Реферат: Современные технологии производства зубчатых колес средних модулей
Работоспособность зубчатых колес в значительной степени зависит от правильного выбора геометрии зацепления (формы и величины модификации рабочих поверхностей зубьев), точности изготовления и качества поверхностного слоя зубьев. Эксплуатационные свойства зависят от воздействия на поверхностный слой зубьев комплекса технологических и металлургических факторов, которые тесно взаимодействуют между собой.
Для совершенствования производства зубчатых колес требуется разработка единой системы управления процессом изготовления деталей, затрудняющей проявление отрицательных факторов технологической системы обработки (технологической наследственности). Основу этой системы должно составлять управление качеством обработки на последовательно выполняемых технологических операциях механической, химико-термической и финишной обработки.
Радикальным средством улучшения качества зубчатых колес и повышения их эксплуатационных характеристик является применение технологий высокого уровня практически во всей технологической цепи изготовления деталей. К таким технологиям в первую очередь следует отнести:
- ионную химико-термическую обработку, включающую процессы ионной цементации, нитроцементации и азотирования;
- высокопроизводительную механическую обработку лезвийным инструментом, включая обработку поверхностей с твердостью HRC ~60;
- высокоэффективные методы глубинного шлифования, включая шлифование зубьев из целой заготовки ;
- высокопроизводительный метод финишной обработки зубьев – зубохонингование, обеспечивающий после мало деформационной вакуумной (ионной) химико-термической обработки восстановление точности и высокое качество упрочненной поверхности зубьев колес.
2.2 Химико-термическая обработка
Главным звеном технологического процесса, наибольшим образом определяющим качество изготовления зубчатых колес, является химико-термическая обработка. Она определяет уровень и качество упрочнения деталей, а также степень их деформации ,что, в свою очередь, определяет трудоемкость последующей финишной обработки. Цементации принадлежит центральное место среди способов химико-термического упрочнения зубчатых колес. Ее главное достоинство-возможность формирования диффузионных слоев высокой несущей способности. Наиболее эффективным процессом цементации является ионная цементация, что обусловлено преимуществами ионизированной атмосферы и совершенством применяемого технологического оборудования. К технологическим преимуществам вакуумной (ионной) цементации следует отнести высокую равномерность науглероживания, отсутствие внешнего и внутреннего окисления, уменьшение коробления деталей. Наиболее совершенным оборудованием для реализации указанного процесса являются полностью автоматизированные установки, производимые фирмой IPSEN (Германия). Им свойственна экологическая чистота из-за отсутствия нагрева окружающей среды и ничтожно малого выброса отработанных газов.
2.3 Механическая обработка заготовок
Современные достижения в области комплексной механической обработке заготовок зубчатых колес демонстрирует фирма BOEHRINGER , создавшая новую гамму токарных станков серии NG. предназначенных для крупно- и мелкосерийного производства. Модульная конструкция станков позволяет пользователю выбирать конфигурацию станка в зависимости от решаемых задач. Высокая жесткость станков в сочетании с высокой точностью обработки позволяет осуществлять наряду с традиционной обработкой обработку закаленных в том числе и прерывных поверхностей деталей. Такая обработка, естественно, требует применения специального инструмента.
Нарезание зубчатых венцов. Фрезерование зубьев зубчатых колес внешнего зацепления является наиболее распростравненной операцией предворительного формирования поверхностей зубьев под последующие операции шевингования, химико-термического упрочнения, шлифования зубьев.
Современные станки для фрезерования зубчатых колес отличаются высокой точностью и жесткостью конструкции, что позволяет обеспечивать высокоскоростную обработку зубчатых венцов с использванием инструметов из быстрорежущих сталей и твердых сплавов. Наиболее совершенные станки на мировом рынке представляет фирма PFAUTER ( Германия). Оригинальная конструкция станин станков этой фирмы в сочетании с системой циркуляции охлаждающей жидкости, обеспечивает внутреннюю термостабилизацию деталей и узлов станков и позволяет обеспечивать высокую точность обработки без термоконстатирования цехов.
Зубофрезерные станки фирмы PFAUTER выпускаются в двух компоновках: горизонтальные и вертикальные. Технические характеристики станков даны в таблице 1.
Зубодолбление нашло исключительное применение при нарезании зубчатых колес и шлиц внутреннего зацепления , а также при обработке блочных колес и “закрытых” венцов, т.е. венцов при обработке которых не обеспечивается свободный выход инструмента из зоны обработки. Современные конструкции зубодолбежных станков включают в себя большое количество ( до 8-ми ) управляемых от ЧПУ осей для обеспечения производительной работы, сокращения времени на переналадку и решения различных технологических задач зубообработки, например , нарезание двух и более взаимно ориентированных венцов. Наиболее совершенные зубодолбежные станки выпускаются фирмами PFAUTER и LORENZ (Германия). Технические характеристики станкав приведены в таблице 2.
Таблица 1.
| Вертикальные зубофрезерные станки | ||||
| модель | диаметр обработки, мм. | максимальный модуль,мм | длина фрезерования, мм | |
| Р120 | 90/120 | 3,0 | 250/400 | |
| Р200 | 200 | 3,0/5,0 | 250/400 | |
| Горизонтальные зубофрезерные станки | ||||
| Р100 | 90 | 3,0 | 100 | |
| Р210 | 210/250 | 3,0 | 100 | |
Таблица 2.
| Зубодолбежные станки фирмы PFAUTER | |||
| модель | диаметр обработки, мм. | максимальный модуль,мм | Ширина венца, мм |
| РSA-150 | 150 | 4.0 | 100 |
| РSA-300 | 300 | 6.0 | 130 |
| Зубодолбежные станки фирмы LORENZ | |||
| LFS 182 | 180 | 6.0 | 87 |
| LFS 282 | 280 | 6.0 | 87 |
Шлифование зубьев цилиндрических зубчатых колес. Зубошлифование является в большинстве случаев операцией финишной зубообработки, на которой формируется окончательная геометрия и точность боковых поверхностей зубьев. Как правило, зубошлифование выполняется после упрочняющей химико-термической обработки, что предъявляет высокие требования к качеству поверхностного слоя. На сегодня наиболее эффективным методом шлифования зубчатых колес является профильное шлифование с использованием высокопористых шлифовальных кругов. Наиболее совершенные станки для профильного зубошлифования правящимися шлифовальными кругами выпускают фирмы PFAUTER и OERLIKON. Модели станков и краткие технические характеристики станков приведены в таблице 3.
Таблица 3.
| Зубошлифовальные станки фирмы PFAUTER | |||
| модель | диаметр обработки, мм. | максимальный модуль,мм | Ширина венца, мм |
| Р 400 G | 400 | 12.0 | 400 |
| Р 600 G | 600 | 20.0 | 600 |
| Зубошлифовальные станки фирмы OERLIKON | |||
| OPAL 50 | 520 | 16.0 | 630 |
| OPAL 80 | 1000 | 16.0 | 630 |
2.4 Хонингование зубьев
Технологический процесс зубохонингования нашел широкое применение в производстве зубчатых колес. Например, в авиационной промышленности он используется как суперфинишный процесс обработки после операции зубошлифования. В автомобильной промышленности этот процесс используется как финишный после химико-термической обработки, для устранения термических поводок деталей. Однако в этом случае, процессу ХТО предшествует операция зубошевингования.
Фирмой HURTH (Германия) разработан процесс сферического зубохонингования, реализованный в станке модели ZH 250 CNC, который позволяет исправлять значительные погрешности зубонарезания и ХТО. В настоящее время этот процесс успешно используется рядом западных фирм в серийном производстве зубчатых колес автомобильных коробок передач в качестве финишного процесса обработки, которому предшествуют операции зубонарезания и ХТО.
2.5 Нарезание конических зубчатых колес
Конические зубчатые колеса с круговой формой зубьев являются наиболее сложным видом зубчатого зацепления, Нарезание 345ары колес чаще всего производится специальными зуборезными головками по схеме: колесо- двусторонним методом, шестерня – односторонним . Появление станков с ЧПУ (в частности 6-ти координатные станки фирмы GLEASON серии PHOENIX) позволяет обеспечивать обработку пары колес двусторонним методом. Отличительной особенностью данных станков является высококачественное программное обеспечение, позволяющее осуществлять быструю наладку и переналадку станков. Наиболее известный из этой серии является станок модели PHOENIX 175 HC, обеспечивающий обработку деталей с диаметром до 216мм. и модулем до 12.7 мм.
Шлифование конических зубчатых колес с круговыми зубьями. Шлифование зубьев конических зубчатых колес с круговой формой зубьев является наиболее сложной и ответственной операцией , требующей высокой квалификации оператора. Поэтому развитие зубошлифовальных станков шло в направлении достижения полной автоматизации цикла обработки , обеспечения быстрой наладки и переналадки станков. Высшим уровнем автоматизации процесса шлифования является создание локальной сети, включающую в себя расчетную станцию, станок и координатно-измерительную машину. Это позволяет производить автоматическую подналадку станков по результатам контроля поверхностей зубьев. Зубошлифовальные станки выпускаются фирмами GLEASON и KLINGELNBERG. Краткие технические характеристики приведены в таблице 4.
Таблица 4.
| Зубошлифовальные станки фирмы GLEASON | |||
| модель | диаметр обработки, мм. | максимальный модуль,мм | Ширина венца, мм |
| 200 G | 215.9 | 10.0 | 40 |
| 450 G | 450 | 16.0 | 66 |
| Зубошлифовальные станки фирмы KLINGELNBERG | |||
| G 20 | 200 | 8.0 | - |
| G 30 | 300 | 8.0 | - |
Следует отметить важную конструктивную особенность станка модели G 30: наличие двух независимо управляемых шлифовальных шпинделей и механизмов осциллирования шлифовальных шпинделей в двух плоскостях.
Первое отличие создает преимущества при использовании станка в условиях мелкосерийного или единичного производства. Второе – обеспечивает высокую производительность обработки зубьев из целого материала методом глубинного шлифования.
2.6 Притирка зубьев конических колес