СПОСОБ НАКАТЫВАНИЯ ЗУБЧАТЫХ ВЕНЦОВ Российский патент 1994 года по МПК B21H5/00 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к обработке металлов давлением, и может быть использовано при накатке зубчатых венцов.

Известен способ накатки шлицев и зубчатых профилей с двумя или тремя накатниками с осевой подачей заготовки при постоянном межцентровом расстоянии между накатниками.

В известном способе накатываемый пакет заготовок или единичную заготовку устанавливают и зажимают в суппорте станка. После нагрева переднего конца пакета заготовок до температуры накатывания в кольцевом индукторе включают механизм подачи и вращающиеся заготовки поочередно подают во вращающиеся валки, задняя часть которых для облегчения захвата заготовки выполняется конической. Межцентровое расстояние соответствует концу процесса накатывания и сохраняется в течение всего процесса накатывания.

Недостатком известного способа является низкое качество накатанных профилей (образование закатов, заусенцев), связанное со значительным скольжением зубьев накатников по заготовке при ее осевом перемещении.

Известен способ накатки, при котором предварительно формируют зубья зубчатого венца последовательным вдавливанием, переменными по высоте зубьями накатников с калибровкой зубьями накатника полной высоты при осевой подаче заготовки на участки с калибровочными зубьями, расположенными на всей окружности накатника по оси от сечения накатника с зубьями переменной высоты.

Однако для формирования зубьев требуется осевая передача заготовки с позиции на позицию, что нарушает базирование заготовки и снижает точность. Кроме того, необходимость в осевой подаче заготовок не позволяет параллельно с образованием зубьев оформлять торцы заготовки с помощью реборд.

По технической сущности наиболее близким к описываемому является способ накатки зубчатых колес диаметром 10-50 мм за один оборот накатников, диаметром, в 7-10 раз превышающим диаметр изделия, а длины калибровочного участка превышают длину накатываемого зубчатого венца.

Целью изобретения является ликвидация указанного недостатка, т.е. повышение точности зубчатого венца, расширение области применения и удешевление процесса получения готового изделия за счет изменения габаритов и стоимости накатников.

Это достигается тем, что предварительно формируют зубья по высоте вдавливанием с обкаткой переменных по высоте зубьев накатников, а затем калибруют их зубьями полного профиля калибровочной части накатников за несколько оборотов, калибровка зубчатого венца производится на позиции формирования зубьев по высоте прерывистой обкаткой калибрующими секторами (частями) накатников неполностью совпадающих секторов зубчатого венца за число оборотов накатника, при котором суммарная длина заново перекрываемых каждым накатником за оборот калибруемых участков зубчатого венца станет равной или больше длины зубчатого венца обрабатываемого колеса без длины калибровочной части накатников. При применении данного способа рабочие участки зубчатого венца накатников располагаются в одной плоскости, в которой в начальный момент устанавливается заготовка и в которой она остается на протяжении всей обработки. Накатники могут быть снабжены ребордами и одновременно с формированием зубьев производится формирование торцов детали, а также улучшается заполнение зубьев по торцам, что удешевляет обработку за счет ликвидации операции доработки торцов и улучшает качество детали за счет получения полного профиля зубьев у торцов накатываемого колеса. При этом калибровочный участок накатника имеет меньшую длину, чем длина накатываемого зубчатого венца и за один оборот формирует часть (сектор) зубчатого венца, так как накатники имеют число зубьев, отличное от накатываемого колеса, а число зубьев калибровочного сектора некратно числу зубьев накатываемого колеса, то при втором обороте калибровочного сектора накатник сформирует на зубчатом венце колеса сектор, не совпадающий с предыдущим, и при каждом следующем обороте калиброванный одним накатником сектор зубчатого венца увеличивается на ряд заново перекрываемых участков. Когда суммарная длина прокалиброванных участков станет при очередном обороте равной или больше длины зубчатого венца колеса, весь зубчатый венец будет прокалиброван каждым накатником полностью, т. е. будет достигнут эффект, одинаковый с накаткой накатником больших габаритов, у которого длина калибрующего участка больше длины окружности калибруемого колеса.

Известно, что диаметр накатника должен превышать в 8-10 раз диаметр накатываемой детали, что ограничивает область применения известного способа. Так как за оборот накатника калибруется какой-то участок зубчатого венца колеса, после чего в зацеплении с колесом находится участок накатника с переменной высотой зубьев, который не калибрует зубья изделия, а предлагаемым способом процесс калибровки идет прерывисто, что отличает его от известных и позволяет получить перечисленные преимущества способа.

Способ поясняется фиг.1 (а,б), 2 и 3.

П р и м е р. Описываемый способ накатки зубчатиых профилей осуществляется на стане ЦКБММ-61, предназначенном для горячей накатки цилиндрических зубчатых колес диаметром 60-420 мм с модулем 3-6 мм и шириной колеса до 75 мм двумя накатниками. Накатываемые колеса и накатники имеют следующие параметры: число зубьев шестерни Z_ш = 36; модуль М = 4 мм; коэффициент коррекции зубьев шестерни ζ_ш= 0; ширина шестерни b_ш = 30 мм; диаметр накатников D_н = 312,0 мм; число зубьев накатников Z_н = 76; коэффициент коррекции калибрующих зубьев накатника ζ_н= 0; диаметр реборд накатников, ограничивающих осевое течение металла D_р = 320 мм. Число зубьев на калибрующем секторе каждого из накатников выбрано равным 18, что обеспечивает калибровку за 4-5 калибрующих оборотов накатников. Полная высота зубьев h_н = 9,0 мм. На 58-мм зубьях деформирующего сектора высота зубьев плавно возрастала от 0 до 9,0 мм. Окружная скорость накатника 0,07 м/с.

Накатку осуществляют следующим образом.

Заготовку диаметром D_з = 144,5 мм устанавливают на центральном шпинделе стана и закрепляют прижимными оправками. Накатные валки при этом располагают относительно заготовки таким образом, что к ней обращен сектор, лишенный зубьев - заходный сектор, за которым находятся деформирующий и калибрующий секторы. Заготовку опускают с помощью гидроцилиндра центрального шпинделя стана в кольцевой индуктор и нагревают в течение 20-23 с до 1150-1200^о С на глубину 12-15 мм. После нагрева заготовку поднимают на позицию накатки и включают привод вращения валков и заготовки. Валки с затылованными и калибрующими зубьями совершают формообразование и калибровку. Затем валки останавливают в исходном положении, а заготовку извлекают из центрального шпинделя после его опускания на исходную позицию. После окончательного ее остывания осуществляют замер параметров точности: радиального биения F₂₂ и колебания длины общей нормали F_vw. Зависимость F₂₂ и F_vw от числа оборотов накатников представлена на фиг.1 (а,б).

Как видно, при одном обороте валков получаются зубчатые профили наихудшего качества, что связано с невозможностью в данном случае равномерно продеформировать все зубья. С увеличением числа оборотов валков увеличивается положительное влияние калибровки на качество элементов зацепления зубчатых колес. При числе оборотов Пк≥8 параметры точности достигают 11-ой степени ГОСТ 1643-81 и в дальнейшем практически не меняются. Это связано с влиянием конструкции стана ЦКВММ-61 на точность элементов зацепления; недостаточная жесткость; погрешность кинематических цепей и т.д.

Предлагаемый способ накатывания зубчатых венцов в сравнении с прототипом обеспечивает возможность накатки зубчатых колес с оформленными торцами на стандартном оборудовании и хорошим заполнением зубьев и торцов.

Рассмотрим, например, предметно калибровку зубьев (фиг.2) для случая калибровки заготовки Z_з = 36 двумя накатниками с параметрами Z_н = 61, число калибрующих зубьев Z₄ = 19.

Как видно из фиг.2 и 3, при этой комбинации зубьев все зубья обкатываются обоими накатниками за четыре оборота.

Расчет проводится следующим образом.

За один оборот заготовки накатники взаимодействуют с 36-ю зубьями, за два оборота - 72-мя, за 3 - со 108-ю, за 4 - со 144/-мя и т.д. При этом первый накатник калибрует зубья с порядковым номером 62-81 за первый оборот; 143-162 - за второй и 224-243 - за третий, а второй накатник смещен относительно заготовки на 18 зубьев и калибрует за первый оборот зубья с порядковым номером 44-63; на второй - 125-144 и за третий - 206-225 зубьев. При кратности зубьев заготовки 36 получают, что первый накатник при первом обороте калибрует за второй оборот заготовки 26-36 зубьев, а за третий - 1-9 зубьев; за второй оборот накатника калибруется 35-36 зубьев и 1-18 зубьев; а за третий - 8-27 зубьев, т.е. за три свои оборота первый накатник калибрует все зубья колеса. В это же время второй накатник за первый оборот калибрует 8-27 зубьев, а второй - 17-36 зубьев, за третий - 26-36 и 1-9 зубьев и за четвертый - 1-18 зубьев.

Таким образом, за четыре оборота второй накатник также прокалибрует все зубья заготовки.

Как видно из приведенных примеров, для того, чтобы при нескольких оборотах накатника каждый раз калибровались новые зубья на колесе, необходимо, чтобы формируемый сектор не совпадал полностью с уже сформированным, а захватывал в калибровку новые зубья, на число которых и увеличивается уже сформированный сектор.

Очевидно, что для того, чтобы каждый зуб был калиброван обоими накатниками, что обеспечивает точность получаемых зубчатых венцов, необходимо обеспечить такое число оборотов накатников, при котором каждый из них скалибрует все зубья на колесе.

Использование: при изготовлении зубчатых колес. Сущность изобретения: способ включает последовательную формовку зубьев переменными по высоте зубьями накатников и калибровку зубчатого венца прерывистой обкаткой калибрующими секторами накатников неполностью совпадающих секторов зубчатого венца за число оборотов накатника, при котором суммарная длина заново перекрываемых каждым накатником за оборот калибруемых участков зубчатого венца равна или больше длины зубчатого венца обрабатываемого колеса без числа зубьев калибровочного участка накатника. 3 ил.

СПОСОБ НАКАТЫВАНИЯ ЗУБЧАТЫХ ВЕНЦОВ, при котором предварительно формируют по высоте зубья участками зубчатого венца накатника полной высоты, а затем калибруют участками зубьев накатника полного профиля, отличающийся тем, что калибровку зубчатого венца производят за несколько оборотов зубьев накатников на позиции формирования зубьев по высоте прерывистой обкаткой калибрующими секторами накатников за число оборотов накатника, при котором суммарная длина заново калибруемых участков зубьев заготовки равна или больше ее числа зубьев.