Полный текст

Введение Сателлиты планетарных передач авиационных редукторов изготавливают по 3-5-й степеням точности, согласно ГОСТ 1643-81, с требуемой шероховатостью 0,1-0,32 мкм. Основные требования точности, предъявляемые к зубчатому венцу с числом зубьев z = 29, модулем m = 6, углом профиля α = 28°, шириной b = 48 мм, диаметром делительной окружности d = 181,1 мм, шероховатостью профиля зубьев Ra ≤ 0,16 мкм, твердостью HRC ≥ 61, приведены в табл. 1. Окончательными операциями серийного технологического процесса являются зубошлифование и зубохонингование. Зубошлифование выполняют методом обката на станке Reishauer RZ basic червячным шлифовальным кругом Norton 1_300´125´160 m = 6, a = 28° 3GG 3NQW80J8VS3 63 м/с. Время настройки станка, правки круга и зубошлифования составляет 139,4 мин. Зубохонингование выполняют на станке 5Б913 алмазным эластичным зубчатым хоном с характеристикой рабочего слоя: связка Р18, марка зерна АСМ, зернистость 28/20, концентрация алмазного порошка 100 %. Время настройки станка, правки и контроля хона и зубохонингования составляет 102,38 мин. На операции зубошлифования достигается заданная степень точности, а на операции зубохонингования обеспечивается шероховатость профиля зубьев Ra ≤ 0,16 мкм. Суммарное время обработки окончательных операций обработки зубчатого венца составляет 241,78 мин. Таблица 1 Основные требования точности, предъявляемые к зубчатому венцу Наименование параметра Обозначение по ГОСТ 1643-81, (DIN 3962-78) Значение по чертежу, мкм Нормы кинематической точности -5- Накопленная погрешность шага колеса Fp ≤25 Радиальное биение зубчатого венца Fr ≤25 Нормы плавности работы -4- Погрешность профиля зуба Fa ≤6 Отклонение шага fp ≤5 Нормы контакта зубьев -4- Погрешность направления зуба Fb ≤8 Модификация головки зуба fKo 36-26 Труды таких ученых, как Э.Л. Айрапетов, Д.Т. Бабичев, Э.Б. Вулгаков, В.А. Гавриленко, С.Н. Калашников, В.Н. Кудрявцев, Ф.Л. Литвин, Н.Н. Марков, Г.Г. Овумян, Б.А. Тайц, Н.Ф. Хлебалин, Г.И. Шевелева, М.Л. Фингер и других, свидетельствуют, что эксплуатационные параметры зубчатых передач в значительной степени зависят от технологии изготовления зубчатых колес [1, 2]. При этом важное значение отводится экономической эффективности используемых технологических процессов [3-5]. Анализ литературы и опыт предприятий доказывают, что операция зубошлифования является наиболее производительной окончательной операцией для обработки зубчатого венца [6-8]. Обкатное зубошлифование при непрерывном делении позволяет не только существенно снизить погрешности зубчатого венца, но обеспечивает стабильность получаемой точности [9, 10]. Операция зубохонингования позволяет повысить долговечность и контактную выносливость за счет снятия тонких слоев материала на малопроизводительных режимах, при которых наводятся благоприятные остаточные напряжения и снижается шероховатость [11]. Однако с учетом проблем, связанных с нестабильностью качества алмазного эластичного хона, значительной трудоемкостью наладки станка и правки алмазного хона [12-22], ставится цель исследования - обеспечить качество и точность зубчатого венца сателлитов на операции зубошлифования с помощью комбинированного шлифовально-полировального червячного круга при повышении стабильности и производительности обработки. При обеспечении заданной точности и качества поверхностного слоя можем предположить, что эксплуатационные параметры зубчатой передачи не ухудшатся1 [23-26]. Задачи исследования заключаются в следующем: технологически обеспечить требования точности и качества на производительных режимах, установить закономерности изменения параметров точности и шероховатости, определить рациональные режимы обработки, провести лабораторные исследования качества поверхностного слоя, сделать сравнительный анализ полученных результатов. Методика экспериментальных исследований Экспериментальный технологический процесс совмещенного зубошлифования и зубополирования проводился методом обката на станке Reishauer RZ basic комбинированным червячным кругом Reishauer AG 1_275´125´160 m = 6, a = 28° A80 G 8 V 0167/EK800 72 м/с (рис. 1, а). Шлифовальная часть круга (рис. 1, б) состоит из электрокорунда нормального с размерами зерна 150-200 мкм, весьма мягкой твердостью, средней структурой № 8, керамической связкой, максимально допустимая скорость шлифования 72 м/с. Полировальная часть круга (рис. 1, в) состоит из электрокорунда белого EK800 с размерами зерна 10-20 мкм на вспененной полиуретановой связке, обеспечивающей полирующий эффект. Установлена структура полировальной части при помощи сканирующего электронного микроскопа TESCAN MIRA3: на специальную подложку из токопроводящего покрытия нанесен образец и помещен в вакуумную камеру. На рис. 2 приведены фотографии с прибора. Принцип работы червячного комбинированного круга изображен на рис. 3 и заключается в снятии основного припуска шлифовальной частью при обеспечении заданной точности. Полировальная часть комбинированного круга срезает вершины оставшихся микронеровностей, а б в Рис. 1. Структура шлифовальной части (а); общий вид комбинированного червячного круга (б); структура полировальной части (в) а б в Рис. 2. Микроструктура полировальной части комбинированного круга: а - размеры пор; б, в - размеры зерен Рис. 3. Моделирование резания комбинированным кругом обеспечивая заданную шероховатость. Время наладки станка, правки комбинированного червячного круга и совмещенной операции зубошлифования и зубополирования составляет 150 мин, что на 10,6 мин длительнее серийной операции зубошлифования. Применение комбинированного круга позволяет исключить трудоемкие операции правки и контроля алмазного зубчатого хона, доводочную операцию хонингования зубчатого венца, тем самым общее снижение времени составляет 91,78 мин. Следовательно, производительность окончательной обработки зубчатого венца увеличилась в 1,6 раза. Стратегия обработки, опробованные режимы резания, полученные на них параметры точности и шероховатости представлены в предшествующих работах. Погрешности профиля зубьев измеряли на координатно-измерительной машине Klingelnberg Р-40, измерение шероховатости проводили на профилометре МАHRSurf M300C. Для сравнения микроструктуры и микротвердости зубчатых венцов, обработанных по серийному и экспериментальному технологическим процессам, вырезались зубья-образцы на электроэрозионном станке. Металлографические исследования микрошлифов осуществлены на оптическом инвертированном микроскопе Axivert 40 MAT. Оценка микротвердости проведена методом восстановленного отпечатка по шкале Виккерса с помощью микротвердомера MICROMET 5104. Исследование остаточных напряжений проведено разрушающим методом Н.Н. Давиденкова на установке ПИОН-2 по методике ПИ 1.4.804-84 (НИАТ - 1985 г.) электроэрозионным способом согласно схеме, изображенной на рис. 4. Результаты исследований Из рис. 5 видно, что погрешности геометрических параметров после зубополирования комбинированным червячным кругом меньше, чем после зубохонингования. Особенно заметным является разрыв по параметрам Fa и Fb. Снижение погрешности профиля и направления почти в 2 раза позволяет предположить, что эксплуатационные характеристики зубчатой передачи по нормам плавности и контакта также возрастут. В целом повышение точности объясняется снижением шероховатости поверхности профиля зуба до 0,095 мкм и исключением погрешности правки алмазного хона. Сателлиты, обработанные по серийному и экспериментальному технологическим процессам, прошли контроль на отсутствие шлифовочных прижогов. Результаты исследований показали, что после операций зубошлифования, зубополирования, зубохонингования микроструктура цементированного слоя является удовлетворительной, состоит из высокоуглеродистого мелкоигольчатого мартенсита (рис. 6, б). Микроструктура сердцевины стали 18Х2Н4АШ удовлетворительная, состоит из низкоуглеродистого мелкоигольчатого мартенсита (рис. 6, в). Рис. 4. Схема вырезки образцов для измерения остаточных напряжений: Г - головка, Н - ножка, Л - левая, П - правая сторона Рис. 5. Результаты измерения параметров точности и шероховатости зубчатого венца при различных способах обработки а б в Рис. 6. Микроструктура образцов: а - общий вид; б - микроструктура цементированного слоя; в - микроструктура пограничной зоны Рис. 7. Распределение значений микротвердости цементированной поверхности Распределение значений микротвердости образцов после газовой цементации и последующей механической обработки по серийному технологическому и экспериментальному процессам приведено на рис. 7. Несущественный разброс значений микротвердости в пределах одного образца обусловлен неоднородностью нанесения покрытия и погрешностью измерения. Перепад значений твердости образцов, обработанных по разным процессам, ожидаем, так как детали проходили химико-термическую обработку в разных партиях. Характер распределения остаточных напряжений по глубине поверхностного слоя после зубополирования и зубохонингования приведен на рис. 8. В поверхностном слое зубьев на глубине до 10-15 мкм заложены сжимающие напряжения, переходящие в растягивающие. Существенной разницы по величине и характеру распределения остаточных напряжений между образцами головки и ножки зубьев левой и правой сторон не выявлено. Наибольшие сжимающие напряжения обнаружены на левой ножке после зубополирования и на правой ножке после зубохонингования, а наименьшие - при зубошлифовании. Наибольшие растягивающие напряжения обнаружены на левой ножке после зубохонингования. В целом распределение остаточных напряжений на образцах после зубополирования наиболее благоприятно, так как имеет минимальные растягивающие напряжения на большей глубине. Выводы и заключение В результате исследования технологических возможностей операции зубошлифования сателлита комбинированным шлифовально-полировальным червячным кругом установлено следующее: 1) достигнута степень точности 3-3-3 при заданной 5-4-4, достигнута шероховатость Ra = 0,095 мкм при заданной Ra = 0,16 мкм; 2) физико-механические параметры качества поверхностного слоя - остаточные напряжения, микротвердость и микроструктура - соответствуют заданным требованиям и носят благоприятный характер; Рис. 8. Распределение остаточных напряжений по глубине 3) сравнительный анализ показал, что операция зубошлифования комбинированным червячным кругом, по сравнению с зубохонингованием, снижает погрешности изготовления зубчатого венца и шероховатость профиля; 4) микроструктура хонингованной и полированной поверхностей не отличается, величины остаточных напряжений и микротвердости соизмеримы. Таким образом, применение совмещенной технологии окончательной обработки зубчатого венца обеспечивает заданную точность и качество поверхностного слоя при увеличении производительности в 1,6 раз. Статья подготовлена в рамках освоения курса повышения квалификации преподавателей «Профессионально-ориентированный английский язык для научно-педагогических работников Пермского национального исследовательского университета по направлениям “Машиностроение” и “Технологии материалов”». Авторы выражают благодарность ПНИПУ за повышение квалификации по дополнительному профессиональному образованию.

Об авторах

В. Ф Макаров

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Н. А Ворожцова

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

М. В Песин

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Список литературы

Статистика

Просмотры

Аннотация - 52

PDF (Russian) - 32

Ссылки

• Ссылки не определены.