Шлифование зубчатых колес тарельчатыми кругами из СТМ Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

III ТЕХНОЛОГИ ОТРИМАННЯ ТА ОБРОБКИ КОНСТРУКЦ1ЙНИХ МАТЕР1АЛ1В

УДК 621.923

C. В. Рябченко

Институт сверхтвердых материалов им. В.Н. Бакуля НАН Украины

ШЛИФОВАНИЕ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС ТАРЕЛЬЧАТЫМИ

КРУГАМИ ИЗ СТМ

Рассматриваются вопросы повышения эффективности шлифования высокоточных зубчатых колес 3-4-й степени точности, основанной на использовании инструмента из сверхтвердых материалов. Исследована работоспособность тарельчатых шлифовальных кругов из кубического нитрида бора на различных связках и даны рекомендации по их применению при зубошлифовании.

Зубошлифование является основным методом финишной обработки закаленных зубчатых колес устраняющей деформации, возникшие при химико-термической обработке. Обработка обеспечивает 3-6-ю степень точности зубчатых колес и шероховатость поверхности Яа = 0,20-1,20 мкм [3]. Шлифование прецизионных и высокоточных зубчатых колес с внешними прямыми и косыми зубьями производится по методу обката на зубошлифовальных станках, работающих двумя абразивными кругами. Шлифовальные круги могут занимать различные положения относительно обрабатываемого колеса: параллельно между собой и под различными углами, как правило, 0°, 15° или 20° [7]. Зубошлифование двумя тарельчатыми кругами позволяет получать зубчатые колеса 4-5-й степени точности с шероховатостью поверхности Яа = 1,00,3 мкм [4].

Существенными недостатками шлифования тарельчатыми кругами является низкая производительность и высокая стоимость технологической оснастки. Повышение производительности зубошлифования при сохранении достаточно высокой точности - основной путь совершенствования этого метода. В связи с этим были созданы круги для зубошлифования из сверхтвердых материалов [1, 2, 5, 6, 8].

Проводились [2] сравнительные испытания тарельчатых кругов из белого электрокорунда и кругов из кубического нитрида бора (КНБ) со стеклопокрыти-ем. Испытания показали увеличение производительности обработки при шлифовании кругами из КНБ в 1,5 раза. Однако шероховатость зубчатых колес заметно возросла и составила Яа = 0,63-1,20 мкм.

Исследования ВНИИАШ [8] показали целесообразность применения при зубошлифовании высокоточных колес и делительных дисков эльборовых кругов диа-

метром 225 и 275 мм на органических связках. Применение эльборовых кругов обеспечивает получение колес 3-4-й степеней точности и шероховатость поверхности Яа = 0,1-0,25 мкм. В работе [1] приведены данные о шлифовании зубчатых колес тарельчатыми кругами из эльбора на органических и керамических связках. Применение эльборовых кругов при зубошлифовании позволило повысить производительность труда на 40 %.

Однако заметного повышения производительности и качества шлифования зубчатых колес проведенными исследованиями не удалось достигнуть.

Целью наших исследований было изучение работоспособности и износа тарельчатых кругов из сверхтвердых материалов и разработка на их основе технологии финишного шлифования зубчатых колес.

Методика исследования работоспособности и износа тарельчатых кругов

Исследование осуществляли на специальном стенде, созданном на базе зубошлифовального станка модели 5891. Станок был модернизирован для шлифования зубчатых колес с охлаждением и правкой кругов электроэрозионным методом. Зубошлифовальный станок настраивали на нулевой метод шлифования зубчатых колес. Исследовали работоспособность тарельчатых кругов из КНБ 12А2 - 20° 225х3х3х40-КР 125/ 100-100 на органической (В2-07 и В2-08), керамической (С10) и металлической (М2-09) связках при шлифовании зубчатых колес из стали ХВГ (59-61 НЯС) модулем т = 6 мм, числом зубьев г = 21 зуб, шириной венца В = 20 мм. Их работоспособность сравнивали с кругами из белого электрокорунда марки 24А 16СМ2 6К5, наиболее используемыми в промышленности при шлифовании высокоточных зубчатых колес из желе-

© C. В. Рябченко, 2007 74

зоуглеродистых сплавов. Скорость шлифовального круга - vк = 27 м/с, глубина шлифования - t = 0,010,1 мм, время обката на одном зубе - т = 3-12 с.

Работоспособность тарельчатых кругов из КНБ при зубошлифовании оценивали следующими показателями: мощностью шлифования (N^), шероховатостью обработанной поверхности (Ra), точностью эвольвен-тного профиля зуба (fr), величиной съема обрабатываемого материала и износом круга. Мощность шлифования измеряли с точностью до 1 Вт, как разницу между общей активной мощностью, потребляемой двигателем и мощностью холостого хода двигателя во время прямого хода каретки станка с изделием. Шероховатость поверхности по параметру Ra определяли вдоль эвольвенты зуба без съема зубчатого колеса с каретки станка малогабаритным профилографом «Сур-троник-ЗР» с точностью 0,01 мкм. Точность эвольвен-тного профиля обрабатываемого колеса контролировали на эвольвентомере фирмы «Zeiss».

Износ тарельчатого круга оценивали по изменению профиля слепка, оставленного на тонкой металлической пластине режущей частью вращающегося круга. Пластину зажимали в струбцине и при необходимости снятия слепка подавали на круг, который, врезаясь, оставлял отпечаток режущей кромки. Износ круга определяли двумя параметрами: износом по торцу - h и по диаметру - l.

Определение работоспособности и износа тарельчатых кругов

Исследования работоспособности тарельчатых кругов из КНБ при зубошлифовании на керамических, металлических и органических связках производили при интенсивном охлаждении зоны шлифования. Предварительные испытания показали, что при работе без охлаждения на поверхности зубчатого колеса образуются «прижоги», а шлифовальные круги быстро теряют режущую способность. Анализ результатов показал, что мощность шлифования кругами из КНБ на керамической связке на 30-40 % выше по сравнению со шлифованием кругами из КНБ на органических связках. При прямом и обратном ходе каретки станка мощность шлифования практически не зависит от времени обката зубчатого колеса, хотя небольшой рост мощности заметен при уменьшении времени обката. Шлифование зубчатых колес кругами из КНБ на керамической связке обеспечивало высокую точность ff= = 4-5 мкм) эвольвентного профиля зуба по сравнению с исходным профилем (f = 8-14 мкм).

Исследование работоспособности тарельчатых кругов из КНБ на металлической связке (12А2-20° 225х3х3х40-КР 125/100-М2-09-100) производили с использованием правки круга электроэрозионным методом. Установлено, что мощность шлифования кругами из КНБ на металлической связке при прямом и обратном ходе каретки станка на 15-20 % выше по сравнению со шлифованием кругами из КНБ на орга-

нических связках. Шероховатость поверхности зубчатого колеса при всех исследуемых режимах соответствовала Яа = 0,7-0,75 мкм, при этом ее большее значение определялось меньшим значением времени обката ( = 3 с). Глубина резания на шероховатость не оказывала существенного влияния.

Шлифование зубчатых колес кругами из КНБ на металлической связке обеспечивает высокую точность эвольвентного профиля зуба / = 5-6 мкм) по сравнению с исходным профилем / = 11-12 мкм). Для получения высокой точности эвольвентного профиля необходимо проведение 2-3 чистовых проходов с последующим выхаживанием. Шлифование зубчатых колес кругами из КНБ на металлических связках обеспечивает разность соседних шагов зубчатого колеса равным 2-4 мкм, что является показателем высокой точности обработки.

Изучался износ кругов и его влияние на погрешности эвольвентного профиля зубчатого колеса при черновом зубошлифовании с глубиной t = 0,05 мм. и чистовом зубошлифовании с глубиной t = 0,02 мм. Перед проведением экспериментов шлифовальный круг правили. Зависимость погрешности эвольвенты от числа обработанных зубьев за 16 проходов шлифования приведена на рис. 1. Изменение мощности шлифования приведено на рис. 2. Зависимость износа круга (износ по торцу к и диаметру круга I) от количества обработанных зубьев представлена на рис. 3. и рис. 4 соответственно.

Установлено, что после ускоренного износа круга в течение первого прохода его величина в дальнейшем стабилизируется. Это характерно как для чернового, так и чистового зубошлифования. В то же время характер изменения погрешности профиля и мощности шлифования говорит о том, что правка круга на чистовых режимах не требуется.

Анализ проведенных экспериментов показал, что лимитирующим параметром точности обработки зубчатого колеса является размерный износ тарельчатого

Рис. 1. Зависимость погрешности профиля от количества проходов: (а - при t = 0,05 мм, б - при t = 0,02 мм)

ISSN 1607-6885 Hoei Mamepianu i технологи в металургп та машинобудувант №2, 2007

75

Рис. 2. Зависимость мощности шлифования N от количества проходов: (а - при г = 0,05 мм, б - при г = 0,02 мм)

Рис. 3. Зависимость износа круга по торцу (И) от количества проходов: (а - при г = 0,05 мм, б - при г = 0,02 мм)

Рис. 4. Зависимость износа круга по диаметру (1) от количества проходов: (а - при г = 0,05 мм, б - при г = 0,02 мм)

круга, который практически пропорционален количеству обработанных зубьев без правки. Величина износа определяет точность обрабатываемого зубчатого

колеса. Изменение износа показывает, что после ускоренного периода приработки круга в течение первого прохода величина его в дальнейшем стабилизируется. В течение всей обработки мощность резания практически остается на одном уровне. Не изменяется и фактический съем материала, находясь в пределах 0,61-0,50. Это обстоятельство говорит о том, что в процессе шлифования зубчатых колес тарельчатый круг из КНБ работает в режиме самозатачивания. Изменяются только геометрические параметры шлифовального круга за счет его износа. На режущей кромке круга образуется площадка износа, размеры которой определяются износом по торцу круга (h) и износом по диаметру круга (/).

Выводы

В результате проведенных исследований по анализу износа тарельчатого круга по торцу установлено, что для сокращения периода приработки кругов при зубошлифовании на режущей кромке необходимо предварительно формировать площадку с размером h = 0,03-0,05 мм, соответствующую величине прира-боточного износа. Такая площадка на режущей поверхности круга формируется соответствующей правкой круга под углом 5°-7° или обеспечивается конструкцией круга.

Для осуществления процесса шлифования зубчатых колес нами разработаны тарельчатые шлифовальные круги на металлических связках формы 12V9, техническая документация и оснастка для их изготовления. Шлифовальные круги могут изготовляться двух типоразмеров диаметрами 225 мм и 275 мм. Алмазоносный слой круга выполнен под углом 5°, что позволяет предотвратить «затирание» эвольвентной поверхности зуба при шлифовании зубчатого колеса и сократить период приработки круга.

Перечень ссылок

1. Бойм Н.Г. Применение инструмента из сверхтвердых материалов в станкостроении: Обзор.- М.: НИИМаш, 1979. - 92 с.

2. Высокопроизводительное зубошлифование кругами из кубического нитрида бора / Л.Л. Мишнаевский, А.А. Сагарда, В.М. Емельянов и др. // Синтетические алмазы. - 1970. - №5. - С. 40-42.

3. Гинзбург Е.Г., Халебский Н.Т. Производство зубчатых колес. - Л.: Машиностроение, 1978. - 136 с.

4. Гулида Э.Н. Технология отделочных операций зубооб-работки цилиндрических колес. - Львов, Издательское объединение «Вища школа», 1977. - 168 с.

5. Мишнаевский Л.Л. Износ шлифовальных кругов. -Киев: Наукова думка, 1982. - 192 с.

6. Рябченко С.В. Разработка технологи шлифования зуб-ча тих колес тарельчатыми кругами из СТМ. С. 161-168 // Сучасш процеси мехашчно'1 обробки шструментами з НТМ та яюсть поверхш деталей машин: 3б. наук. праць (Серiя Г «Процеси мехашчно'1 обробки, верстати та шструменти»)/НАН Украши. 1НМ iм. В.М. Бакуля. -Ки'1'в, 2006. - 240 с.

ТЕХНОЛОГИ ОТРИМАННЯ ТА ОБРОБКИ КОНСТРУКЦ1ЙНИХ МАТЕР1АЛ1В

7. Сильвестров Б. Н. Зубошлифовальные работы. - М.: 8. Эльбор в машиностроении / Под. ред. В.С. Лысанова -

Высшая школа. 1985. - 272 с. Л. Машиностроение. 1978.- 280 С.

Одержано 14.06.2007

Розгммдаmтbсм numannx nideu^enn^ e$eKmuenocmi wMirf/yeannx eucoKomonnux 3y6nacmux Konic 3-4^o cmynenx monnocmi, w,o гpyнmyembcм na euKopucmanni incmpyMenma 3 nadmeepduxMamepicwie. flocnidweno npa^3damnicmb mapinnacmux wnirf/yeanbnux кpyгie 3 кy6iцнoгo nimpudy 6opy napisnux se '%3Kax i dani peKoMenda^i 3 ix ^acmocyeannx npu зy6owm$yeaннi.

The problems of grinding efficiency increasing of highly precision gearwheels of the 3-4 degree ofprecision using superhard material tools are discussed. The efficiency of cubic boron nitride grinding dish wheels in various bonds has been studied. The cubic boron nitride wheels in gear grinding usage recommendations are given.

УДК 669.721.5

Канд. тех. наук В. А. Шаломеев1, д-р техн. наук Э. И. Цивирко1,

Н. А. Лысенко2, В. В. Клочихин2

1 Национальный технический университет, 2ОАО «Мотор Сич»,

г. Запорожье

КАЧЕСТВО ОТЛИВОК ИЗ СПЛАВА МЛ-5, МОДИФИЦИРОВАННОГО СКАНДИЕМ

Показано модифицирующее влияние скандия на формирование фазового состава магниевого сплава Мл-5. Рассмотрены вопросы выбора оптимального содержания скандия в сплаве, обеспечивающий высокий комплекс свойств литых изделий.

Введение

Развитие и совершенствование авиационных двигателей идет не только по пути повышения их энергетических характеристик, совершенствования габаритно-массовых показателей, но и по пути увеличения их надежности и ресурса, которые, в свою очередь, определяются надежностью и долговечностью работы отдельных деталей.

Одним из путей решения данной проблемы для авиационного двигателестроения является применение легких сплавов с различными добавками элементов группы РЗМ, в частности скандия.[1] В настоящее время достаточно хорошо исследовано поведение скандия в алюминиевых сплавах [2], изучено его положительное влияние на свойства сплавов за счет формирования мелкодисперсной структуры отливок с дисперсными включениями интерметаллидов [3].

Учитывая, что магниевый сплав Мл-5 содержит 7,59 % алюминия, достаточно вероятно идентичное влияние скандия на его структурообразование и механические свойства, как и в алюминиевых сплавах. Однако данный вопрос требует дополнительного изучения.

Поэтому целью данной работы было изучить влияние скандия на структуру и свойства магниевого сплава Мл-5.

Методика проведения иследований

Магниевый сплав Мл-5 выплавляли в индукционной тигельной печи типа ИПМ-500 по серийной технологии. Рафинирование расплава проводили в раздаточной печи, из которой порционно отбирали ковшом расплав, в него вводили возрастающие присадки Mg-Sc-лигатуры (14 % Бе, 86 % Mg) и заливали стандартные образцы для механических испытаний в пес-чано-глинистую форму. Термическую обработку образцов проводили по режиму Т6 (закалки от 415±5 оС, выдержка 15 ч, охлаждение на воздухе и старение при 200±5 оС , выдержка 8 ч, охлаждение на воздухе) в печах типа Бельвью и ПАП-4М.

Временное сопротивление разрыву (ств) и относительное удлинение (5) при комнатной температуре определяли на разрывной машине Р5 на образцах с рабочим диаметром 12 мм.

Длительную прочность (ст ) при различных температурах определяли на разрывной машине АИМА 5-2 на образцах с рабочим диаметром 5 мм по ГОСТ 10145-81.

Микроструктуру изучали методом световой микроскопии («№орИо1 32») на термически обработанных образцах до и после травления в реактиве, состоящем из 1 % азотной кислоты, 20 % уксусной кислоты, 19 % дистиллированной воды, 60 % этиленгликоля.

© В. А. Шаломеев, Э. И. Цивирко, Н. А. Лысенко, В. В. Клочихин, 2007

ISSN 1607-6885 Hoei мaтерiaли i технологи в металурги та машинобудувант №2, 2007

77