иглофрезерно-упрочняющий инструмент для обработки спироидного червяка
Классы МПК: | B24B39/04 для обработки наружных поверхностей вращения B23F13/02 цилиндрических червяков |
Автор(ы): | Степанов Юрий Сергеевич (RU), Киричек Андрей Викторович (RU), Тарапанов Александр Сергеевич (RU), Афанасьев Борис Иванович (RU), Бурнашов Михаил Анатольевич (RU), Фомин Дмитрий Сергеевич (RU), Воронков Александр Викторович (RU), Бурцев Василий Сергеевич (RU) |
Патентообладатель(и): | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Орловский государственный технический университет" (ОрелГТУ) (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2008-11-26 публикация патента:
10.04.2010 |
Изобретение относится к технологии машиностроения и может быть использовано для комбинированной чистовой обработки резанием и поверхностным пластическим деформированием спироидных червяков, образующих с сопряженным спироидным колесом спироидную передачу. Инструмент содержит диск с продольными отверстиями, на торце которого расположен кольцевой виток с рабочей внешней боковой поверхностью, имеющий профиль в форме зуба и радиальные пазы, и чередующиеся между собой режущие элементы и упрочняющие деформирующие элементы. Режущие и упрочняющие деформирующие элементы расположены на рабочей внешней боковой поверхности кольцевого витка. Режущие элементы изготовлены из проволочного ворса и выполнены в виде проволочек, жестко и радиально закрепленных в радиальных пазах витка. Упрочняющие деформирующие элементы изготовлены из проволоки, жестко и продольно закреплены в продольных отверстиях диска, расположены в радиальных пазах кольцевого витка и выполнены в форме зуба спироидного колеса, сопрягаемого со спироидным червяком при образовании спироидной передачи. Кольцевой виток выполнен с толщиной профиля зуба, обеспечивающей его свободное расположение во впадине между зубьями обрабатываемого спироидного червяка. В результате повышается твердость обработанной поверхности, улучшается качество обработки, увеличивается производительность и долговечность инструмента, упрощается его монтаж и демонтаж. 15 ил., 1 табл.
Формула изобретения
Иглофрезерно-упрочняющий инструмент для комбинированной комплексной чистовой отделочной обработки иглорезанием и поверхностным пластическим деформированием спироидных червяков, образующих с сопряженным спироидным колесом спироидную передачу, содержащий диск с продольными отверстиями, на торце которого расположен кольцевой виток с рабочей внешней боковой поверхностью, имеющий профиль в форме зуба и радиальные пазы, и чередующиеся между собой режущие элементы и упрочняющие деформирующие элементы, расположенные на рабочей внешней боковой поверхности кольцевого витка, режущие элементы изготовлены из проволочного ворса и выполнены в виде проволочек, жестко и радиально закрепленных в радиальных пазах витка, упрочняющие деформирующие элементы изготовлены из проволоки, жестко и продольно закреплены в продольных отверстиях диска, расположены в радиальных пазах кольцевого витка и выполнены в форме зуба спироидного колеса, сопрягаемого со спироидным червяком при образовании спироидной передачи, при этом средний диаметр кольцевого витка равен диаметру спироидного колеса, сопрягаемого со спироидным червяком при образовании спироидной передачи, а кольцевой виток выполнен с толщиной профиля зуба, обеспечивающей его свободное расположение во впадине между зубьями обрабатываемого спироидного червяка.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к технологии машиностроения, к зубообработке и может быть использовано для комбинированной чистовой обработки резанием и поверхностным пластическим деформированием (ППД) зубьев червяков спироидных и других передач [1].
Известен червячный шевер для чистовой отделочной обработки зубьев червячных колес, представляющий собой червяк, на вершине и боковых сторонах которого нанесено большое число узких незатылованных зубцов, а также известен шевер для чистовой отделочной обработки зубьев червяка [2]. Недостатком известного инструмента является высокая трудоемкость, сложность и дороговизна его изготовления, а также возможны погрешности формы и расположения пятна контакта, при этом инструмент не позволяет обрабатывать червяки спироидной передачи (см. ГОСТ 22850-77).
Задачей изобретения является повышение качества чистовой отделочной зубообработки червяков спироидной передачи путем одновременного использования иглофрезерования и ППД, упрощение конструкции и снижение трудоемкости изготовления инструмента, имеющего на внешней боковой поверхности витка равномерно распределенные пучки проволочного ворса и деформирующие упрочняющие элементы.
Поставленная задача решается с помощью предлагаемого иглофрезерно-упрочняющего инструмента для комбинированной комплексной чистовой отделочной обработки иглорезанием и поверхностным пластическим деформированием спироидных червяков, образующих с сопряженным спироидным колесом спироидную передачу, содержащего диск с продольными отверстиями, на торце которого расположен кольцевой виток с рабочей внешней боковой поверхностью, имеющий профиль в форме зуба и пазы, и чередующиеся между собой режущие элементы и упрочняющие деформирующие элементы, расположенные на рабочей внешней боковой поверхности кольцевого витка, режущие элементы изготовлены из проволочного ворса и выполнены в виде проволочек, жестко и радиально закрепленных в радиальных пазах витка, упрочняющие деформирующие элементы изготовлены из проволоки, жестко и продольно закреплены в продольных отверстиях диска, расположены в радиальных пазах кольцевого витка и выполнены в форме зуба спироидного колеса, сопрягаемого со спироидным червяком при образовании спироидной передачи, при этом средний диаметр кольцевого витка равен диаметру спироидного колеса, сопрягаемого со спироидным червяком при образовании спироидной передачи, а кольцевой виток выполнен с толщиной профиля зуба, обеспечивающей его свободное расположение во впадине между зубьями обрабатываемого спироидного червяка.
Особенности конструкции комбинированного иглофрезерно-упрочняющего инструмента для обработки спироидного червяка поясняются чертежами.
На фиг.1 показана конструкция предлагаемого иглофрезерно-упрочняющего инструмента, вид по В на фиг.4, частичное продольное сечение; на фиг.2 - вид по Г на фиг.1, вид на торец инструмента с кольцевым витком; на фиг.3 - схема зубоиглофрезерования заготовки спироидного червяка, его левой боковой поверхности зуба по методу обкатывания с продольной подачей, осуществляемой на зубофрезерном станке предлагаемым иглофрезерно-упрочняющим инструментом; на фиг.4 - сечение А-А на фиг.3; на фиг.5 - схема зубоиглофрезерования заготовки спироидного червяка, его правой боковой поверхности зуба по методу обкатывания с продольной подачей, осуществляемой на зубофрезерном станке предлагаемым иглофрезерно-упрочняющим инструментом; на фиг.6 - сечение Б-Б на фиг.5; на фиг.7 - элемент Д на фиг.1; на фиг.8 - сечение Е-Е на фиг.7; на фиг.9 - сечение Ж-Ж на фиг.8; на фиг.10 - сечение И-И на фиг.4, где показан процесс иглофрезерования, в контакте с заготовкой задействованы иглорежущие элементы; на фиг.11 - сечение Л-Л на фиг.2, где показан деформирующий элемент; на фиг.12 - вид по К на фиг.11; на фиг.13 - сечение по М-М на фиг.12; на фиг.14 - сечение по Н-Н на фиг.12; на фиг.15 - сечение И-И на фиг.4, где показан процесс упрочнения, в контакте с заготовкой задействованы деформирующие элементы.
Предлагаемый иглофрезерно-упрочняющий инструмент предназначен для комбинированной комплексной чистовой отделочной обработки иглорезанием и поверхностным пластическим деформированием спироидных червяков методом обкатки. Метод обкатки предполагает воспроизведение зацепления червяка с колесом, где в качестве червяка используется обрабатываемая заготовка 1, а в качестве колеса - инструмент 2.
На практике находят применение конические и цилиндрические спироидные передачи [1]. Цилиндрическая спироидная передача - это разновидность червячной передачи, у которой делительная поверхность червяка цилиндрическая, а делительная поверхность колеса - плоская. Предлагаемый инструмент предназначен для обработки цилиндрического червяка.
Обработка предлагаемым иглофрезерно-упрочняющим инструментом включает принудительное вращательное движение VИ инструмента 2 и его продольную подачу SПР, равную шагу червяка за один оборот обрабатываемой заготовки, вращающейся со скоростью VЗ, червяка 1.
Предлагаемый инструмент 2 выполнен в виде диска с кольцевым витком 3 на торце. На рабочей обрабатываемой поверхности, которой является только внешняя боковая поверхность витка 3, расположены чередующиеся между собой режущие и упрочняющие элементы.
Режущие элементы 4 изготовлены из проволочного ворса и состоят из проволочек. Пучки проволочного ворса 4 жестко закреплены в радиальных пазах 5 витка 3. Толщина зуба профиля витка 3 такова, что позволяет свободно расположить его во впадине между зубьями обрабатываемого червяка 1, при этом между внутренней боковой поверхностью витка и зубом заготовки имеется зазор Z, позволяющий свободно выходить инструменту из зоны резания, не подрезая соседний с обрабатываемым зуб заготовки. Средний диаметр кольцевого витка D равен диаметру сопряженного спироидного колеса, образующего с обрабатываемым спироидным червяком спироидную передачу.
Крепление пучков проволочного ворса 4 в радиальных пазах 5 витка 3 может быть осуществлено, например, точечной сваркой, пайкой, чеканкой или другими известными способами. Радиальные пазы 5 под пучки ворса 4 могут быть изготовлены с гладкими стенками с помощью дисковой прорезной фрезы, а также просверлены, как показано на фиг.8.
Упрочняющие деформирующие элементы 6 изготовлены из проволоки по форме зуба сопрягаемого колеса, образующего со спироидным червяком спироидную передачу, и жестко закреплены в продольных отверстиях 7, которые расположены в диске 2 предлагаемого инструмента. Рабочая часть упрочняющих элементов 6 свободно расположена в радиальных пазах 8 витка 3. Упрочняющие элементы 6 имеют рабочую часть, расположенную только на внешней стороне витка. Рабочая часть упрочняющего деформирующего элемента 6 имеет изгиб П (фиг.11) в месте крепления, способствующий возможности прогиба упрочняющих элементов и возможности принимать форму зуба заготовки, увеличивая площадь контакта.
Толщина профиля упрочняющего зуба 6 такова, что позволяет свободно расположить его во впадине между зубьями обрабатываемого червяка, при этом между внутренней боковой поверхностью упрочняющего зуба и зубом заготовки имеется зазор Z, позволяющий свободно выходить инструменту из зоны резания, не подрезая соседний с обрабатываемым зуб заготовки.
Величина статической силы деформирования, осуществляемая упрочняющими элементами, выбирается наибольшей из обеспечивающих упругие контактные деформации обрабатываемого материала заготовки червяка.
В процессе обработки зубчатой поверхности заготовки червяка деформирующими упрочняющими элементами обеспечивается постоянный гарантированный контакт инструмента с обрабатываемой зубчатой поверхностью за счет подачи SH, которая передает усилие, позволяющее самоустанавливаться за счет прогибания упрочняющих элементов и принимать форму зуба заготовки, увеличивая площадь контакта. Подача SH действует с усилием, обеспечивающим натяг i=0,1 2,0 мм. Прутки 6 в качестве деформирующих упрочняющих элементов при обкатывании оставляют следы сглаживания шероховатостей и упрочнения поверхностного слоя металла вдоль направления зуба.
Деформирующие прутки 6 под действием статической нагрузки, создаваемой подачей SH, производят выглаживающее действие и пластически деформируют обрабатываемую поверхность. В результате пластической деформации микронеровностей и поверхностного слоя параметр шероховатости поверхности повышается до Ra=0,1 0,4 мкм при исходном значении Ra=0,8 3,2 мкм. Твердость поверхности увеличивается на 30 80% при глубине наклепанного слоя 0,3 3 мм. Остаточные напряжения сжатия достигают наповерхности 350 750 мПа.
Чистовая отделка зубьев спироидного червяка с помощью предлагаемого комбинированного иглофрезерно-упрочняющего инструмента осуществляется после чернового, например, зубофрезерования или другого вида зубообработки.
При изготовлении инструмента и закрепления в витке игофрезерных и упрочняющих элементов проволочный ворс шлифуют, например, на зубошлифовальном станке или на другом оборудовании.
Предлагаемый инструмент менее трудоемок, чем известные традиционные шевер [2] и упрочняющий инструменты, он не сложен в изготовлении, и его применяют для обработки ответственных спироидных передач. При снятии мелкой стружки торцами большим количеством проволочек и упрочнении деформирующими элементами уменьшается параметр шероховатости поверхности на профилях зубьев и, таким образом, улучшаются антифрикционные свойства спироидной передачи.
Иглофрезерование с упрочнением выполняют посредством сближения инструмента с заготовкой до достижения номинального удаления В (согласно ГОСТ 22850-77), где В - расстояние от межосевой линии спироидной передачи до плоскости вершин зубьев плоского спироидного колеса. Сближающую подачу SCБ (ступенчатую) принимаем равной 0,03 0,06 мм/дв. ход стола с заготовкой. Так как инструмент работает только внешней поверхностью витка, то для создания рабочего натяга i производят подачу SH.
Припуски под иглофрезерование с упрочнением предлагаемым инструментом приведены в таблице.
Припуски (мм) на сторону зуба заготовок - спироидного червяка | |||
Модуль, мм | Под зубоиглофрезерование с упрочнением | Модуль, мм | Под зубоиглофрезерование с упрочнением |
1 | 2 | 3 | 4 |
До 2 | 1,0 | Св. 6 » 8 | 1,40-1,60 |
Св. 2 до 4 | 1,00-1,20 | » 8 » 10 | 1,60-1,80 |
» 4 » 6 | 1,20-1,40 | » 10 » 14 | 1,80-2,00 |
Операция иглофрезерно-упрочняющая предлагаемым инструментом производится в два перехода. На первом переходе обрабатывают левую боковую поверхность зубьев заготовки червяка (фиг.3, 4), а на втором переходе - правую боковую поверхность зуба заготовки червяка (фиг.5, 6), при этом производят переустановку инструмента относительно заготовки:
- на первом переходе инструмент расположен слева заготовки (согласно фиг.3),
- на втором переходе - справа (см. фиг.5).
При иглофрезерно-упрочняющей обработке заготовок спироидного червяка возможны погрешности формы и расположения пятна контакта. Инструмент с завышенным диаметром D обеспечивает ограниченное пятно контакта в середине зуба спироидного червяка. При использовании инструмента с заниженным диаметром пятно контакта располагается на вершине зуба заготовки червяка, что недопустимо. При расположении пятна контакта на головке или ножке зуба заготовки червяка имеется разница в углах профиля инструмента и заготовки из-за неправильной заточки инструмента или неправильного изготовления профилей.
Пример. После предварительного зубофрезерования заготовки спироидного червяка, имеющего один заход, m=6 мм, изготовленного из бронзы Бр А9Ж3А, иглофрезеровали с одновременным упрочнением на модернизированном зубофрезерном станке мод. 53А20В предлагаемым иглофрезерно-упрочняющим инструментом. В качестве ворса для иглофрезерования применяли стальную пружинную проволоку диаметром 1,5 2,0 мм из стали 65Г, а для упрочнения - диаметром 3 4 мм. Для осуществления чистовой обработки иглофрезерованием и упрочнением необходимо, чтобы твердость и предел прочности при растяжении материала проволочных элементов ворса были выше этих параметров материала обрабатываемой заготовки в 1,5 2 раза, соотношение l/I, где l - свободная длина проволочного элемента; l - наименьший радиус инерции поперечного сечения проволочных элементов, находилось в пределах 50 100, а коэффициент Кп - плотности проволочного ворса, в пределах 0,7 0,9. Твердость и предел прочности при растяжении материала обрабатываемой заготовки - бронзы Бр А9Ж3А, составляет - 110 180 НВ, 55 кгс/мм2 = 550 МПа, ГОСТ 1628-72 соответственно; твердость и предел прочности при растяжении материала проволочных элементов ворса, изготовленных из стали 65Г соответственно составляют - 220 НВ, 71 кгс/мм = 710 МПа ГОСТ 2500-71. Так как материал заготовки по твердости и прочности при растяжении примерно в 2 раза ниже этих параметров материала инструмента, для обработки резанием приняли натяг i=1,4 0,6 мм. В каждом конкретном случае оптимальный натяг подбирается экспериментальной обработкой [3]. В процессе обработки зубьев заготовки червяка пучки ворса прижимаются к заготовки и прогибаются благодаря натягу i (фиг.10). На величину силового воздействия на обрабатываемую боковую поверхность зуба будет влиять длина вылета (l+i) проволочного элемента. Основное силовое воздействие на обрабатываемую поверхность осуществляется первыми по ходу вращения проволочными элементами, имеющими наибольшие свободную длину l и прогиб f. Соседние с ними проволочные элементы упруго поджимают их, несколько увеличивая сосредоточенное суммарное воздействие на обрабатываемые поверхности.
Обработка предлагаемым инструментом показала, что усилие прижатия пучка к обрабатываемой поверхности заготовки составляло 200 600 Н на 10 мм ширины рабочей поверхности инструмента.
Для обработки предлагаемым инструментом необходимо соблюдать условие: р/ в=1,5 2,0, где р - давление при зубоиглофрезеровании, МПа; в - предел прочности материала обрабатываемой заготовки, МПа.
Выбор соответствующего давления р зависит от физико-механических свойств материала проволочного ворса, от жесткости и плотности последнего, а также от натяга i [3].
Режимы работы инструмента можно рекомендовать следующие. Окружная скорость для отделочной обработки VИ =2 5 м/с. Продольная подача SПР равна шагу червяка за один оборот обрабатываемой заготовки, вращающейся со скоростью VЗ, червяка.
При отделочной обработке металлов предлагаемым инструментом повышается твердость обработанной поверхности, в результате улучшается качество обработки, шероховатость обрабатываемой поверхности, а также увеличивается производительность обработки и долговечность инструмента, упрощаются его монтаж и демонтаж. Достигаемая в процессе обработки предлагаемым инструментом предельная величина шероховатости составляет Ra=0,8 мкм, возможно снижение исходной шероховатости в 2,5 раза. Зубоиглофрезерование спироидных червяков предлагаемым инструментом улучшает качество и точность чистовой отделки зубьев, снижает ее себестоимость благодаря удешевлению изготовления инструмента.
Источники информации
1. ГОСТ 22850-77. Передачи спироидные. Термины, определения и обозначения. Издательство стандартов, группа ГОО, УДК 621.833; 1978.
2. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т.1. Под ред. А.Г.Косиловой и Р.К.Мещерякова. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение. 1986. С.371-372.
3. Гавриленко И.Г. Способ совмещения предварительной и окончательной иглофрезерной зачистки цилиндрических деталей // Автоматизация и современные технологии. - 1992. - № 9. - С.27-30.
Класс B24B39/04 для обработки наружных поверхностей вращения