УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТАТИКО-ИМПУЛЬСНОГО ОБКАТЫВАНИЯ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС Российский патент 2009 года по МПК B21H5/00 B24B39/00 

Описание патента на изобретение RU2347639C1

Изобретение относится к технологии машиностроения, в частности к устройствам для отделочно-упрочняющей обработки заготовок из сталей и сплавов поверхностным пластическим деформированием в холодном состоянии со статико-импульсным нагружением инструмента-накатника.

Известно устройство и специальный станок мод. Ст-1071, изгот. ЗИЛ [1] для поверхностного пластического деформирования, упрочнения и калибрования зубчатых колес, в котором три накатника, выполненных в виде закаленных эталонных зубчатых колес, расположены под углом 120° один к другому, с определенным статическим усилием прижимаются к сырой заготовке обрабатываемого зубчатого колеса и обкатываются с ней. Одно эталонное зубчатое колесо является ведущим и имеет принудительное вращение. Заготовка получает вращение от ведущего эталонного колеса, а два других эталонных колеса - от заготовки [2].

Известное устройство отличается недостаточной эффективностью процесса обработки, низким КПД, недостаточно большой глубиной упрочненного слоя и недостаточно высокой степенью упрочнения обрабатываемой поверхности, ограниченными возможностями регулирования шероховатости поверхности, а также ограниченными технологическими возможностями управления в создании гетерогенных упрочненных слоев и регулярного микрорельефа обрабатываемой поверхности.

Задачей изобретения является расширение технологических возможностей за счет совмещения обработки поверхностным пластическим деформированием со статико-импульсным нагружением обрабатываемой поверхности и новых конструкций инструментов, позволяющих управлять глубиной упрочненного слоя и микрорельефом поверхности, а также повышать качество обрабатываемой поверхности и производительность обработки.

Поставленная задача решается с помощью предлагаемого устройства для поверхностного пластического деформирования, упрочнения и калибрования зубчатых колес, содержащего три накатника, выполненных в виде закаленных эталонных зубчатых колес, расположенных под углом 120° один к другому и охватывающих заготовку обрабатываемого зубчатого колеса, при этом одно эталонное зубчатое колесо имеет индивидуальный привод вращения и является ведущим для принудительного вращения заготовки и других эталонных колес при обкатывании, другое эталонное колесо снабжено устройством статического прижатия к заготовке обрабатываемого зубчатого колеса, причем дополнительно к одному эталонному колесу прикладывают РИМ импульсную нагрузку от гидравлического генератора импульсов, при этом наружная рабочая поверхность зубьев одного эталонного колеса выполнена из стальной проволоки круглого сечения, отрезки которой установлены вдоль зуба и закреплены на торцах зубьев эталонного колеса, причем торцы зубьев выполнены в виде планок и спрофилированы по форме зуба, а наружная рабочая поверхность зубьев другого эталонного колеса выполнена из стальной проволоки круглого сечения, которая изогнута и спрофилирована по форме зубьев, набрана в пакет, который закреплен на ступице, таким образом, что прутки проволоки расположены поперек направления зуба.

Особенности конструкции и работы устройства поясняются чертежами.

На фиг.1 представлена схема обкатывая предлагаемым устройством для поверхностного пластического деформирования со статико-импульсным нагружением рабочей зубчатой поверхности заготовки - зубчатого колеса; на фиг.2 - зуб эталонного зубчатого колеса-накатника, изготовленного из прутков проволоки, расположенных вдоль зуба; на фиг.3 - сечение А-А на фиг.2; на фиг.4 - сечение Б-Б на фиг.2; на фиг.5 - вид по В на фиг.2; на фиг.6 - зуб эталонного зубчатого колеса-накатника, изготовленного из прутков проволоки, расположенных поперек зуба; на фиг.7 - вид по Г на фиг.6; на фиг.8 - сечение Д-Д на фиг.6; на фиг.9 - сечение Е-Е на фиг.6; на фиг.10 - схема зубчатого зацепления заготовки с зубчатым накатником, изготовленного из прутков проволоки, расположенных поперек зуба.

Предлагаемое устройство служит для поверхностного пластического деформирования, упрочнения и калибрования рабочей поверхности зубчатых колес 1 с использованием постоянной статической РСТ и периодической импульсной нагрузки РИМ на обкатывающие инструменты - накатники в виде закаленных эталонных зубчатых колес 2, 3 и 4 в количестве не менее трех штук.

Устройства для ППД содержат три накатника, выполненных в виде закаленных эталонных зубчатых колес 2, 3 и 4, расположенных под углом 120° один к другому и охватывающих заготовку 1 обрабатываемого зубчатого колеса. Зубья накатников по конструкции отличаются друг от друга.

Одно эталонное зубчатое колесо-накатник, например, поз.3 (см. фиг.1) имеет индивидуальный привод вращения (не показан) и является ведущим для принудительного вращения заготовки 1 и других эталонных колес 2 и 4. Этот накатник 3 имеет зубья с гладкой рабочей закаленной зубчатой поверхностью, как в традиционных конструкциях [1, 2].

Другое эталонное колесо-накатник 2 снабжено устройством 5 для статического прижатия с усилием РСТ к заготовке 1 обрабатываемого зубчатого колеса и периодического импульсного нагружения РИМ с помощью гидравлического генератора импульсов [ГТИ] 6 [3-5].

Наружная рабочая поверхность зубьев эталонного колеса-накатника 2 выполнена из стальной проволоки круглого сечения, отрезки 7 которой установлены вдоль зуба и закреплены на торцах зубьев эталонного колеса, при этом торцы выполненны в виде планок 8, спрофилированных по форме зуба с учетом диаметра отрезков 7 проволоки (см. фиг.2-5).

Наружная рабочая поверхность зубьев эталонного колеса-накатника 4 выполнена из стальной проволоки круглого сечения, прутки 9 которой изогнуты и спрофилированы по форме зуба, набраны в пакет, который закреплен на ступице 10, таким образом, что прутки 9 проволоки расположены поперек направления зуба (см. фиг.6-9). Поперечные прутки 9 в пакете скреплены с помощью точечной сварки продольными прутками 11 проволоки с целью ужесточения конструкции зубьев. Пакет из прутков 9 надевается на гладкую ступицу 10 колеса-накатника 4 и крепится на ней, например, с помощью точечной сварки.

Зубчатое колесо-накатник 2 крепится к волноводу 12, который установлен в гидроцилиндре 6 ГГИ [3-5] и контактирует с бойком 13.

В качестве механизма статического и импульсного нагружения эталонных колес-накатников 2, 3 и 4 применяется гидравлический генератор импульсов (ГТИ), позволяющий плавно изменять величину и частоту пульсации нагрузки в зависимости от требуемой глубины наклепа и необходимого качества поверхности. Величина статической силы РСТ деформирования выбирается наибольшей из обеспечивающих упругие контактные деформации обрабатываемого материала заготовки зубчатого колеса 1.

Импульсное нагружение Рим осуществляется посредством удара бойка 13 по торцу волновода 12, на котором закреплено эталонное колесо-накатник 2.

Предлагаемое устройство имеет возможность обкатывать зубчатые поверхности в двух режимах: в режиме постоянного нагружения РСТ деформирующих колес-накатников, когда не работает гидроударник, и в режиме ударно-импульсного РИМ обкатывания.

Режим ударно-импульсного обкатывания расширяет технологические возможности приспособления и дает возможность оптимального подбора параметров упрочняющей обработки зубчатой поверхности.

Работа предлагаемого устройства заключается в следующем.

Устройство предназначено для финишной обработки поверхностным пластическим деформированием - обкатыванием зубчатых колес. Заготовку зубчатого колеса устанавливают на эталонные колеса-накатники 3 и 4 и поджимают колесом-накатником 2. Заготовка обрабатываемого колеса получает вращательное движение VЗ от колеса-накатника 3, которое принудительно вращается от индивидуального привода (не показан). Скорость вращения заготовки производится в одном и другом направлении и задают в зависимости от требуемого качества, производительности, конструктивных особенностей заготовки и оборудования. Обычно скорость составляет 30...40 м/мин.

В процессе обработки зубчатой поверхности заготовки колеса деформирующими зубчатыми накатниками, вращающимися в процессе обкатывания от ведущего колеса-накатника 3, обеспечивается постоянный гарантированный контакт накатников с обрабатываемой зубчатой поверхностью за счет нажимного колеса-накатника 2, которое передает усилия РСТ и РИМ от ГГИ. При этом деформирующие колеса-накатники 2 и 4 самоустанавливаются за счет прогибания боковых сторон зубьев и принимают форму зуба заготовки, увеличивая площадь контакта (см. фиг.10).

Сущность процесса заключается в том, что зубья колес-накатников 2 и 4 с деформирующими элементами на боковых сторонах, выполненные из прутков проволоки, изготовлены так, что толщина зуба по делительному диаметру SD больше толщины зуба по делительному диаметру обкатываемого колеса на двойную величину натяга, принимаемого 0,1...1,0 мм.

Предлагаемое устройство с колесами-накатниками, имеющими гладкую рабочую поверхность зубьев, поз.3, упругую рабочую поверхность зубьев, изготовленную из прутков проволоки, расположенных поперек зуба, поз.4, и упругую рабочую поверхность зубьев, изготовленную из прутков проволоки, расположенных вдоль зуба, поз.2, позволяет эффективно обкатывать зубчатые поверхности, совмещая предварительный, получистовой и чистовой переходы. За счет этого сокращается машинное время обработки, увеличивается производительность, достигается более высокое качество обработки.

Ширина зубчатого венца накатников перекрывает ширину венца обрабатываемых колес; зуб накатников для компенсации бокового зазора сделан толще. По мере износа колес-накатников их несколько раз перешлифовывают.

Прутки 7 накатника 2 в качестве деформирующих элементов при обкатывании оставляют следы сглаживания шероховатостей поверхности и упрочнения поверхностного слоя металла, параллельные направлению зуба. Прутки 9 накатника 4 в качестве деформирующих элементов при обкатывании оставляют следы сглаживания шероховатостей и упрочнения поверхностного слоя металла поперек направления зуба. В процессе обкатывания накатником 3 с гладкой рабочей зубчатой поверхностью происходит калибрование, сглаживание шероховатостей и упрочнение поверхностного слоя металла по всему профилю зуба.

Работа предлагаемого устройства заключается в следующем.

В отличие от шевингования, окончательное обкатывание профиля зубьев осуществляется без снятия стружки путем пластического деформирования металла в холодном состоянии. В процессе обработки обкатыванием заготовки с предварительно обработанными зубьями оси вращения трех накатников располагают параллельно оси заготовки. Вращающийся от заготовки накатник 2 перемещается к заготовке и при достижении беззазорного зацепления начинает процесс прикатки под определенным усилием. Расстояние между осями накатника и детали постепенно уменьшается до получения требуемого размера зубьев заготовки колеса. Во время прикатывания на зубьях обрабатываемого колеса и накатника имеет место взаимное скольжение, которое вызывает на сторонах зубьев колеса сдвиг металла.

Деформирующие прутки на 2 и 4 накатниках под действием статической нагрузки РСТ производят выглаживающее действие, а под действием мгновенной импульсной нагрузки РИМ - пластически деформируют обрабатываемую поверхность.

В результате пластической деформации микронеровностей и поверхностного слоя параметр шероховатости поверхности повышается до Ra=0,1...0,4 мкм при исходном значении Ra=0,8...3,2 мкм. Твердость поверхности увеличивается на 30...80% при глубине наклепанного слоя 0,3...3 мм. Остаточные напряжения сжатия достигают на поверхности 350...750 мПа.

Достоинствами предлагаемого устройства являются: уменьшение погрешности предшествующей обработки; многоэлементность устройства позволяет отказаться от многопроходности обработки, за счет чего достигается более высокое качество обработки за минимальное количество проходов; образование определенной макро- и микрогеометрической формы обработанной поверхности, уменьшение параметра шероховатости - сглаживание поверхности, изменение структуры материала за счет поверхностного наклепа и создание определенного напряженного состояния - все это благоприятно действует на износостойкость.

Периодическую импульсную нагрузку РИМ осуществляют с помощью ГГИ, волновод которого воздействует на накатник 2. Проходящий импульс формирует динамическую составляющую силы деформации, которая интенсифицирует процесс поверхностного пластического деформирования и упрочняет поверхностный слой обрабатываемой поверхности. Возможность рационального использования энергии ударных волн определяется размерами инструмента.

Пример. Обкатывали цилиндрические зубчатые колеса (z=24: mn=2,5 мм; β=39 31') на обкатном устройстве с тремя накатниками (конструкции их см. выше) с использованием ГГИ [3-5]. Колеса-нактники были изготовлены из стали Р6М5 и закалены до твердости HRC 60...63; зубья шлифовали. Обкатывание производили по приведенным в таблице 1 режимам.

Рекомендуемая величина давления и время обкатки для закаленных зубчатых колесЧисло зубьев обрабатываемого колеса13...1516...1819...2122...2425...2728...3031...38Время обкатывания, в сек581012151520Суммарное давление РСТИМ в Н101020406080100

По сравнению с шевингованием, обкатывание на предлагаемом устройстве позволило увеличить производительность в 4-5 раз, уменьшить параметр шероховатости поверхности на профилях зубьев до Ra=0,32 мкм, снизить уровень звукового давления на 2-3 дБ, повысить стабильность размеров зубчатого зацепления и качество. Стойкость накатников составляет ˜25000 деталей, время обкатки колеса - 15 с. Зубья прикатанных колес во время термической обработки вследствие более однородной структуры поверхностных слоев деформировались меньше, чем шевингованные. Точность зубчатых колес перед обкатыванием должна быть выше, а припуск на сторону зуба меньше, чем перед шевингованием, наполовину.

Для повышения шероховатости поверхности зубьев и для предотвращения задиров применяют охлаждающую жидкость, состоящую из 4 частей керосина и одной части машинного масла.

В процессе обкатывания происходит сглаживания шероховатостей - следов обработки зуба заготовки резанием и упрочнения поверхностного слоя металла по всему профилю зуба. При этом твердозакаленные, тщательно отделанные с высокой точностью зубья эталонных колес калибруют зубья заготовки по профилю и размерам. Исправление профиля и размеров зуба заготовки осуществляется в небольших пределах, главным образом за счет смятия шероховатостей исходной поверхности и выравнивания микропрофиля. Поэтому в большинстве случаев специальный припуск на калибрование не оставляется. Так, изменение толщины зуба стального колеса с модулем m=2 мм, предварительно нарезанного червячной фрезой с шероховатостью поверхности Ra=2,5...5 мкм, находится в пределах 0,02...0,03 мм.

Источники информации

1. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т. 1 / Под ред В.М.Кована. - 2-е изд. перераб. и доп. - М.: Машгиз (ГНТИМЛ), 1963, с.409-410, фиг.302.

2. Шнейдер Ю.Г. Холодная бесштамповая обработка точных деталей давлением. - М: МАШГИЗ, 1960, с.236-238.

3. Патент РФ 2098259, МКИ6 В24В 39/00. Лазуткин А. Г., Киричек А.В., Соловьев Д.Л. Способ статико-импульсной обработки поверхностным пластическим деформированием. №96110476/02, 23.05.96; 10.12.97. Бюл. №34.

4. Киричек А.В., Лазуткин А.Г., Соловьев Д.Л. Статико-импульсная обработка и оснастка для ее реализации // СТИН, 1999, №6. - С.20-24.

5. Патент РФ 2090342. Лазуткин А.Г., Киричек А.В., Соловьев Д.Л. Гидроударное устройство для обработки деталей поверхностным пластическим деформированием. 1997. Бюл. №34.

Похожие патенты RU2347639C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ СТАТИКО-ИМПУЛЬСНОГО ОБКАТЫВАНИЯ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС 2007
  • Степанов Юрий Сергеевич
  • Киричек Андрей Викторович
  • Тарасов Дмитрий Евгеньевич
  • Афанасьев Борис Иванович
  • Сотников Владимир Ильич
  • Фомин Дмитрий Сергеевич
  • Василенко Юрий Валерьевич
  • Тиняков Алексей Иванович
  • Соловьев Дмитрий Львович
RU2347640C1
СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС 2011
  • Степанов Юрий Сергеевич
  • Киричек Андрей Викторович
  • Тарапанов Александр Сергеевич
  • Стеблецов Юрий Николаевич
  • Морин Владимир Валерьевич
  • Афанасьев Борис Иванович
  • Самойлов Николай Николаевич
RU2468881C2
НАКАТНИК ДЛЯ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС 2009
  • Степанов Юрий Сергеевич
  • Киричек Андрей Викторович
  • Афанасьев Борис Иванович
  • Мальцев Анатолий Юрьевич
  • Самойлов Николай Николаевич
RU2430805C2
СПОСОБ ОБРАБОТКИ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС ПОВЕРХНОСТНЫМ ПЛАСТИЧЕСКИМ ДЕФОРМИРОВАНИЕМ 2009
  • Степанов Юрий Сергеевич
  • Киричек Андрей Викторович
  • Афанасьев Борис Иванович
  • Мальцев Анатолий Юрьевич
  • Самойлов Николай Николаевич
RU2430806C2
ЗУБЧАТЫЙ ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ УПРОЧНЕНИЯ 2011
  • Степанов Юрий Сергеевич
  • Киричек Андрей Викторович
  • Тарапанов Александр Сергеевич
  • Стеблецов Юрий Николаевич
  • Морин Владимир Валерьевич
  • Афанасьев Борис Иванович
  • Самойлов Николай Николаевич
RU2470731C2
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИМПУЛЬСНОГО УПРОЧНЕНИЯ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС 2007
  • Степанов Юрий Сергеевич
  • Киричек Андрей Викторович
  • Афанасьев Борис Иванович
  • Сотников Владимир Ильич
  • Фомин Дмитрий Сергеевич
  • Василенко Юрий Валерьевич
  • Тиняков Алексей Иванович
  • Михайлов Геннадий Александрович
RU2360781C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТАТИКО-ИМПУЛЬСНОЙ ОБРАБОТКИ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС 2011
  • Степанов Юрий Сергеевич
  • Киричек Андрей Викторович
  • Морин Владимир Валерьевич
  • Поляков Алексей Владимирович
  • Тарапанов Александр Сергеевич
  • Стеблецов Юрий Николаевич
  • Афанасьев Борис Иванович
  • Самойлов Николай Николаевич
RU2469833C1
СПОСОБ СТАТИКО-ИМПУЛЬСНОЙ ОБРАБОТКИ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС 2011
  • Степанов Юрий Сергеевич
  • Киричек Андрей Викторович
  • Морин Владимир Валерьевич
  • Поляков Алексей Владимирович
  • Тарапанов Александр Сергеевич
  • Стеблецов Юрий Николаевич
  • Афанасьев Борис Иванович
  • Самойлов Николай Николаевич
RU2470761C2
СПОСОБ СТАТИКО-ИМПУЛЬСНОГО ПОВЕРХНОСТНОГО ПЛАСТИЧЕСКОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ 2006
  • Степанов Юрий Сергеевич
  • Киричек Андрей Викторович
  • Афанасьев Борис Иванович
  • Фомин Дмитрий Сергеевич
  • Самойлов Николай Николаевич
  • Василенко Юрий Валерьевич
  • Подзолков Максим Геннадиевич
  • Селеменев Константин Федорович
RU2324584C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТАТИКО-ИМПУЛЬСНОЙ ОБРАБОТКИ ВИНТОВ МЕТОДОМ ПРОТЯГИВАНИЯ 2006
  • Степанов Юрий Сергеевич
  • Киричек Андрей Викторович
  • Соловьев Дмитрий Львович
  • Афанасьев Борис Иванович
  • Фомин Дмитрий Сергеевич
  • Селеменев Константин Федорович
RU2317888C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 347 639 C1

Реферат патента 2009 года УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТАТИКО-ИМПУЛЬСНОГО ОБКАТЫВАНИЯ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС

Изобретение относится к технологии машиностроения, а именно к устройствам для статико-импульсного обкатывания зубчатых колес. Устройство содержит три накатника, выполненных в виде закаленных эталонных зубчатых колес, расположенных под углом 120° один к другому. Одно эталонное зубчатое колесо имеет индивидуальный привод вращения и является ведущим для принудительного вращения заготовки и других эталонных колес при обкатывании. Другое эталонное колесо имеет устройство статического прижатия к заготовке обрабатываемого зубчатого колеса. К одному эталонному колесу приложена импульсная нагрузка от гидравлического генератора импульсов. Наружная рабочая поверхность зубьев одного эталонного колеса выполнена из стальной проволоки круглого сечения, отрезки которой установлены вдоль зуба и закреплены на торцах зубьев эталонного колеса. Наружная рабочая поверхность зубьев другого эталонного колеса выполнена из стальной проволоки круглого сечения, которая изогнута и спрофилирована по форме зубьев и набрана в пакет, который закреплен на ступице, таким образом, что прутки проволоки расположены поперек направления зуба. В результате увеличивается производительность, уменьшается параметр шероховатости поверхности на профилях зубьев, снижается уровень звукового давления при обработке и повышается качество. 10 ил., 1 табл.

Формула изобретения RU 2 347 639 C1

Устройство для поверхностного пластического деформирования, упрочнения и калибрования зубчатых колес, содержащее три накатника, выполненных в виде закаленных эталонных зубчатых колес, расположенных под углом 120° один к другому и охватывающих заготовку обрабатываемого зубчатого колеса, при этом одно эталонное зубчатое колесо имеет индивидуальный привод вращения и является ведущим для принудительного вращения заготовки и других эталонных колес при обкатывании, другое эталонное колесо снабжено устройством статического прижатия к заготовке обрабатываемого зубчатого колеса, отличающееся тем, что дополнительно к одному эталонному колесу приложена Рим импульсная нагрузка от гидравлического генератора импульсов, при этом наружная рабочая поверхность зубьев одного эталонного колеса выполнена из стальной проволоки круглого сечения, отрезки которой установлены вдоль зуба и закреплены на торцах зубьев эталонного колеса, причем торцы зубьев выполнены в виде планок и спрофилированы по форме зуба, а наружная рабочая поверхность зубьев другого эталонного колеса выполнена из стальной проволоки круглого сечения, которая изогнута и спрофилирована по форме зубьев, набрана в пакет, который закреплен на ступице, таким образом, что прутки проволоки расположены поперек направления зуба.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2009 года RU2347639C1

СПОСОБ ИМПУЛЬСНОГО НАКАТЫВАНИЯ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС С ЭВОЛЬВЕНТНЫМ ПРОФИЛЕМ ЗУБЬЕВ 2002
  • Беляев А.И.
  • Сирицын А.И.
  • Широких Э.В.
  • Михайлов Г.И.
RU2216424C1
СПОСОБ И УСТРОЙСТВО НАКАТЫВАНИЯ С ПОДВИЖНОЙ ОПОРОЙ (ВАРИАНТЫ) 2004
  • Петровский Александр Николаевич
  • Сергутов Евгений Федорович
  • Сорокин Виталий Матвеевич
RU2284242C2
Способ накатывания зубчатых колес 1983
  • Касаткин Михаил Игоревич
  • Рызванович Александр Яковлевич
SU1199392A1
Способ накатки цилиндрического зубчатого профиля 1985
  • Иванов Борис Дмитриевич
  • Любанов Владимир Николаевич
  • Верзилов Юрий Николаевич
  • Иванов Анатолий Алексеевич
SU1489909A1
US 3084572 A, 09.04.1963.

RU 2 347 639 C1

Авторы

Степанов Юрий Сергеевич

Киричек Андрей Викторович

Тарасов Дмитрий Евгеньевич

Афанасьев Борис Иванович

Сотников Владимир Ильич

Фомин Дмитрий Сергеевич

Василенко Юрий Валерьевич

Тиняков Алексей Иванович

Соловьев Дмитрий Львович

Даты

2009-02-27Публикация

2007-09-18Подача