СПОСОБ ОБРАБОТКИ ЗУБЬЕВ КРУПНОМОДУЛЬНЫХ ТЯГОВЫХ КОЛЕС Российский патент 2006 года по МПК C21D9/32 C21D7/04 B23F5/12 

Изобретение относится к металлообработке и может быть использовано в различных областях машиностроения, а именно для упрочнения различных деталей с чередующимися выступами и впадинами. Известен способ обработки зубьев крупномодульных колес, заключающийся в том, что после зубошлифования поверхности зубьев колеса проводят финишную операцию - поверхностно-пластическое деформирование всего контура зуба-эвольвенты, переходной кривой и впадин между зубьями. (см. RU 2137848 C1, C 21 D 7/04, 20.09.1999).

Наиболее близким аналогом принимается известный способ обработки зубьев крупномодульных колес, включающий закалку, механическую обработку поверхности зубьев, поверхностно-пластическое упрочнение всего контура зуба - эвольвенты, переходной кривой и основания зуба (см. RU 2213148 C1, C 21 D 7/04, 27.09.2003).

Техническим результатом изобретения является повышение качества и надежности зубчатых колес.

Для достижения технического результата в известном способе обработки зубьев крупномодульных колес, включающем закалку, механическую обработку поверхности зубьев, поверхностно-пластическое упрочнение всего контура зуба - эвольвенты, переходной кривой и основания зуба, механическую обработку ведут путем строгания всего контура зуба - эвольвенты, переходной кривой и основания зуба с помощью лезвийного инструмента, исключающей появление прижогов, микротрещин и обеспечивающей шероховатость всего контура зуба R_a=1,2-1,4 мкм для создания благоприятных условий проведения операции поверхностно-пластического деформирования.

Одна из причин замены зубошлифования зубостроганием заключается в следующем: зубошлифование наиболее дорогостоящая, трудоемкая и энергоемкая операция. Зубошлифование (методом копирования или огибания) несущих поверхностей зубьев приводит к удорожанию зубчатых колес и передачи в целом. Процесс шлифования закаленных зубчатых колес представляет собой комплекс механических и тепловых воздействий, существенно изменяющих физико-химическое состояние поверхностного слоя, как правило, в направлении снижения несущих способностей зубьев. Теплота способствует образованию прижогов и микротрещин усталостного характера, шаржированию поверхностей зубьев. В результате возникает необходимость в дополнительных проходах, с целью удаления образовавшегося слоя на поверхности зубьев. Кроме того, шлифование переходной кривой у основания зуба, имеющего выкружку, затруднено или вообще не осуществляется, и все дефекты от термообработки остаются, тогда как основная концентрация изгибных усилий при работе зубчатых передач сосредоточена именно на переходной кривой. Также вызывают трудности обеспечения точности рабочих поверхностей шлифующего круга и необходимость частей их правки при цикле шлифования поверхности эвольвенты зуба. После зубошлифования проводится тщательный контроль на наличие прижогов и трещин на поверхности зубьев, что удорожает производство колес.

Применение рекомендуемой технологии увеличивает качество и надежность зубчатых колес, тем самым способствует ее внедрению на предприятиях машиностроения и, в частности, на ремонтных предприятиях железнодорожного транспорта. Операция зубострогания заменяет процесс зубошлифования, тем самым исключает применение дефицитных, очень дорогостоящих зубошлифовальных станков, а зубострогание осуществляется на обычных фрезерных станках в специальном приспособлении. В данной заявке конструкция приспособления не рассматривается, так как предлагается только последовательность процессов технологии обработки закаленных зубчатых колес инструментом с режущей пластиной из сверхтвердого сплава.

При лезвийной обработке происходит равномерное срезание припуска по длине (высоте) зубчатого колеса и со стружкой удаляются все дефекты, полученные после закалки, и не вносятся погрешности в обработанную поверхность, которые можно наблюдать после зубошлифования. Так как при зубострогании выделяется очень небольшое количество тепла, то это способствует выравниванию деформации, полученной после термообработки.

При зубострогании обрабатываются эвольвента, переходная кривая и основание у ножек зубьев. Для обработки применяется удобный в эксплуатации инструмент, не требующий больших затрат, так как при обработке зубьев крупного модуля достаточно иметь у сменной пластины режущую кромку небольшой длины 4-5 мм.

При зубострогании по длине зуба образуется минимальная 0,05-0,07 мм огранка и с шероховатостью по всему контуру зуба R_a=1,2-1,4 мкм. Таким образом, зубострогание обеспечивает приемлемые условия для проведения операции поверхностного упрочнения. Одновременное упрочнение всей рабочей поверхности зуба повышает точность зацепления, тем самым снижается нагрузка на зубья и, как следствие, изгибные и контактные напряжения, что позволяет практически избежать поломок и сколов зубьев.

Величина шероховатости после поверхностно-пластического деформирования (ППД) по всему контуру R_a=0,32 мкм. Одновременно уменьшаются и другие параметры: понижается уровень наибольшей высоты неровностей профиля до R_max=2-3 мкм, сглаживается радиус вершин выступов, особенно в переходном участке от эвольвенты к впадине зубьев до r=500-600 мкм, что свидетельствует о более пологих формах поверхностей. При зубострогании и ППД практически отсутствуют тепловые потоки, в результате еще больше повышается прочность зуба.

В итоге результатом внедрения новой технологии является увеличение гарантийного пробега до 1800 тыс. км, т.е. на 75% (утвержденный межремонтный пробег составляет 800 тыс. км), уменьшается время простоев подвижного состава по вине тягового редуктора, исключаются внеплановые ремонты.

Изобретение относится к металлообработке и может быть использовано в различных областях машиностроения, а именно, для обработки различных закаленных деталей с чередующимися выступами и впадинами. Обработка закаленных зубьев сверхтвердым лезвийным инструментом заменяет дорогостоящий процесс зубошлифования. Предлагаемый способ включает в себя следующую совокупность процессов: существующая традиционная токарная обработка колеса; фрезеровка зубьев; закалка поверхности зубьев до твердости HR_C-51; зубострогание лезвийным инструментом; финишная обработка - поверхностное пластическое деформирование всего рабочего контура зуба - эвольвенты, переходной кривой и впадин между зубьями. При лезвийной обработке происходит равномерное срезание припуска по длине (высоте) зуба. Со стружкой удаляются все дефекты, полученные после закалки, и не вносятся погрешности в обработанную поверхность, которые можно наблюдать после зубошлифования. При зубострогании по длине зуба образуется минимальная 0,05-0,07 мкм огранка с шероховатостью по всему контуру зуба R_a=1,2-1,4 мкм, что обеспечивает приемлемые условия для проведения операции поверхностного упрочнения. Применяемый способ повышает качество и надежность в работе колес, тем самым способствует его внедрению на предприятиях машиностроения и, в частности, на ремонтных предприятиях железнодорожного транспорта.

Способ обработки зубьев крупномодульных колес, включающий закалку, механическую обработку поверхности зубьев, поверхностно-пластическое упрочнение всего контура зуба - эвольвенты, переходной кривой и основания зуба, отличающийся тем, что механическую обработку ведут путем строгания всего контура зуба - эвольвенты, переходной кривой и основания зуба с помощью лезвийного инструмента, исключающего появление прижогов, микротрещин и обеспечивающего шероховатость всего контура зуба R_a=1,2-1,4 мкм, для создания благоприятных условий проведения операции поверхностно-пластического деформирования.