СПОСОБ ЗУБОПРИТИРКИ Российский патент 1997 года по МПК B23F19/00 B23F19/04 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при изготовлении зубчатых колес, при отделке зубьев абразивным инструментом в виде абразивного или алмазного хона, выполненного в виде зубчатого колеса или червяка.

Известен способ абразивного зубохонингования при свободном обкате инструмента и детали, предусматривающий осцилляцию абразивного хона по отношению к обрабатываемому зубчатому колесу.

Процесс зубохонингования осуществляется на станках без жесткой кинематической связи и заключается в совместной обкатке обрабатываемого зубчатого колеса и инструмента (зубчатого хона), выполненного (как правило) из пластмассы в смеси с абразивным порошком. Обкатка сопровождается их относительным продольным либо поперечным перемещением при небольшом радиальном или окружном давлениях. Для интенсификации процесса в ряде станков осуществляется быстрое колебательное движение инструмента вдоль оси (осцилляция).

Недостатком данного способа является низкая точностная стойкость зубчатых хонов и быстрое снижение производительности хонингования при обработке одного колеса вследствие затупления хона, "засаливания" его пор частицами срезанного металла.

Наиболее близким к изобретению является способ зубопритирки, предусматривающий введение в зону обработки свободного абразива посредством нанесения его в виде пасты на зубья притира до обработки либо подачи в виде суспензии в процессе обработки.

Процесс притирки зубьев цилиндрических зубчатых колес представляет собой искусственный износ рабочих поверхностей зубьев с применением абразивной пасты. Притирка осуществляется одним или несколькими цилиндрическими зубчатыми притирами внешнего или внутреннего зацепления. Оси деталей и притира либо параллельны, либо перекрещиваются. Притир сопрягается с обрабатываемым колесом при окружном усилии 1000-2000 Н/м ширины обрабатываемого колеса. Инструмент и деталь обкатываются друг относительно друга свободно, т.е. без кинематической связи. Кроме вращательного, обкатного движения притир (или обрабатываемая деталь) совершают осевое перемещение (а в некоторых схемах притирки и быстрое радиальное перемещение), чем обеспечивается более равномерный съем металла с зубьев обрабатываемого колеса.

Недостатком данного способа является столь же интенсивное, как и обрабатываемой детали, изнашивание инструмента (притира). Основным критерием выбора зернистости абразива смеси (пасты, суспензии) является шероховатость обрабатываемой поверхности зубьев. Вопрос точностной стойкости инструмента вообще не учитывается, в результате чего последний теряет точность уже при обработке первой детали и по мере обработки других деталей точность неуклонно снижается.

Кроме того, так как свободный абразив является основным режущим элементом процесса, то приходится вести обработку при малых окружных скоростях (значительное меньших, чем при зубохононгования), чтобы зерна абразива не выводились из зоны обработки центробежными силами.

Задачей изобретения является повышение эффективности процесса отделки зубьев колес абразивным инструментом, выраженное в повышении точностной стойкости инструмента и поддержания высокой производительности съема с поверхности зубьев детали.

Задача решается за счет того, что в способе зубопритирки, включающем возвратно-поступательное перемещение детали или инструмента вдоль оси и свободное непрерывное обкатывание детали с зубчатым инструментом в присутствии свободного абразива, подаваемого в зону обработки в виде пасты или суспензии, свободный абразив берут с размерами зерен, определяемыми из соотношения:

где D_з средний размер зерен свободного абразива, мкм; D_оср средний размер зерен абразива, закрепленного в поверхности зубьев инструмента, мкм; V_A объемная концентрация зерен закрепленного абразива в структуре абразивного инструмента (в долях от 1,0).

Указанный размер зерен абразива позволяет им, внедряясь в поры на поверхности, разрушать мостики связки, удерживающие на поверхности зубьев инструмента зерна основного рабочего абразива, обеспечивающего съем металла. В результате слой затупившихся основных зерен удаляется с поверхности зубьев инструмента, вскрывается слой "свежих", острых зерен, чем и обеспечивается поддержание съема металла с зубьев детали на высоком уровне.

На фиг. 1 представлена модель структуры режущей части зуба абразивного зубчатого хона с элементами в виде равносторонних трехгранников; на фиг.2 - элементы структуры в увеличенном виде; на фиг.3 расчетная схема для определения размера зерен свободного абразива; на фиг.4 график изменения съема при зубохононговании при применении свободного абразива, где Q_ф - средний фактический съем при применении абразивного "затачивания" хона; Q_max, Q_min наибольшее и наименьшее значение съема при зубохонинговании без "затачивания"; на фиг.5 схема реализации способа на станке.

Предлагаемый способ абразивной отделки зубчатых колес основан на следующих теоретических положениях. В общем случае структуру абразивного зубчатого хона, так же, как любого абразивного инструмента (шлифовального круга, бруска и т.п.), можно представить состоящей из элементарных ячеек, представляющих собой правильные трехгранные пирамиды. Статически устойчивым можно считать такое положение элементарной ячейки, когда одна из граней пирамиды ориентирована в плоскости, параллельной к плоскости, касательной к эвольвентной поверхности профиля зуба инструмента, в центральной точке грани пирамиды (фиг.1). Использование данной модели структуры абразивного зубчатого хона позволяет получить аналитические зависимости между размерами рабочих зерен абразива, закрепленных в поверхности (D_оср) и мостиками связки, с размерами ячейки (фиг.2).

где l расстояние между центрами зерен закрепленного абразива, мкм; d_с диаметр столбика связки, мкм; V_А, V_с объемная концентрация абразива и связки в долях от общего объема абразивного зубчатого венца (могут быть определены при изготовлении хона).

Для успешного восстановления режущих свойств хона, необходимо ввести в зону обработки зерна свободного абразива, размеры которого вызвали бы разрушения столбиков связки в поверхностном слое на поверхности зубьев. Принимая во внимание, что разрушение столбиков связки для большинства связующих материалов (керамики, пластмасс типа АСТ, АСТ-Т, ЭД-5, ЭД-6) происходит при величине деформации больше или равных диаметру столбика связки, диаметр зерен свободного абразива (фиг.3) может быть определен как:

Реализация изложенных выше теоретических положений в предлагаемом способе осуществляется в следующей последовательности:
1. В соответствии с требованиями шероховатости зубьев обрабатываемого колеса (R_а, мкм) определяют зернистость рабочих зерен, закрепленных в поверхности зубьев хона (D_оср). Для этой цели можно использовать полученную на основе анализа и обработки данных зависимость:
D_оср 45,45R_а 16,27.

2. Назначают объемную концентрацию закрепленных зерен (V_А 0,2-0,6) в соответствии с требованиями прочности зубьев хона и физико-механических характеристик материала связки хона.

3. Рассчитывают (формула 3) зернистость зерен свободного абразива (D_з), применяемого в составе пасты или суспензии для затачивания зубьев хона при реализации предлагаемого способа.

Известно, что в процессе абразивной обработки металла связанным абразивом интенсивность съема изменяется по определенному закону, причем параметры кривой съема могут быть определены экспериментально. Используя график, полученный при эксперименте (фиг.4), можно определить интервал времени между двумя впрыскиваниями абразивной суспензии в зону обработки как сумму T_Σ (T₁ + T₂).

Реализация способа на станке осуществляется следующим образом (фиг.5). Деталь зубчатое колесо 1 обкатывают с зубчатым абразивным инструментом - хоном 2, являющимся реверсируемым ведущим элементом станочного зацепления. Кроме обкатного движения деталь совершает возвратно-поступательные перемещения вдоль оси. Обработку ведут в присутствии смазывающей охлаждающей жидкости (СОЖ), подаваемой в зону обработки под давлением с помощью штуцера 3.

Состав СОЖ: 50% масло минеральное марки "Индустриальное-20", 50% - керосин. Абразивную суспензию, содержащую свободный абразив определенной зернистости, впрыскивают в зону обработки с помощью ручного или автоматизированного дозирующего устройства 4. Состав суспензии может быть следующим: свободный абразив 15-20% СОЖ 80-85% по объему суспензии.

При практической апробации способа (станок полуавтомат GH-12 фирмы "Черчилл") проводилась обработка прямозубых зубчатых колес, имеющих следующие параметры: m 3,5; Z₁ 18; b₁ 38 мм, материал сталь 12X2Н4А-Ш, цементированная, закаленная, твердость зубьев HRC 58-61. Зубчатый хон косозубый b_o 3^o; m 3,5; Z₀ 61, связка пластмасса АСТ-Т, абразив шлифпорошок 24А, зернистость N 3.

Режимы обработки: П₀ 228 об/мин, продольная подача стола станка (обрабатываемого колеса) 0,3 м/мин.

Цикл обработки колеса:
обычное зубохонингование при интенсивной подаче СОЖ в зону обработки - в течение 45 с (время T_Σ 45 с определено экспериментально построением графика съема металла с боковой поверхности зуба колеса; фиг.4);
отключение подачи СОЖ, импульсная подача абразивной суспензии (абразив зернистости N 5, согласно расчету по формуле 3) впрыскиванием в зону обработки с помощью специального устройства (шприца) в течение 5-10 с (обработка без подачи СОЖ);
распределение суспензии по зубьям хона посредством непрерывного обматывания без подачи СОЖ в течение 5-10 с;
включение подачи СОЖ продолжение обычного зубохонингования в течение 45 с и т.д. до тех пор, пока с поверхности зуба колеса не будет снят весь необходимый припуск.

Обычное зубохонингование в данных условиях не позволяет снять припуск более 0,05-0,1 мм на сторону зуба детали. Причем, чем дольше идет хонингование, тем больше потери точности профиля зубьев колеса и хона.

Бессистемная подача абразивной суспензии (произвольной зернистости, не выверенная по времени) приводит к прогрессивному разрушению зубьев хона.

Реализация предлагаемого способа сохраняет точность зубьев хона, повышает его стойкость, и в то же время позволяет снимать значительный припуск с зубьев детали при стабильно высокой производительности (Q_ф фактический усредненный съем) этого процесса. В экспериментах удавалось снять до 0,8 мм на сторону зуба детали при повышении точности профиля с 10 до 8 ст (ГОСТ 1643-81).

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при изготовлении зубчатых колес. Сущность изобретения состоит в том, что обрабатываемое колесо обкатывают с зубчатым инструментом при возвратно-поступательном перемещении детали или инструмента в присутствии зерен свободного абразива, подаваемых в зону обработки в виде пасты или суспензии, причем свободный абразив берут с размерами зерен, определяемыми из соотношения: где: D_з - средний, наиболее вероятный размер зерен свободного абразива, мкм; D_оср - средний, наиболее вероятный размер зерен абразива, закрепленного мостиками связки в рабочей поверхности зубьев инструмента, мкм; V_А - объемная концентрация зерен абразива (D_оср) в структуре абразивного инструмента, долях от общего объема, принятого за 1,0. 5 ил.

Способ зубопритирки при возвратном поступательном перемещении детали или инструмента, выполненного в виде зубчатого колеса, в условиях свободного непрерывного обката с подачей в зону обработки зерен свободного абразива в виде пасты или суспензии, отличающийся тем, что на поверхности зубьев инструмента закрепляют абразивные зерна с заданными параметрами, а размеры зерен свободного абразива задают в соответствии с соотношением

где D_з средний размер зерен свободного абразива, мкм;
D_о.ср средний размер зерен абразива, закрепляемого в структуре поверхности зубьев инструмента, мкм;
V_а объемная концентрация зерен закрепляемого абразива в структуре абразивного инструмента, доли от 1.