СПОСОБ НАКАТЫВАНИЯ ВНУТРЕННИХ ЗУБЧАТЫХ ПРОФИЛЕЙ НА КОЛЬЦЕВЫХ ЗАГОТОВКАХ Российский патент 1994 года по МПК B21H5/00 

Изобретение относится к обработке металлов давлением и предназначено для изготовления зубчатых колес внутреннего зацепления.

Известен способ преобразования электрической энергии в механическую (электрические двигатели) или механической - в электрическую (электрогенераторы), в котором используется вращающееся электромагнитное поле. Машины, основанные на данном способе, не предназначены для накатывания зубчатых колес.

Известен способ накатывания внутренних зубчатых профилей, согласно которому накатники совершают планетарное движение и, перемещаясь в осевом направлении, накатывают внутренние зубья на кольцевых заготовках.

Недостатком способа-прототипа является использование длиной кинематической цепи в приводе вращения накатников от электродвигателя к накатникам: электродвигатель - муфта сцепления (или ременная передача) - редуктор - накатники. Длинная кинематическая цепь привода вращения накатников уменьшает надежность машины и ее технологические возможности.

Целью изобретения является повышение надежности и расширение технологических возможностей путем осуществления вращения накатников магнитным полем.

Это достигается тем, что в способе накатывания внутренних зубчатых профилей на кольцевых заготовках, включающем планетарное и осевое перемещение накатников относительно заготовки, планетарное движение накатников осуществляется вращающимся магнитным полем с величиной магнитной индукции В = 0,1. . . 1 Тл, при величине D˙t = /0,2. . . 5/^.10³ мм², где D - наружный диаметр заготовки; t - толщина кольца заготовки.

Сущность изобретения поясняется чертежом.

На фиг. 1 изображена схема установки для накатывания внутренних зубчатых профилей; на фиг. 2 - график работы.

Заготовка 1 установлена в матрицу 2, которая закреплена в сердечнике 3 статора, закрепленного в корпусе магнитопровода 4, установленного неподвижно. В пазах сердечника 3 располагается двухполюсная m-фазная распределенная обмотка 5, питающаяся от сети переменного тока. По торцам корпуса магнитопровода 4 расположены две тороидальные катушки обмотки 6 униполярного подмагничивания, обтекаемые постоянным током и создающие униполярный магнитный поток.

На подвижном торцевом сердечнике 7 закреплена эталонная шестерня 8. Сердечник 7 установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения. Неподвижный торцевой сердечник 9 закреплен на корпусе-магнитопроводе 4. В неподвижный торцевой сердечник 9 установлен выталкиватель 10 с возможностью возвратно-поступательного перемещения. Накатники 11 установлены на водиле 12 с возможностью вращения. Водило 12 взаимодействует с выталкивателем 10 с возможностью вращения и возвратно-поступательного перемещения.

Выступы Г-образных ферромагнитных торцовых сердечников 7 и 9, а также корпус магнитопровода 4 служат для проведения магнитного потока. Накатники 11 выполнены из ферромагнитного материала (например, Р6М5, Р18 и др. ).

Способ осуществляется следующим образом.

Накатники 11 осевым перемещением подводятся к заготовке 1. При включении обмотки 6 на постоянное напряжение, вследствие наличия эксцентриситета "е" в накатной головке возникает сила одностороннего магнитного притяжения, направленная в сторону минимального зазора. Эта сила стремится прижать накатники 11 к эталонной шестерне 8 и заготовке 1. Включается m-фазная обмотка 5 и обмотка 6 униполярного подмагничивания. Происходит сложение магнитных полей, созданных обмотками 5 и 6. В результате этого появляется результирующая сила одностороннего магнитного притяжения, вектор которой будет вращаться синхронно со скоростью вращения магнитного поля обмотки 5 переменного тока. Под действием силы магнитного притяжения ферромагнитные накатники 11 начинают обкатывать поверхности зубьев эталонной шестерни 8 и формировать зубья на заготовке 1.

Минимальная величина магнитной индукции устройства, равная В = 0,1, Тл, обеспечивает минимально возможный электромагнитный момент вращения накатной головки (для изготовления зубчатых профилей с модулем менее 0,5 мм). При значениях В <0,1 Тл накатная головка не вращается.

Максимальная величина магнитной индукции устройства, соответствующая В = 1 Тл связана с электромагнитными свойствами сталей, из которых изготовлено накатное устройство. При В = 1 Тл происходит насыщение материала деталей статора магнитным полем и дальнейшее увеличение В нецелесообразно.

Минимальное значение величины D˙ t = 0,2 ˙10³ мм² ограничено возможностью получения требуемого значения вращающего момента при минимальной скорости вращения накатной головки n = 30 об/мин (фиг. 2).

Максимальное значение D˙ t = 5 ˙10³ мм² выбрано из условия обеспечения вращения накатной головки с минимальной скоростью n = 30 об/мин при максимальной величине магнитной индукции устройства, равной В = 1 Тл (фиг. 2).

Диапазон скорости вращения накатных головок находится в пределах 30≅n≅300 об/мин. При скорости вращения менее 30 об/мин производительность процесса накатки становится соизмерима с производительностью изготовления зубьев методами резания, что делает процесс накатки неэффективным, при скорости вращения более 300 об/мин не обеспечивается необходимая точность и качество поверхности формируемых зубчатых профилей.

П р и м е р. Изготавливается шестерня внутреннего эвольвентного зацепления с модулем М = 1 мм, наружный диаметр заготовки D = 130 мм, толщина кольца заготовки t = 18 мм. D˙ t = 2,34˙ 10³ мм². Материал заготовки - сталь 40, материал накатников 11 - сталь Р6М5. Число накатников равно 4. Материал остальных деталей устройства - конструкционные стали общего назначения. Значение тока в фазе двухполюсной m-фазной обмотки 5 200 А, число витков в фазе обмотки равно 10. Намагничивающая сила обмотки 6 F = 10000 A˙ виток. Скорость вращения накатной головки n = 120 об/мин. Вращающий момент накатной головки M_кр = 131,6 кНм. Накатывание зубьев осуществляется без предварительного нагрева заготовки. Точность изготовленных зубчатых профилей соответствует 9. . . 10 степени по ГОСТ 1643-81, а качество поверхности равняется 2,5 R_a.

Разработанный способ повышает надежность оборудования для накатывания зубчатых профилей, так как значительно уменьшается необходимое количество элементов механизма привода вращения накатной головки. Отпадает необходимость в редукторе (коробке скоростей), а также в сцепной муфте или ременной передаче от электродвигателя к редуктору.

Использование электромагнитной накатной головки позволяет осуществлять плавную регулировку скорости ее вращения, что расширяет технологические возможности процесса накатывания зубьев.

Способ повышает качество изготовленных зубчатых профилей.

Процесс холодного пластического формообразования зубьев сопровождается тепловым эффектом, который оказывает влияние на напряженно-деформированное состояние заготовки, усиливая концентрацию деформаций при их неравномерном распределении. Это в первую очередь относится к поверхностному слою деформируемой заготовки, локальным очагам контакта и смазочному слою, где концентрация деформаций приводит к наиболее сильным тепловым эффектам. В результате действия магнитного поля по предлагаемому способу происходит изменение направления перемещения теплового потока от накатника к заготовке. Это приводит к уменьшению нагрева накатника и увеличению температуры локального поверхностного нагрева заготовки в зоне деформирования. Температура нагрева поверхностного слоя заготовки глубиной 0,1. . . 0,2 мм в зоне деформирования составляет 250. . . 300^оС. Повышение температуры заготовки на 50. . . 100^оС способствует улучшению условий деформирования поверхностных слоев заготовки, снижению нагрузок накатников. Это способствует повышению точности изготовленных профилей и уменьшению шероховатости поверхности зубьев. (56) Авторское свидетельство СССР N 181032, кл. B 21 H 5/00, 1966.

Использование: обработка металлов давлением, в частности изготовление накатыванием внутренних зубчатых профилей. Сущность : накатку осуществляют накатниками, которым сообщают планетарное и осевое перемещение относительно заготовки. Планетарное перемещение накатников осуществляют вращающимся магнитным полем с величиной магнитной индукции B, изменяющейся в пределах B = 0,1. . . . . 1,0 тл. Величину Dt выбирают равной : Dt = /0,2. . . . . . . 5,0/ 10 мм² , где D - наружный диаметр заготовки, мм; t - толщина заготовки, мм. В результате действия магнитного поля происходит изменение направления перемещения теплового потока, который перемещается от инструмента к заготовке, что обуславливает уменьшения нагрева накатников и увеличение температуры локального поверхностного нагрева заготовки. 2 ил.

СПОСОБ НАКАТЫВАНИЯ ВНУТРЕННИХ ЗУБЧАТЫХ ПРОФИЛЕЙ НА КОЛЬЦЕВЫХ ЗАГОТОВКАХ , заключающийся в том, что накатникам сообщают планетаpное и осевое пеpемещение относительно заготовки, отличающийся тем, что планетаpное пеpемещение накатников осуществляют вpащающимся магнитным полем с величиной магнитной индукции B = 0,1 - 1 Т пpи величине пpоизведения диаметpа заготовки на ее толщину, pавной
D · t = (0,2 - 5,0) · 10³, мм²,
где D - наружный диаметр заготовки, мм;
t - толщина заготовки, мм.