способ абразивно-алмазной прерывистой электроконтактной обработки колес с круговым зубом

Формула изобретения

Способ прерывистой электроконтактной обработки колес с круговыми зубьями абразивно-алмазным инструментом, характеризующийся тем, что обработку производят в условиях обката при прямом и обратном ходе различных впадин зубьев абразивно-алмазным прерывистым чашечным цилиндрической формы инструментом с двумя образующими поверхностями, профилирующими одновременно выпуклые и вогнутые стороны зубьев, имеющим впадины и выступы и установленным на инструментальном шпинделе, ось которого перпендикулярна направлению обката, при этом впадины инструмента заполняют импрегнатором в виде медно-графитового сплава, ток к обрабатываемой детали и инструменту подводят во время контакта выступа инструмента с деталью, а при входе впадины инструмента в зону контакта с деталью ток отключают.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к использованию метода совмещенных технологий на основе абразивно-алмазной обработки металлов резанием и может быть использовано в производстве колес с круговыми зубьями из материалов, предрасположенных к дефектообразованию в виде прижогов и трещин, при глубинном зубошлифовании с нанесением активных импрегнаторов с целью совершенствования структуры поверхностного слоя.

Задачей изобретения является повышение производительности зубошлифования колес из материалов, предрасположенных к дефектообразованию в виде прижогов и трещин при глубинном зубошлифовании с нанесением активных импрегнаторов, и получением обновленной оболочки с особыми свойствами, играющей роль упрочненного каркаса, что позволяет улучшить качественные и эксплуатационные свойства поверхностного слоя материалов.

Поставленная задача решается предлагаемым способом прерывистой электроконтактной обработки колес с круговыми зубьями абразивно-алмазным инструментом, характеризующийся тем, что обработку производят в условиях обката при прямом и обратном ходе различных впадин зубьев абразивно-алмазным прерывистым чашечным цилиндрической формы инструментом с двумя образующими поверхностями, профилирующими одновременно выпуклые и вогнутые стороны зубьев, имеющим впадины и выступы и установленным на инструментальном шпинделе, ось которого перпендикулярна направлению обката, при этом впадины инструмента заполняют импрегнатором в виде медно-графитового сплава, ток к обрабатываемой детали и инструменту подводят во время контакта выступа инструмента с деталью, а при входе впадины инструмента в зону контакта с деталью ток отключают.

На фиг.1 показана схема обработки цилиндрических колес с круговыми зубьями прерывистым алмазно-абразивным чашечным цилиндрическим кругом с впадинами, заполненными импрегнатором; на фиг.2 - разрез по А-А на фиг.1; на фиг.3 - элемент Б на фиг.2, износ рабочих поверхностей Н и В при врезании выступа круга.

Предлагаемый способ прерывистой электроконтактной обработки колес осуществляется прерывистым чашечным цилиндрическим абразивно-алмазным кругом 1. Алмазно-абразивная обработка колес 2, которые имеют круговой зуб, ведется кругом 1, содержим впадины 3 и выступы 4 и имеющим две образующие поверхности: наружную Н и внутреннюю В, профилирующие одновременно выпуклые и вогнутые стороны зубьев, при этом длины выступов взяты в два раза больше длин впадин, согласно рекомендациям [1]. При вращении инструмента рабочие поверхности Н и В выступов описывают в пространстве кольцо, воспроизводящее впадину производящего колеса, сцепляющегося с обрабатываемым.

С целью безударного плавного входа и выхода режущих кромок выступов из зоны резания и повышения виброустойчивости, качества и изменения свойств обрабатываемой поверхности, впадины заполнены медно-графитовым сплавом, играющего роль активного импрегнатора [2].

По мере износа круга производится самооформление профиля, т.е. на выступах рабочих поверхностей Н и В образуются заборные участки, которые заполняются импрегнатором (фиг.3).

Предлагаемым способом, который осуществляется с помощью прерывистого абразивно-алмазного круга для обработки колес с круговыми зубьями, возможно управлять температурой в зоне контакта. В зависимости от требуемых условий обработки можно варьирование числом впадин и выступов. На круге сделан ряд чередующихся выступов и впадин, при котором период работы одного режущего выступа будет меньше периода времени теплового насыщения. При этих условиях шлифования температура в зоне контакта из-за прерывистости процесса резания будет уменьшаться.

На практике, как бы не шлифовали зубчатые поверхности, контактирование под нагрузкой зубчатых колес при эксплуатации, из которых хотя бы одно полукристаллическое, приводит к увеличенному образованию шероховатости поверхности и быстрому износу вследствие неоднородности деформации [2]. Различные структурные составляющие большинства сплавов не однородны по поверхности и имеют разную ориентировку кристаллических зерен, выходящих на поверхность. В результате на отдельных площадках фактического контакта, даже при малых нагрузках, происходит внедрение твердых составляющих и кристаллов, обращенных к поверхности “сильными” гранями, в менее твердые структурные составляющие и “слабые” грани кристаллов. Глубина внедрения усугубляется с увеличением времени эксплуатации и зависит от физико-механических свойств материалов, шероховатости поверхности и нагрузки.

С целью улучшения качественных и эксплуатационных свойств поверхностного слоя материала в конструкции круга используется метод абразивно-алмазного электроконтактного избирательного шлифования с подводом напряжения в зону резания с помощью прерывистого токосъемника 5, обеспечивающего контакт только выступа абразивно-алмазного круга с обрабатываемой деталью. При входе впадины инструмента в зону обработки ток отключается.

По знаку потенциалы внешнего источника совпадают с поверхностными потенциалами импрегнаторов и обрабатываемого материала.

В системе абразивно-алмазное зерно - связка - импрегнатор - СОТС (смазочно-охлаждающие технологические средства) - обрабатываемая деталь, касающиеся шлифуемой поверхности зерна, связка и импрегнатор испытывают упругую деформацию, вследствие чего площадь контакта с обрабатываемым материалом увеличивается. При отсутствии импрегнатора поверхности зерен круга и обрабатываемой детали контактируют на очень малой площади, составляющей 0,01...0,0001 номинальной площади сопряженной поверхности. От режущих зерен и импрегнатора, у которого коэффициент температуропроводности выше, чем у обрабатываемого материала, в деталь поступает небольшая доля тепла. Кроме того, дополнительное внезонное охлаждение и очистка (не показаны) импрегнированного шлифовального круга снижают температуру рабочей поверхности круга, тем самым уменьшая температуру в зоне контакта с импрегнатором и с обрабатываемым материалом. Остальное тепло, поступающее в результате поверхностного трения скользящих зерен, связки, импрегнатора и стружки, приводит к непроизвольному разогреву металла (фиг.3). Таким образом, работающий импрегнированный круг можно представить как сплошной источник тепла со всеми особенностями, характерными для подвижного контакта.

При обработке материалов импрегнированными кругами, которая отличается от обработки традиционным инструментом тем, что тепло от тока выделяется избирательно в зоне резания и именно в тех местах, где дефектность (или плотность дислокации) выше, чем в среднем по объему, крупные карбиды растворяются в связи с образованием микроучастков высоких температур. Это объясняется тем, что локальная температура у какой-либо точки может быть в тысячи раз больше, чем на соседнем микроучастке, но это, как раз, приводит к тому, что среда нормализуется, а большие карбиды замещаются меньшими и притом “знающими свое место”. Благодаря такой короткой обработке мелкие карбиды соединяются с металлической решеткой по правилам той самой последовательности когерентной связи, которая не разрушает структуру, а, напротив, заставляет ее упрочняться: карбиды “вплетаются” в решетку.

В результате применения активных импрегнаторов при обработке поверхность металла получает обновленную оболочку с особыми свойствами. На поверхности образуется слой, который играет роль упрочняющего каркаса, что улучшает качественные и эксплуатационные свойства поверхностного слоя материалов.

Пример. Обработка цилиндрических колес с круговыми зубьями осуществлялась на модернизированном зубошлифовальном станке типа "Niles" мод. ZSTZ 3156С (ГДР). Модернизация заключалась в развороте оси шлифовального шпинделя перпендикулярно направлению обката. Были отшлифованы зубья партии роторов шестеренных насосов ШФ8-25 с числом зубьев 10, модулем 4 мм и шириной венца 70 мм. Шлифование проводилось чашечным цилиндрическим прерывистым алмазным с медно-графитовым импрегнатором кругом с номинальным 130 мм. Длина выступа - 45 мм, длина впадины - 22,5 мм.

Характеристика круга: АСВ 100/8-M1. Припуск на зубошлифование на толщину зуба - 0,3 мм; допуск припуска на толщину зуба (в тело) - 0,07 мм. Режимы зубошлифования: подача при обкатке - 0,65 мм/дв.ход; подача на глубину шлифования: предварительная - 0,10 мм/ход; окончательная - 0,02 мм/ход.

После обработки проводился контроль круговых зубьев, который осуществлялся в среднем сечении колеса на универсальном зубоизмерительном приборе фирмы Zeiss (ГДР), эвольвентомере типа КЭУ и биениемере мод. Б-10М. Точность шлифованных роторов по всем параметрам (отклонение и накопленная погрешность шага, радиальное биение зубчатого венца, колебание длины общей нормали, погрешность профиля зуба) была не ниже 7 степени точности по ГОСТ 1643-81.

Расположение пятна контакта проверялась по краске. Оно занимало середину зуба и не выходило на торцы. Длина пятна контакта и приведенные зазоры, замеренные щупом на торце зуба, соответствовали расчетным приведенным зазорам.

Проведенный рентгеноструктурный анализ поверхностных слоев показал, что происходит нагрев в зоне их обработки. В результате применения активных импрегнаторов при обработке поверхность металла получила обновленную оболочку с особыми свойствами. На поверхности образовался слой в виде упрочненного каркаса, что улучшило качественные и эксплуатационные свойства обработанных шестерен.

Применение предлагаемого способа, осуществляемого с помощью прерывистого абразивно-алмазного круга с импрегнатором, повысило производительность обработки в 1,5 раза, позволило исключить операцию получистового шлифования благодаря улучшению шероховатости на 1,5-2 класса. При этом расход абразивного инструмента снизился на 20%.

На основании проведенных опытов с применением материалов, предрасположенных к прижогам и к появлению шлифовочных трещин, установлено, что способ, осуществляемый кругами с прерывистой поверхностью, заполненной импрегнатором, по сравнению с обычными кругами при сочетании длин впадин и выступов L_ВП/L_BC=0,5; (в нашем примере L_BC=45 мм; L_ВП=22,5 мм):

- снижает температуру в зоне контакта на 25-35%;

- позволяет шлифовать колеса с более форсированными режимами, не вызывая появления прижогов и микротрещин. За счет этого производительность обработки возрастает в 2-3 раза;

- сохраняет длительное время хорошую режущую способность зерен (работающие в режиме самозатачивания). Число правок кругов с прерывистой поверхностью уменьшается в 2-3 раза. Общая стойкость кругов с прерывистой рабочей поверхностью возрастает в 2-3 раза;

- в результате применения активных импрегнаторов при обработке поверхность металла получает обновленную оболочку с особыми свойствами, на поверхности образуется слой, который играет роль упрочняющего каркаса, что улучшает качественные и эксплуатационные свойства поверхностного слоя материалов.

Обработка по предлагаемому способу прерывистым абразивно-алмазным импрегнированным кругом выгодно отличается повышенной виброустойчивостью, благодаря плавному и безударному входу и выходу режущей абразивной поверхности в зону резания, высокой прочностью инструмента, что повышает размерную стойкость инструмента, предотвращает поломку и выкрашивание абразива, а снижение температуры в зоне шлифования позволяет повысить интенсивность процесса, производительность и качество обработки, улучшить эксплуатационные свойства поверхностного слоя материалов.

Преимуществом обработки цилиндрических колес с круговыми зубьями по предлагаемому способу импрегнированным прерывистым чашечным цилиндрическим кругом является сравнительная простота движений, а следовательно, простота конструкции станка и простота настройки. При шлифовании широковенцовых колес с увеличенной зоной контакта круга с заготовкой зона резания прерывается, и хотя сила резания возрастает, но снижается теплонапряженность процесса и улучшаются условия подвода охлаждающей жидкости в зону резания. В результате гарантируется бесприжоговая обработка поверхности зубьев, повышение производительности и точности зубообработки. Вследствие этого появляется возможность интенсивности процесса и получение на поверхности обновленной оболочки с особыми свойствами, которая играет роль упрочняющего каркаса.

Источники информации

1. Якимов А.В. Оптимизация процесса шлифования. -М.: Машиностроение, 1975. - С.45-58.

2. Чирков Г.В. Расчет теплового баланса при алмазном шлифовании с нанесением активных импрегнаторов. Ж. Техника машиностроения. 2000 г. № 3 (25), с.76-79.