Способ изготовления полых зубчатых деталей внутреннего зацепления

 

Изобретение относится к способам для обработки металлов, а именно к способам изготовления зубчатых колес внутреннего зацепления, профиль которых выполнен по сложным кривым, имеющим выпуклые и вогнутые участки, например, изготовление профилей внутреннего цевочного зацепления. Изготовление зубчатых широковенцовых колес внутреннего зацепления заключается в обработке на исходной заготовке посадочных поверхностей и окончательной обработке зубчатого профиля, например, методом пластической деформации, базируя заготовку на посадочные поверхности, на первом этапе производят обработку зубчатого профиля ротационным деформированием на цельной оправке с калиброванным профилем в несколько проходов, количество которых определяют из зависимости где ₁ - величина абсолютного удлинения в зоне обжатия; d₁ - диаметр заготовки до обжатия; q₁ - степень обжатия на первом проходе; Z - коэффициент, учитывающий свойства деформируемого материала (Z = 0,6- 1,25 мм). Затем формируют посадочные поверхности, базируя заготовку на зубчатый контур. Это позволит повысить производительность обработки зубчатых колес, снизить трудоемкость их изготовления, повысить точность изготовления. 4 ил.

Изобретение относится к способам для обработки металлов, а именно к способам изготовления зубчатых колес внутреннего зацепления, профиль которых выполнен по сложным кривым, имеющим выпуклые и вогнутые участки, например, изготовление профилей внутреннего цевочного зацепления.

Известен способ изготовления профилей внутреннего цевочного зацепления, включающий предварительную подготовку заготовки под окончательную обработку, окончательную обработку посадочного отверстия и торцев, нарезание профилей зубьев на зубодолбежном станке с помощью специально спрофилированного долбяка и последующую шлифовку зубьев (1).

Недостатком указанного способа является то, что профиль инструмента выполняется по сложным кривым, отличающимся от нарезаемого профиля, которые не могут быть воспроизведены с высокой точностью. Шлифовка рассматриваемых профилей зубьев может быть выполнена методом копирования, поэтому профиль абразивного инструмента повторяет профиль зуба. При обработке широковенцовых зубчатых колес эта низкая производительность технологического процесса обработки, при низкой стойкости инструмента. Неизбежно полученная погрешность изготовления зубьев снижает нагрузочную способность зацепления.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ накатки зубчатых колес, заключающийся в предварительной подготовке исходной заготовки под окончательную обработку, окончательную обработку посадочных (базовых) поверхностей ее и последующую зубчатого профиля пластическим деформированием (2).

К недостаткам метода относится сложность его реализации при обработке зубчатого профиля внутреннего зацепления. Кроме того, профиль накатанного зуба по всем размерам получается с точностью по всему квалитету с параметрами шероховатости поверхности Rz 6,3 0,8 мкм. В случае необходимости получения профиля зубьев более высокой степени точности предусматривают последующее шлифование или шевингование.

Предлагается способ изготовления зубчатых широковенцовых колес внутреннего зацепления, заключающийся в обработке на исходной заготовке посадочных поверхностей и окончательную обработку зубчатого профиля, например, методом пластической деформации, базируя заготовку на посадочные поверхности, в котором на первом этапе производят обработку профиля ротационным деформированием на цельной оправке с калиброванным профилем в несколько проходов, количество которых определяют из зависимости где ₁ величина абсолютного удлинения в зоне обжатия; d₁ диаметр заготовки до обжатия; q₁ cтепень обжатия на первом проходе; Z коэффициент, учитывающий свойства деформируемого материала (Z 0, Z 0,6- 1,25 мм) причем, зубчатый контур которого в поперечном сечении идентичен зубчатому контуру в нормальном поперечном сечении нарезаемого колеса с учетом коррекции действительных размеров, исходя из переменных условий обжатия заготовки по контуру с последующей релаксационной обработкой, а затем формируют посадочные поверхности, базируя заготовку на зубчатый контур. Это позволит повысить производительность обработки зубчатых колес, снизить трудоемкость их изготовления, повысить точность изготовления.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена заготовка предварительно обработанной под ротационное деформирование, на фиг. 2 ротационное деформирование заготовки на оправке, на фиг. 3 заготовка с окончательно обработанным зубчатым контуром под окончательную обработку посадочных поверхностей, на фиг. 4 готовая деталь.

Заявляемый способ изготовления зубчатых колес внутреннего зацепления заключается в том, что предварительно готовят заготовку в виде втулки 1 в зависимости от расположения зубчатого контура с гладким или ступенчатым отверстием 2 несколько большим диаметра впадин зубьев профиля. Затем проводят профилирование зубчатого контура методом ротационного деформирования окончательно на цельной оправке 3 с калиброванным профилем 4, зубчатый контур в поперечном сечении которой идентичен зубчатому контуру 5 в нормальном поперечном сечении нарезаемого колеса с учетом коррекции действительных размеров исходя из переменных условий обжатия заготовки по контуру. На каждом участке, в связи с тем, что деформирование металла осуществляется на различную величину, создаются разные напряжения, которые вызывают соответствующие этим напряжениям различные величины упругого восстановления сдеформированной поверхности. Эти величины учитываются при назначении профиля 4 оправки. При этом зубчатый профиль 5 на заготовке получен окончательно и не нуждается в дополнительной обработке. Затем обрабатывают посадочные поверхности 6 и 7 на сбазированной по зубчатому контуру 5 детали, предварительно производя ее релаксацию, постепенно изменяя напряжения, образованные в процессе деформирования заготовки.

Для обеспечения высокой точности размеров заготовки по 6-7 квалитету и чистоты поверхности Ra 0,32.0,63 мкм необходимо выполнение условия: (1)
где ₁ величина абсолютного удлинения в зоне обжатия;
d₁ диаметр заготовки до обжатия;
d₂ диаметр заготовки после обжатия;
Z коэффициент, учитывающий свойства деформируемого материала Z 0, 0,6-1,25 мм).

₁ и Z определены исходя из принципа достижения минимума сопротивления деформации на основе исследования кривых упрочнения-разупрочнения постpоенных с помощью испытаний на кулачковом пластомере.

Обжатие полых заготовок с внутренним подпором (т.е. на оправке) проводят за несколько проходов в зависимости от глубины получаемого внутреннего профиля. С увеличением количества проходов степень обжатия при последующем проходе следует уменьшить на 12-15% из-за упрочнения металла заготовки, которую он получает за предыдущие переходы (3).

При выборе числа проходов исходят из суммарной степени обжатия, определяемого зависимостью
(2)
где q_i степень одного обжатия,
n число обжатий.

Исходя из вышеуказанных рекомендаций зависимость обжатия для каждого проходa выразится формулами геометрической прогрессии
(3)
где а 0,85.

В свою очередь, из уравнения (1) получим
(4)
Подставив (4) в уравнение (2), получим
(5)
Приравняв правые части уравнения (3) и (5), получим зависимость
(6)
а степень обжатия на первом проходе определяется по формуле
(7)
где диаметр заготовки после первого обжатия.

Из выражения (6) с учетом зависимости (7) общее число обжатий определится зависимостью
(8)
Для анализа эксплуатационных характеристик были изготовлены из стали 45 двадцать цельнометаллических колес с цевочным профилем внутреннего зацепления со следующими параметрами:
диаметр впадин Dвн 110 мм;
диаметр выступов Dвыс 100 мм;
радиус зубьев R 15 мм;
ширина венца b 90 мм;
количество зубьев z 18.

Десять колес было изготовлено по действующей технологии. Вначале была механически обработана заготовка в виде втулки. После чего на полученной заготовке обработали посадочные (базовые) поверхности, а затем зубодолблением получили зубчатый контур.

При этом суммарное время выполнения технологического процесса для одного колеса составило Т 5,2 часа со следующими параметрами обработанного зубчатого контура:
точность по 7 квалитету;
шероховатость поверхности Ra 1,6.3,2 мкм;
твердость рабочей поверхности зубьев 140.160 НВ.

При изготовлении других десяти колес использовалась предлагаемая технология. Вначале была механически обработана заготовка в виде втулки. Полученную заготовку обработали ротационным деформированием на радиально-обжимной машине модели SNK 17. Затем заготовка подверглась релаксационной обработки для снятия внутренних напряжений. После чего обрабатывались посадочные поверхности на заготовке, которая базировалась при этом на зубчатый контур. Суммарное время выполнения технологического процесса составило Т 3,1 часа со следующими параметрами обработанного зубчатого контура:
точность по 6 квалитету;
шероховатость поверхности Ra 0,32.0,63 мкм;
твердость рабочей поверхности зубьев 180.205 НВ.

Благоприятное расположение волокон после ротационного деформирования повышает механические характеристики зубьев колес. Кроме того, поверхность зуба упрочняется, вследствие чего, повышается износоустойчивость зубьев на 30-40% по отношению к зубьям обработанным резанием. К числу достоинств также относится и снижение трудоемкости изготовления колес при повышении точности зубчатого профиля.

Формула изобретения

Способ изготовления полых зубчатых деталей внутреннего зацепления с использованием базирующей зубчатой оправки методом пластического деформирования металла накатными инструментами, отличающийся тем, что обработку осуществляют за несколько проходов, причем вначале устанавливают степень обжатия заготовки накатными инструментами, затем определяют количество проходов исходя из зависимости

где ₁ величина абсолютного удлинения в зоне обжатия;
d₁ диаметр заготовки до обжатия;
q₁ степень обжатия на первом проходе;
Z коэффициент, учитывающий свойства деформируемого материала (Z 0,6-1,25 мм),
а посадочные поверхности обрабатываемой детали формируют с центрированием по зубчатому венцу.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4