Тема 1 Производственный и технологический процессы (стр. 19 )

II - многовенцовые колеса, которые также имеют значительно большую длину базового отверстия, чем диаметр (l/d>1), по этому они также могут базироваться как колеса типа 1;

III - одновенцовые колеса типа дисков, у которых l/d<1 и длина поверхности отверстия недостаточна для образования двойной направляющей базы; поэтому после обработки отверстия и торца установочной базой для последующих операций может быть базовый торец, а двойной опорной базой — поверхность отверстия;

IV - венцы, которые после обработки насаживаются и закрепляются на ступицу колеса и вместе с ней образуют, одновенцовые или, наиболее часто встречаемые, многовенцовые колеса;

V - зубчатые колеса-валы, которые имеют большую длину.

Технические требования к зубчатым колесам и заготовкам

до нарезания зубьев

Требования устанавливаются в зависимости от служебного назначения зубчатых передач и в основном определяются степенью точности колес.

Различают два вида передач: силовые и кинематические.

Основные требования к силовым передачам - износостойкость, плавность и бесшумность работы передач. Чем выше окружные скорости колес, тем точнее они должны быть сделаны, так как в противном случае будут большой износ и шум.

Основные требования к кинематическим передачам (не зависящим от скорости и силовых данных) можно выбирать по нормативам точности.

Допуски определяются в зависимости от степени точности колес, например, по ГОСТ 1643—81.

Допуск на накопленную погрешность шага Fp по зубчатому колесу с диаметром делительной окружности 80 ... 125 мм и модулем 1 ... 6 мм для 5-й степени точности – 22 мкм, для 6-й – 34 мкм, для 7-й – 48 мкм и для 8-й – 67 мкм.

допуск на радиальное биение зубчатого венца Fr, колеса с диаметром делительной окружности 50 ... 125 мм и модулем 3,55…6 мм для 5-й степени точности – 19 мкм, для 6-й – 30 мкм, для 7-й – 42 мкм и для 8-й – 53 мкм.

Качество работы зубчатых передач кроме норм кинематической точности характеризуется нормами плавности работы (постоянством передаточного отношения в пределах оборота и на один зуб) и нормами контакта зубьев для различных степеней точности.

Нормы плавности для зубчатых колес 5–6-й степеней точности включают: допуск на циклическую погрешность, допуск на погрешность профиля зуба, допуск на местную кинематическую погрешность, предельное отклонение шага зацепления, предельное отклонение шага, допуск на колебание измерительного межосевого расстояния за один оборот зубчатого колеса и на одном зубе.

Для колес 7 и 8-й степеней точности допуск на циклическую погрешность не включен в нормы, но добавлен допуск на разность окружных шагов.

При изготовлении зубчатых колес высокой степени точности особенно важно обеспечить требуемое отклонение от перпендикулярности торца к оси центрального отверстия на операциях до зубонарезания.

В табл. 53 приведены требования к торцовому биению заготовок зубчатых колес после их токарной обработки до нарезания зуба.

Биение окружности выступов для колес диаметром 50 ... 200 мм не более 15 ... 30 мкм (при 6-7-й степенях точности).

Биение по шлифованным торцам колес перед окончательным шлифованием зубьев (на точной оправке) для 5-й степени точности - не более 3 мкм, для б-й степени точности — 5 мкм.

Точность отверстия, достигаемая перед нарезанием зуба, по 7-му квалитету, а для прецизионных колес 5-6-й степеней точности - по 5-6-му квалитету.

Материал и термическая обработка зубчатых колес

В зависимости от служебного назначения. зубчатые колеса изготовляют, как правило, из углеродистых, легированных сталей, но в ряде случаев из чугуна, пластических масс и бронзы.

Глубина прокаливания легированных сталей выше, а деформация меньше, чем у углеродистых.

Материал зубчатых колес должен обладать однородной структурой, которая способствует стабильности размеров после термической обработки, особенно размеров отверстия и шага колес.

Нестабильность размеров возникает после цементации и закалки, когда в заготовке сохраняется остаточный аустенит, а также может возникнуть в результате наклепа и при механической обработке.

Равновесие внутренних напряжений в металле нарушается при большой глубине резания.

При изготовлении высокоточных зубчатых колес для снятия в них внутренних напряжений рекомендуется чередовать механическую обработку с операциями термической обработки.

Большое значение имеет также неоднородная твердость заготовки в разных местах обода колеса, Это вызывает различие упругих отжатий системы станок–приспособление–инструмент–за готовка в приводит к дополнительным погрешностям эвольвентного профиля зуба, окружного шага, биению зубчатого венца и другим погрешностям зубьев.

Точность колеса после термической обработки снижается ва 0,5 - 1,0 степень и тем меньше, чем лучше подобран материал по стабилизации размеров при термической обработке. Легированные стали, как правило, коробятся меньше, чем углеродистые.

Материал также оказывает влияние на изменение микротвердости и степени отпуска при зубошлифовании. Если зубья колес шлифуют, рекомендуется выбирать сталь более теплостойкую, менее склонную к прижогам и дающую меньшие изменения микро твердости и степени отпуска.

Для снижения остаточных напряжений в металле после объем ной закалки, уменьшения возникающих при этом короблений и вероятности возникновения закалочных трещин рекомендуют применять мелкозернистую сталь (5–6-го балла) с более низким содержанием углерода и пониженной прокаливаемостью, медленный нагрев перед закалкой и специальные методы закалки (в горячих средах, в специальных приспособлениях, обеспечивающих выравнивание скоростей охлаждения заготовок зубчатых колес по отдельным их элементам, с подстуживанием, с частичным охлаждением в воде и с последующим в масле, с самоотпуском).

Например, цилиндрические зубчатьте колеса 5–6-й степеней точности, использующиеся в силовых и точных кинематических передачах станков, обычно изготовляют в зависимости от условий эксплуатации, в том числе нагружения, из сталей I2ХНЗА, 20Х, 25ХГТ (для нитроцементацив), I8ХГТ (для цементации), 40Х и 4ОХФА для закалки. Сталь 25ХГТ обладает повышенной прочностью по сравнению со сталью I8ХГТ.

Во избежание появления трещин при зубошлифовании зубчатые колеса должны быть хорошо отпущены.

Хромомолибденовые стали в настоящее время используют при изготовлении цементируемых зубчатых колес на различных станкозаводах.

Последовательность механической и термической обработки при изготовлении эубчатых колес 6-й степени точности диаметром 80 ... 220 мм m = 2,5 ... 5,0 мм из стали 18ХГТ для средне и мелкосерийного производства указана ниже.

1. Изготовление штамповок или поковок.

2. Предварительная токарно-револьверная обработка.

3. Нормализация (термическая обработка) для измельчения структуры и уменьшения деформации при последующей термической обработке: нагрев до (960 ± 10)°С, выдержка после нагрева до заданной температуры в течение 1,5 ... 2 ч, охлаждение — да воздухе.

4. Механическая обработка (включая зубонарезание), мойка и контроль перед термической обработкой.

5. Термическая обработка — цементация, закалка, отпуск. Глубина цементируемого и нитроцементируемого слоя обычно — до 1 мм, но не более 1,5 ... 1,8 мм, температура для цементации (930 ± 10) °С, для нитроцементации (870 ± 10) °С. После цементации — закалка в масле (температура 60 ... 80 °С) или закалка с нагревом ТВЧ, охлаждающая среда — эмульсия 10—15 %.ной концентрации, масло индустриальное 12 или 20 (веретенное 2 или 3). Затем отпуск в шахтной электропечи или масляной электрованне; температура (190 ± 10) °С, время выдержки 2 ч.

6. Чистовая механическая обработка, предварительное шлифование по наружному диаметру венца и базового торца, предварительное шлифование поверхности отверстия второго торца, предварительное шлифование зубьев.

7. Искусственное старение — в электрической масляной ванне (веретенное 3): температура нагрева (150 ± 10) °С, время выдержки после загрузки 8 ... 10 ч.

8. Отделочная механическая обработка: окончательное шлифование по наружному диаметру венца и базового торца, окончательное шлифование поверхностей отверстия и второго торца за один уставов.

9. Чистовое зубошлифование, контроль, консервация.

Характеристика и область применения

заготовок

Различают основные виды заготовок зубчатых колес при разных конструкциях и серийности выпуска: заготовка из проката; поковка, выполненная свободной ковкой на ковочном молоте (рис. 5.5, Iа, IIа); штампованная заготовка в подкладных штампах, полученная на прессах (рис. 5.5, Iб, IIб); штампованная заготовка в закрепленных штампах, полученная на прессах (рис. 5.5, Iв, IIв) и горизонтально-ковочньгх машинах (рис. 5.5, I г).

Форма заготовок, полученных свободной ковкой на молотах, не соответствуег форме готовой детали, но структура металла благодаря ковке улучшается по сравнению со структурой металла заготовки, отрезанной пилой от прутка.

Штамповка заготовок в подкладных штампах производится на ковочных молотах, а также на фрикционных и гидравлических прессах или на механических ковочных прессах в мелкосерийном производстве при температуре 950 ... 1100 °С Заготовку деформируют с торца.

Штамповка заготовок в закрепленных штампах на штамповочных молотах и ковочных прессах осуществляется как в открытых (с облоем), так и в закрытых (без облоев) штампах в крупносерийном и массовом производстве.

Штамповка на механических ковочных прессах имеет большое преимущество перед штамповкой на молотах, так как получается точная штампованная заготовка, припуски у которой меньшё на 30 %, чем у заготовки, полученной на молоте; и по конфигурации заготовка после ковочного пресса ближе к готовой детали. Производительность штамповки на прессах выше, чем на молотах в 1,5— 2 раза, работа происходит без ударов;. на прессах можно штамповать и прошивать отверстия.

Выбор баз и технологического маршрута обработки зубчатых колес

Базовыми поверхностями при обработке заготовок цилиндрических зубчатых колес могут быть поверхности, зависящие в первую очередь от конструктивных форм колес, требований к точности по техническим условиям и масштаба выпуска. Так, изготовление зубчатых колес, имеющих ступицу с достаточными диаметром и глубиной отверстия (типы I—II), начинается с обработки отверстия (двойная направляющая база) и базового торца (опорная база), а затем на их базе осуществляется большинство операций: токарных, зубонарезных и зубошлифовальных.