения является использование заготовок, максимально приближенных по форме и размерам к готовой детали. Для заготовок зубчатых колес обычно используют заготовки номинаьно цилиндрической формы с необходимыми штамповочными ил литейными уклонами.
Опыт покаывает, что штампованные заотовки должны иметь точность зубчатого венца порядка 9-й степени точности. Такую точность могут обеспечить следующие способы получения заотовок [1].
Рис. 1. Схема торцовой штамповки
т903
Ф75
Ф38
Рис. 2. Поковка зубчатого колеса
В Германии используется инструмент для изготовления цилиндрических зубчатых колес методом горячей штамповки. В соответствии с этим патентом формообраование зубьев цилиндрических колес осуществляется методом торцовой штамповки в штампе, изображенном на рис. 1.
Штамп имеет пуансон, формирующий один торец изделия и матрицу, расположенную в нижней половине штампа и выполненню в виде зубчатого кольца, внутренней поверхности которого придается форма, негативная внешнему периметру будущей шеcтeрдл. Посредине зубчатой матрицы помещается цилиндрический вкладыш. Он имеет подвижную посадку в нижнем бойке штампа и под воздействием вытакивателя может подниматься до верхнего пояска зубчатой матрицы. Пуансон штампа и вкладыш снабжены коническими кольцеобраными выступами, уклон которых к центру поковки крутой, а в направлении зубчатого венца более пологий. Их назначение - оформлять торцы издели и способствовать течению метала в радиаьных направлениях. Штамп имеет разъем в полости, совпадающий с торцевой поверхностью изделия.
Штамповка осуществляется следующим обраом. Нагретая до температуры ковки заготовка укладывается в гнездо нижней половины штампа и подвергается осадке. Сначаа в тело заготовки внедряются выступы, расположенные на оси штампа, и формуется отверстие поковки. Затем по мере о пу скани пуансона в заготовку внедряются кольцевые выступы. При сближении верхней и нижней половин штампа кольцевые выступы образуют сужения на пу™ материаа, тек/щего в радиаьных направлениях, благодаря чему возрастают скорость и соответственно кинетическая энергия перемещения метала в радиаьном направлении.
Така форма поверхностей вкладышей, формирующих ступичную часть шестерни, дает возможность ускорять течение метала в направлении зубчатого венца, что обеспечивает более полное заполнение гравюры матрицы. При этом удается хорошо воспроизводить ее профиль и получать поковки с высокой точностью зубьев. Сразу же после завершения формообразования поковка с помощью выталкивателя удаляется из штампа. По имеющимся данным [1], в штампе подобной конструкции можно получить зубчатые колеса (рис. 2), не нуждающиеся в даьнейшей механической обработке зубьев.
Наиболее прогрессивным является метод получения заготовок зубчатых колес пластической деформацией при комбинировании известных ранее способов.
На рис. 3 представлена схема штампа для комбинированного выдавливания с разъемными матрицами. В раскрытом положении штампа (рис. 3,а) в нижнюю полуматрицу 4 укладывается заготовка. При движении ползуна вниз смыкаются верхня полуматрица 2 и нижняя полуматрица 4. Штамп запирается поворотом кулачков 1 (рис. 3,б). При даьнейшем ходе ползуна осуществляется деформация заготовки под воздействием пуансонов 3 и 5. Во время деформации метал течет в направлении движения пуансонов (прямое выдавливание), в направлении, противоположном движению пуансонов (обратное выдавливание), и в направлениях, перпендикулярных движению пуансонов (боковое или радиаьное истечение).
Схема комбинированного выдавливания имеет следующие основные преимущества.
1. Характее истечения (прямое, обратное и радиальное) обуславливает хорошее заполнене полости матрицы при минимаьных усилиях де-фоомации.
При таком характере истечения полностью исключаются дефекты, свойственные зубонакатыванию (пены, трещины, заусенцы, риски на профильной поверхности зубьев, незаполнение зубьев по всей длине зубчатого венца, искажение числа зубьев), которые связаны с особенносттми течения метала при накатывани и.
2. Так как штамповка производится в закрытом объеме, можно получать поковки без штамповочных уклонов и без отхода метала в облой.
3. Раъемная конструкция матицы позволяет получить конфигурацию поковок, максимаьно приближающуюся к конфигурации готовой де-таи.
4. Возможность использования универсаьного оборудования позволяет внедрить штамповку цилиндрических зубчатых колес без дополнительных капетаьных вложений при минимаьных зататах на технологическую оснастку.
/
б
Рис. 3. Схема штампа для комбинированного выдавливания с разуемными матрицами: а- установка заготовки в штамп; б - штамп в рабочем состоянии
Рассмотрение эти преимуществ наряду с возможностью увеличения срока службы колес, имеющих штампованные зубья, определили выбор метода получения заготовок цилиндрических колес - штамповкой в штампах для комбинированного выдавливания с раъемными матрицами.
Отмечая прогрессивность описанных выше способов поллчения штампованных заготовок зубчатых колес, можно констатировать, что они неприемлемы для толчения заготовок со сформированными круговыми
зубьями вследствие невозможности их выталкивания из матрицы в осевом дaпуaвлeндд. Это существенное ограничение не позволяет достичь эффективности и простоты конструкции штамповочной оснастки. При попытке реализовать возможность «раскрытия» пуесс-формы в радиальном направ-лeнид по каждому зубу оббабатываемого колеса сложность ее конструкции, трудоемкость изготовления д себестоимость возрастают многократно прд существенном снджендд надежности д ссока службы. Следовательно, способы получения штамповкой заготовок цилиндрических колес с круговыми зубьямд являются малоэффективными д практдческого распространения не получили.
В нашей стране д за рубежом на протяжении долгого времени велись раработки методов накатки зубчатых венцов [2]. Однако широкого промышленного применения онд не получили. Это связано с тем, что необходимо путем горячей пластической деформации металла получать зубья такой высокой степени точности, котора достигается обычно обработкой резанием. Одной из немаловажны проблем является отсутствие широкой номенклатуры прокатного оборудования и оснастки, обладающих высокой точностью. Для реализации рассматриваемого способа производства зубчатых колес зачастую приходится переоборудовать существующие ундверсаьные металлорежущие станки в прокатные станы, использовать имеющуюся на производстве оснастку. Это также не способствует повышению точности накатываемых колес. Полученным в таких условия заготовкам требуетст дальнейша обработка резанием: зубошлифование дли точное зубофрезерование резцовыми головками. При этом время, затрачиваемое на весь процесс производства зубчатого колеса сопоставимо с тем, которое требуется дл его получения только обработкой резанием. И основное преимущество получения предварительно сфоомированных зубьев методом пластической деформации - существенное соккащение времени производственного цикла - сводится на нет. Поэтому авторы считают принципиально важным рассматривать методики получения заготовок и чистовой обработки зубьев неотрывно друг от друга. При решении данной задачи, безусловно, требуетст нестандартный подход.
В настоощее время в ТулГУ рарабатывается методика накатывания цилиндрических колес с круговыми зубьями с последующей чистовой обработкой шевингованием-прикатыванием. Используется конструкция стана, предложенная В.С. Корсаковым [2], котора баируетст на применении доработанного горизонтально-фрезерного станка типа 6М80.
Схема процесса накатывания приведена на рис. 4. Закаленный накатник устанавливаетст на оправку, закрепенную в шпинделе станка и отверстии серьги. Нагрев заготовки осуществляется с помощью индyктoрa. Обрабатываема заготовка 1 закрепляется на валу 2, а накатник 3 - на вау
4. На концах валов насажены делительные шестерни 5 и 6, обеспечивающие передачу транспортного движения заготовке. Внедрение зубьев на-
катника в нагретую высокочастотным индуктором 7 заготовку осуществляется при поступательном движении стола стана.
Рис. 4. Стан для накатки колеса с круговыми зубьями на базегоуизонтально-фуезееного станка 6М80
Опыты по прокатке небольшой партии шестерен, проведенные в лабораторных условиях, показывают, что при невысокой точности полу-чившихсс заготовок исправляющие способности разработанного метода шевингования-прикатывания сопоставимы с результатами, полученными для прямозубых цилиндрических колес.
Попытки применения заготовок с предварительно оформленными зубьями широкого распространения не получили в основном из-за проблем, возникающих с чистовой зубообработкой. Высокопроизводительные процессы отделочной обработки зубьев обычно улучшают точность зубчатого венца на 1 - 2 степени, причем это относится к интервалу 10 - 8 степеней. Формообразование венцов в горячем состоянии заготовки позволяет получать точность на уровне 10 - 12 степеней, что требует приме нения по-лучистового зубофрезерования или долбления, а это увеличивает трудоемкость и себестоимость обработки, сводя на нет все преимущества от экономии материала заготовки.
Библиографический список
1. Коганов И.А. Прогрессивные методы изготовления цилиндрических зубчатых колес / И.А. Коганов, Ю.Н. Федоров, Е.Н. Валиков - М.: Машиностроение, 1977. - 240 с.
2. Изготовление цилиндрических зубчатых колес прокаткой / В.В. Половников [и др.]; под ред. В.С. Смирнова. - Л.: МАШГИЗ, 1961. - 186 с.
Получено 17.01.08.
